[发明专利]室温氧化甲醛的纳米铈锰氧化物/活性炭复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供室温氧化甲醛的纳米铈锰氧化物/活性炭复合材料及其制备方法。首先将活性炭进行酸处理，然后使用含氮化合物对其进行氮掺杂处理，经溶胶凝胶热处理后在活性炭表面引入氮元素，在得到介孔活性炭的同时，极大地增加了活性炭的表面极性，然后采用原位共沉淀法在活性炭表面均匀稳固地负载纳米铈锰氧化物。与现有的催化剂相比，该纳米铈锰氧化物/活性炭复合材料可以暴露更多的活性位点，并且具有很好的疏水性能，提高了甲醛催化氧化活性，可直接使用或者经简单成型后使用，用于空气净化领域。步骤简单、操作方便、实用性强。

技术领域

本发明属于甲醛催化氧化的空气净化领域，具体涉及一种可室温氧化甲醛的纳米铈锰氧化物/活性炭复合材料及其制备方法。

背景技术

近年来，空气污染已成为社会面临和亟待解决的重大问题，PM2.5成为威胁人类健康的最主要的室外因素之一，而甲醛则成为室内最主要的空气污染物。甲醛毒性高，当累积至一定浓度时，会引起呼吸系统和神经系统过敏反应，长期接触低浓度的甲醛会大大增加致癌的概率。甲醛在生活中无处不在，装修材料和建筑装饰物是室内甲醛的主要来源，直接威胁人们的健康，因此有效控制室内空气中甲醛污染引起了人们的高度重视。

目前，室内甲醛主要是利用市售的空气净化器或活性炭材料的物理吸附作用进行消除。这类产品成本低、制备方法简单，但是很容易达到吸附饱和，一旦接近吸附饱和则吸附效率大大降低，而且有害小分子气体容易溢出造成二次污染，需要及时更换，这样既费时费力，又增加了成本。因此，使用催化剂对甲醛进行催化氧化生成无毒的二氧化碳和水是目前研究的热点。

研究发现，铂(Pt)、钯(Pd)、金(Au)等贵金属对于甲醛的催化氧化具有极佳的效果，但该类催化剂价格昂贵、制备工艺复杂、使用寿命短。于是人们将研究重点转向由过渡金属氧化物制备的催化剂，以MnO_x、CoO_x、CeO₂、CuO等为代表的锰、钴、铈、铜混合价态氧化物，取得了不错的效果。目前该类催化剂主要有以下几种形式：①MnO_x；②X-MnO_x(X包括贵金属、过渡金属氧化物、主族元素和稀土元素)；③活性炭、碳纳米管、氧化铝陶瓷等负载MnO_x。纯MnO_x在高温下具有很好的催化氧化甲醛能力，但是在室温下活性较差；贵金属-MnO_x和过渡金属氧化物-MnO_x具有最好的低温氧化甲醛能力，但贵金属价格较贵；活性炭、碳纳米管、氧化铝陶瓷等负载MnO_x通过特殊处理可以使MnO_x均匀分散在载体上，避免催化剂粒子团聚，使催化剂表面暴露更多的活性位点，具有很好的应用前景。

活性炭对甲醛具有物理吸附作用，MnO_x可以对甲醛进行催化氧化作用，同时活性炭价格低廉，品种多，因此活性炭负载MnO_x可用于甲醛的催化氧化，但其往往在较高的温度(＞200℃)下才能有效地对甲醛进行氧化，在低温尤其是室温下的催化活性很差(室温下甲醛转化率＜10％)。因此，贵金属-MnO_x和过渡金属氧化物-MnO_x等复合催化剂的协同作用使得在低温下对甲醛有很好的催化氧化能力。如CN103071489A公开了一种室温消除甲醛的负载型活性炭催化材料及制备方法，使用硝酸和双氧水对活性炭进行预处理后，然后依次浸渍金属硝酸盐和贵金属氯化物，通过氧化还原反应得到负载贵金属和金属氧化物的复合催化剂。该催化剂中添加了贵金属，使成本增加，并且贵金属和金属氧化物很难在活性炭表面均匀分散，以致负载量低、结合力差，在反复使用过程中易脱落失活，而这也是目前该类催化剂常见的缺陷。因此，提高复合催化剂与活性炭表面之间的化学结合能是该类催化剂需要解决的关键技术问题。

发明内容