一种使用氨水加速锰基催化剂催化降解甲醛的方法与流程

1.本发明属于环境洁净领域，涉及到一种使用氨水加速锰基催化剂催化降解甲醛的方法，使用氨水在金属纳米颗粒的催化下加速甲醛催化去除的方法。
技术背景
2.造成室内空气污染公认具有代表性的是化学物质甲醛，室内甲醛主要来源于建筑材料、家具、人造板材、各种黏合剂涂料和合成纺织品等等。甲醛为较高毒性的物质，在我国有毒化学品优先控制名单上甲醛高居第二位，它已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物之一。鉴于室内甲醛污染的问题，进行甲醛的去除尤为重要。室内甲醛的去除方法主要有通风法、生物法、吸附法、光降解法、催化氧化法等等。二氧化锰（mno2）具有较高的催化氧化性、稳定性，且成本较低而成为广泛研究的催化剂，同时通过掺杂过渡金属，能够有效降低二氧化锰的使用成本，还能够提高表面积，增加活性氧、改善氧化还原性能。
3.研究表明，在氧化锰晶体中掺杂cu, zn, cr，co等组分，能够显著提高催化降解甲醛的性能。liu 等人在applied clay science（2018, 161, 265-273）报道，在锰氧化物中掺入cu离子后，在250℃温度下甲醛的转化率高达90%，可以有效氧化为co2、h2o等成分。尽管研究取得了一些进展，但是仍然存在一定的问题，主要表现在室温下甲醛的分解率仍旧较低，应用场景容易受到工艺因素的影响，等等。因此，如何将甲醛分子高效地催化氧化分解无疑是对研究者们的一大挑战，同时在室温下将甲醛分解去除，将对环境自洁领域产生非常重要的影响。


技术实现要素：

4.为克服室温下mno2催化剂分解甲醛效率低下的问题，本发明目的在于：提供一种使用氨水加速甲醛催化分解降解的方法。
5.本发明使用mno2以及改性的mno2为催化剂研究对象，在甲醛氛围里加入少许的氨水至催化剂的表面，以提高甲醛的转化效率。本发明涉及的方法不仅具有工艺操作简单、绿色安全且成本低的特点，可以实现规模连续化生产，具有明显的经济效益和环境效益。该技术方案为：1、一种使用氨水加速锰基催化剂催化降解甲醛的方法，其反应过程为：称取适量的锰基催化剂放入特定的反应器中，反应器与气相色谱相连。首先，在高真空条件下对锰基催化剂进行吸附物脱除处理；接着，利用真空压力差向反应器中通入已经干燥过的甲醛气体，静置半小时；随后向催化剂表面中滴入少量氨水，使所述的氨水投入量与锰基催化剂的质量比范围为1:10；利用气相色谱在线检测甲醛的浓度变化，计算样品的甲醛去除率，去除率可达100%。
6.所述的反应器是指一端密闭一端开口的硬质玻璃管或者石英管；所述的锰基催化剂为mno2催化剂，或者cr、cu或zn等过渡金属掺杂的mno2催化剂，
过渡金属成分占催化剂的含量为10wt%；所述的锰基催化剂的反应投入量范围为0.01~0.05 g；所述的甲醛反应物初始浓度范围为1.0~5.0 mg/m3。
7.本发明提供了一种使用氨水在纳米氧化锰催化剂的催化下加速甲醛分解去除的方法。使用mno2或者过渡金属cr，cu，zn等掺杂的mno2作为研究的催化剂，使用氨水加速进行甲醛的分解去除。当使用氨水改变甲醛的使用环境为弱碱性后，催化剂表面的弱碱度将有利于甲醛的响应和分解，能够使反应效率提高4倍以上。本发明方法操作简单，仅仅使用氨水充当碱液进行操作，基于独特的纳米锰基催化剂表面进行弱碱性改变，能够有效提高甲醛的转化分解率。
附图说明
8.图1为cr/mno2催化剂在有无添加氨水情况下催化分解甲醛的反应效果对比图。
具体实施方式
9.下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明：实施例1一种使用氨水加速锰基催化剂催化降解甲醛的方法，按下述步骤：1）称取锰基催化剂0.01g的10%cr/mno2催化剂放入反应器中，反应器与气相色谱相连；2）反应步骤：在高真空条件下对锰基催化剂进行吸附物脱除处理半小时；接着，利用甲醛释放仪根据真空压力差向反应器中通入已经干燥过的甲醛气体，静置半小时，使反应器中甲醛反应物初始浓度范围为1.0 mg/m3；随后，向催化剂表面中滴入1.0 ml氨水；反应4小时，利用气相色谱在线检测甲醛的浓度变化，计算样品的甲醛去除率。
10.图1为cr/mno2催化剂在有无添加氨水情况下催化分解甲醛的反应效果图，从气相色谱的检测结果可以看出：在投入了氨水后，cr/mno2催化剂的活性有了显著提高，反应4小时后，甲醛的转化率可达到100%，而未加氨水的催化剂的甲醛转化率仅仅达到18%左右。可见，氨水投入后，催化剂的活性增加了4倍以上，这主要是由于氨水的添加改变了催化剂的表面形成弱碱性，致使活性有了较大的提高。
11.实施例2一种使用氨水加速锰基催化剂催化降解甲醛的方法，按下述步骤：1）称取锰基催化剂商业化的10%cu/mno2催化剂0.01g放入反应器中，反应器与气相色谱相连；2）先在高真空条件下对锰基催化剂进行吸附物脱除处理半小时，将该cu/mno2表面的吸附物进行脱除处理；接着，利用甲醛释放仪根据真空压力差向反应器中通入已经干燥过的甲醛气体，静置半小时，使反应器中甲醛反应物初始浓度范围为1.0 mg/m3；随后，向催化剂表面中滴入1.0 ml氨水，所述的氨水投入量与锰基催化剂的质量比范围为1:10；反应4小时，利用气相色谱在线检测甲醛的浓度变化，计算样品的甲醛去除率。
12.测量结果表明，少许的碱性氨水投入后，10%cu/mno2催化剂能够显著提高甲醛的催化分解效果。
13.实施例3一种使用氨水加速锰基催化剂催化降解甲醛的方法，按下述步骤：1）称取商业化的锰基催化剂10%zn/mno2催化剂0.01g放入反应器中，反应器与气相色谱相连；2）在高真空条件下对锰基催化剂脱除半小时，将zn/mno2表面的吸附物进行脱除处理；接着，利用甲醛释放仪根据真空压力差向反应器中通入已经干燥过的甲醛气体，静置半小时，使反应器中甲醛反应物初始浓度范围为1.0 mg/m3；随后，向该催化剂表面中滴入1.0 ml氨水；反应4小时，利用气相色谱在线检测甲醛的浓度变化，计算样品的甲醛去除率。
14.测量结果表明，少许的碱性氨水投入后，10%zn/mno2催化剂能够显著提高甲醛的催化分解效果。


技术特征：
1.一种使用氨水加速锰基催化剂催化降解甲醛的方法，其特征在于，称取适量的锰基催化剂放入反应器中，反应器与气相色谱相连，首先，在真空条件下对锰基催化剂进行吸附物脱除处理；接着，利用真空压力差向反应器中通入已经干燥过的甲醛气体，静置半小时；随后，向催化剂表面中滴入少量氨水，所述的氨水投入量与锰基催化剂的质量比范围为1:10；利用气相色谱在线检测甲醛的浓度变化，计算样品的甲醛去除率。2.根据权利要求1所述使用氨水加速锰基催化剂催化降解甲醛的方法，其特征在于，所述的反应器是指一端密闭一端开口的硬质玻璃管或者石英管。3.根据权利要求1所述使用氨水加速锰基催化剂催化降解甲醛的方法，其特征在于，所述的锰基催化剂为mno2催化剂，或者包括cr、cu或zn过渡金属掺杂的mno2催化剂，过渡金属成分占锰基催化剂的含量为10wt%。4.根据权利要求1所述使用氨水加速锰基催化剂催化降解甲醛的方法，其特征在于，所述的锰基催化剂的反应投入量范围为0.01~0.05 g。5.根据权利要求1所述使用氨水加速锰基催化剂催化降解甲醛的方法，其特征在于，所述的甲醛反应物初始浓度范围为1.0~5.0 mg/m3。6.根据权利要求1至5任一项所述使用氨水加速锰基催化剂催化降解甲醛的方法，其特征在于，按下述步骤：1）称取锰基催化剂0.01g的10%cr/mno2催化剂放入反应器中，反应器与气相色谱相连；2）反应步骤：在高真空条件下对锰基催化剂进行吸附物脱除处理半小时；接着，利用甲醛释放仪根据真空压力差向反应器中通入已经干燥过的甲醛气体，静置半小时，使反应器中甲醛反应物初始浓度范围为1.0 mg/m3；随后，向催化剂表面中滴入1.0 ml氨水；反应4小时，利用气相色谱在线检测甲醛的浓度变化，计算样品的甲醛去除率。7.根据权利要求1至5任一项所述使用氨水加速锰基催化剂催化降解甲醛的方法，其特征在于，按下述步骤：1）称取锰基催化剂商业化的10%cu/mno2催化剂0.01g放入反应器中，反应器与气相色谱相连；2）先在高真空条件下对锰基催化剂进行吸附物脱除处理半小时，将该cu/mno2表面的吸附物进行脱除处理；接着，利用甲醛释放仪根据真空压力差向反应器中通入已经干燥过的甲醛气体，静置半小时，使反应器中甲醛反应物初始浓度范围为1.0 mg/m3；随后，向催化剂表面中滴入1.0 ml氨水，所述的氨水投入量与锰基催化剂的质量比范围为1:10；反应4小时，利用气相色谱在线检测甲醛的浓度变化，计算样品的甲醛去除率。8.根据权利要求1至5任一项所述使用氨水加速锰基催化剂催化降解甲醛的方法，其特征在于，按下述步骤：1）称取商业化的锰基催化剂10%zn/mno2催化剂0.01g放入反应器中，反应器与气相色谱相连；2）在高真空条件下对锰基催化剂脱除半小时，将zn/mno2表面的吸附物进行脱除处理；接着，利用甲醛释放仪根据真空压力差向反应器中通入已经干燥过的甲醛气体，静置半小时，使反应器中甲醛反应物初始浓度范围为1.0 mg/m3；随后，向该催化剂表面中滴入1.0 ml氨水；反应4小时，利用气相色谱在线检测甲醛的浓度变化，计算样品的甲醛去除率。

技术总结
本发明公开了一种使用氨水加速锰基催化剂催化降解甲醛的方法，使用MnO2或者过渡金属Cr、Cu、Zn掺杂的MnO2作为研究的催化剂，当使用0.01g的锰基催化剂，在1.0 mg/m3的初始甲醛浓度下，仅添加少许的氨水即可以实现甲醛的完全分解。本发明涉及的方法不仅具有工艺操作简单、绿色安全且成本低的特点，还可以实现规模连续化生产，具有明显的经济效益和环境效益。具有明显的经济效益和环境效益。


技术研发人员：崔大祥 王敬锋 袁伟杰
受保护的技术使用者：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司
技术研发日：2022.08.04
技术公布日：2022/11/2