[发明专利]负载氧化锰的碳纤维毡催化剂材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及负载氧化锰的碳纤维毡催化剂材料及其制备方法和应用，采用喷涂法将氧化锰纳米片负载到碳纤维毡基体上，干燥后得到所述负载氧化锰的碳纤维毡材料。本发明中，负载了氧化锰的碳纤维毡材料的方法具有简单易行，环境友好，成本低廉等特点。

技术领域

本发明属于环境催化领域，涉及一种负载氧化锰的碳纤维毡催化剂材料，尤其涉及一种用于催化氧化低浓度甲醛的新型，绿色、高效的晶化催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

甲醛是一种典型的有害有机化合物。近年来，由于酚醛树脂、脲醛树脂等廉价化工原料被广泛添加入涂料及板材粘合剂等产品中，室内甲醛污染问题日益严重。众所周知，甲醛有强烈的刺激性，是一种致畸致癌物，还会引起麻醉疾病和增加光化学烟雾污染。因此，为了人体健康，去除甲醛势在必行。目前，在空气净化器、空调及新风系统中都需要配备去甲醛催化剂功能组件。

目前，室温下去除甲醛的主要手段包括吸附、等离子体氧化、催化氧化(燃烧)、光催化氧化等。热催化氧化法是利用高效能的催化剂将VOCs催化降解成CO₂和H₂O，它具有催化效率高、无二次污染、操作易控制等优点，是一种极具前景的技术。用于去除VOCs的催化剂主要有过渡金属氧化物催化剂和贵金属负载催化剂两种。常见的过渡族金属氧化物催化剂有Co₃O₄、MnO_x、CeO₂等。贵金属催化剂有铂、钯、金、银等，它们通常被负载在过渡金属氧化物或者它们的混合物上。相比贵金属催化剂，过渡族金属氧化物催化剂明显具有价格便宜、储量多等优点。

在众多的过渡金属氧化物中，锰的氧化物由于便宜，无毒等特性，广泛应用在许多催化反应中，如CO氧化等。氧化锰的众多晶型中，尤其以Birnessite即δ-MnO₂的催化效果为佳，它是以MnO₆正八面体为基团形成的层状结构，氧化锰层间为一定数量的水分子和不同的阳离子(例如Na⁺、K⁺、Ca²⁺)。Birnessite独特的层状结构使其成为一个高效催化剂被用于去除一氧化碳及挥发性有机化合物(VOC)。张等发现δ-MnO₂催化剂在去除甲醛时比α，β及γ-MnO₂具有更高的催化活性。施等人发现MnxCo_3-xO₄催化剂在75℃下可以完全催化氧化甲醛，并且催化剂寿命长达50小时。周等人通过浸渍法成功制备了MnO_x/GAC催化剂，利用活性炭巨大的比表面积吸附空气中的甲醛，提高了锰氧化物的催化反应效率。但是，所报道的研究工作大都针对静态条件下高浓度甲醛的去除，对接近实际使用工况条件(甲醛浓度低于1ppm，高空速)下的除甲醛催化剂的研究却鲜有报道。

发明内容

针对低浓度甲醛的去除，解决现采用的活性炭吸附剂容易造成二次污染的问题，提供了一种新型的去除低浓度甲醛的催化剂及其制备方法。

一方面，本发明提供了一种负载氧化锰的碳纤维毡材料的制备方法，采用喷涂法将氧化锰纳米片负载到碳纤维毡基体上，真空干燥后得到所述负载氧化锰的碳纤维毡材料。

本发明选用活性碳纤维材料是作为喷涂基体，选用氧化锰纳米片作为催化剂。其中活性炭纤维材料是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，具有微孔结构，比较高的比表面积，丰富的表面基团，有利于甲醛气体的吸附，能够提供充足的空间和足够分散的活性位点用于反应生成氧化锰纳米片。其中氧化锰纳米片为结晶性良好的δ相晶体结构。δ相氧化锰为层状结构，将有利于提供更多的活性位点用于催化甲醛。

较佳地，所述喷涂法的参数包括：喷涂直径为3～5mm、喷涂量为0.05～0.1g/分钟、喷涂时间30～60分钟。