[发明专利]一种用于室内空气净化的催化剂制备方法及应用

说明书

一种用于室内空气净化的催化剂的制备方法，包括以下步骤：将水溶性高锰酸盐，含强酸根离子的锰盐和含弱酸根离子的锰盐各自溶解得到3种盐溶液，将这3种盐溶液混合后，进行预反应后再进行水热反应，然后经过滤、水洗、干燥和碾磨成粉处理，即得到所述用于室内空气净化的催化剂。通过调节锰盐和高锰酸盐的浓度及两种锰盐的投料比例，可调控催化剂的纳米结构。本发明的方法简单安全，产率高，制得的二氧化锰催化剂为花球状、花朵状和棒状纳米颗粒单独或混合分散的三维结构，含有丰富的大、中和微孔，因而比表面积高，表面活性位丰富，相比于单纯的纳米尺寸的二氧化锰催化剂，不仅性能显著提高，还适用于多种室内污染物。

技术领域

本发明属于催化剂材料领域，具体涉及一种室内空气净化的催化剂及其制备方法。

背景技术

随着生活水平的提高和生活方式的改变，人类在室内的生活时间越来越长，室内空气质量的优劣直接影响到人们的工作和生活。低劣的空气质量会使人注意力分散，工作效率下降，严重时还会使人产生头疼、恶心、疲劳、皮肤红肿等症状，统称为‘病态建筑综合症’。一般认为室外是空气污染的主要场所。而事实上，办公室、起居室、剧院和歌舞厅等建筑物的室内环境对人们健康的影响远远比室外大的多。在室内可检测出300多种污染物，68%的人体疾病与室内空气有关。其中常见的污染物有甲醛、臭氧、甲苯、乙醛、乙酸乙酯、氨气、三甲胺和乙硫醇等。对于室内异味气体的去除一般采用高效过滤法，活性炭吸附法，臭氧氧化法和常温催化分解法。常温催化分解法是人们公认的最有潜力和应用前景的室内化学污染物去除方法，这种技术的关键在于催化剂的制备。在实际应用领域，以活性锰氧化物居多，因其原料易得，价格相较贵金属催化剂低，并且活性较高。

现有的材料制备技术可获得多种结构的二氧化锰材料，例如纳米片、纳米晶、纳米棒、纳米线和纳米等。研究发现，二氧化锰的催化性能与其晶体结构、形貌和比表面密切相关，不同晶型和形貌的二氧化锰在催化领域中的应用不同。例如CN101417820A公开了多形貌纳米二氧化锰的制备方法，将高锰酸钾与还原剂甲酰胺或N，N-二甲基甲酰胺混合，通过调节溶液的反应温度来控制二氧化锰催化剂的形貌，得到了花朵状、纤维状和棒状的二氧化锰催化剂。CN104190251A公开了一种空气净化材料及其制备方法和应用，其中将高锰酸钾和还原剂草酸盐制备得到水钠锰矿型二氧化锰催化材料，并将其负载在蜂窝或聚酯纤维过滤棉等材料商，可将空气中低浓度甲醛高效去除，4h甲醛去除率有91.0%。CN108579729A公开了一种用于臭氧分解的催化剂的制备方法，将高锰酸钾和还原剂铵盐混合得到二氧化锰材料，该材料经铵盐处理后，对臭氧具有很好的去除性能，5h臭氧去除率达85%。CN106334565 A 公开了一种空气净化复合催化剂及其制备方法，该方法利用高锰酸钾和锰盐、铜盐、铁盐和铈盐的氧化还原反应，获得可高效去除室内化学污染物的棒状二氧化锰催化剂,并以此材料为前驱体制备获得成型颗粒。该颗粒对臭氧、甲醛和TVOC等的1小时去除率在90%以上。CN106517341B公开了一种制备二氧化锰纳米催化剂的方法及其应用，该方法通过pH调节和微波加热获得了纳米线状二氧化锰催化剂，对硝基苯酚有较高的降解性能。

研究表明纳米二氧化锰制备过程中，锰前驱体和还原剂的选择，溶液中阳离子的类型和浓度，反应条件和干燥条件均能影响催化剂的晶型、形貌和比表面。刘宗怀等提出了不同晶型和形貌二氧化锰的形成机理很有可能是反应液中的阳离子产生的竞争性影响，其量的大小对催化剂的晶型具有控制作用。根据控制溶液中的K⁺离子和H⁺离子浓度，制备了不同晶型的MnO₂（化学学报, 2009, 67(22), 2566-2572）。张彭义课题组通过改变还原剂的浓度，即改变溶液中NH⁺离子浓度来制备不同形貌的二氧化锰催化剂（Applied CatalysisB: Environmental,204, Pages 147-155）。通过对干燥温度的调节也可控制二氧化锰催化剂晶型和形貌。随着温度的升高，二氧化锰层间的K⁺离子和吸附水进行脱附，二氧化锰结构层坍塌后进行重构。