[发明专利]一种室温氧化甲醛的氮铆定非贵金属催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种室温氧化甲醛的氮铆定非贵金属催化剂及其制备方法和应用。这种室温氧化甲醛的氮铆定非贵金属催化剂是由金属活性组分和多孔载体组成，金属活性组分为氮铆定的非贵金属活性组分。同时也公开了这种室温氧化甲醛的氮铆定非贵金属催化剂的制备方法和在消除室内空气中甲醛的应用。本发明以非贵金属离子与氮原子配位的金属有机骨架为前驱体，通过中温热处理方式将前驱体在分解温度附近缓慢碳化，将非贵金属铆定在氮原子周围，不需要引入外加氮源，氮元素分布均匀，利用率高。将本发明的非贵金属催化剂应用于室温氧化甲醛，具有成本低、活性高、寿命长的特点。

技术领域

本发明涉及一种室温氧化甲醛的氮铆定非贵金属催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

甲醛属于高挥发性有机化合物，无色有刺激性的气体。室内甲醛主要来源于建筑材料、室内装修材料和燃料燃烧等。甲醛对人体的毒害效应主要体现在呼吸毒性、免疫毒性、神经毒性、心血管毒性和致癌性等。人们生活的大部分时间都是在室内完成的，室内甲醛便成为了高危毒性的物质，必须得到严格的消除和控制。经调查研究，新装修居民住宅甲醛的平均浓度为0.11mg/m³，这高于我国发布的《室内空气质量标准》(GB/T18883-2002)中规定的甲醛含量(0.1mg/m³)。为此，各种控制和消除甲醛的技术得到广泛研究。

在目前用于室内甲醛净化的技术中，催化氧化法可以将甲醛完全氧化为CO₂和H₂O，不会产生二次污染，是除甲醛最彻底的方法，具有重要的实际应用价值。目前开发的催化剂通常需要负载贵金属Pt、Pd、Au、Ag等活性组分来提高室温催化氧化甲醛的活性，但由于贵金属资源稀缺、价格昂贵，普遍存在成本偏高的问题，限制了此类催化剂的发展。因此，非贵金属催化剂得到了科学家的广泛关注，但较差的室温催化活性仍然制约着其广泛应用。

近年来科学家尝试通过氮原子掺杂的方式来提高非贵金属催化剂的活性。Tan等(Chemical Engineering Journal 258(2014):93-100)研究发现氮掺杂提高了复合材料的电子传递性能，表现出优异的电催化活性。CN108649198A、CN108325549A中的氮掺杂过渡金属催化剂，制备过程中需要引入额外的氮源，容易造成氮元素的分布不均，无法与金属催化中心形成强作用力；而且热解温度也较高，金属粒子容易生长团聚至数百纳米。所以说，目前仍有待开发一种适用于室内甲醛净化的高效非贵金属催化剂。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，开发一种通过氮原子铆定非贵金属纳米颗粒的催化剂，增强金属与氮原子之间的作用力和电子传递，提高非贵金属的室温催化活性，本发明的目的在于提供一种室温氧化甲醛的氮铆定非贵金属催化剂及其制备方法和应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种室温氧化甲醛的氮铆定非贵金属催化剂，是由金属活性组分和多孔载体组成，金属活性组分为氮铆定的非贵金属活性组分。

优选的，这种室温氧化甲醛的氮铆定非贵金属催化剂中，非贵金属活性组分为铁、钴、锰、镍、镉中的至少一种。

一种室温氧化甲醛的氮铆定非贵金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将非贵金属盐、三嗪配体和多齿羧酸配体混合，进行溶剂热反应，得到金属有机骨架前驱体；

2)将金属有机骨架前驱体在惰性气氛下进行热处理，得到前述室温氧化甲醛的氮铆定非贵金属催化剂。

优选的，这种室温氧化甲醛的氮铆定非贵金属催化剂的制备方法步骤1)中，非贵金属盐为非贵金属的硝酸盐、醋酸盐、硫酸盐、卤化盐中的至少一种；非贵金属选自铁、钴、锰、镍、镉中的至少一种；进一步优选的，非贵金属盐为硝酸铁、硫酸铁、氯化铁、硝酸钴、硫酸钴、醋酸钴、氯化钴、硝酸锰、硫酸锰、氯化锰、硫酸镍、醋酸镍、氯化镍、硝酸镉、硫酸镉、氯化镉中的至少一种。