[發明專利]ZrO2基催化劑及其制備方法和在熱降解甲醛中的應用

在審

• 申請號: 201610769737.9
• 申請日: 2016-08-30
• 公開（公告）號: CN107774244A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 呂躍凱;曹翰
• 申請（專利權）人: 天津師范大學
• 主分類號: B01J23/34
• 分類號: B01J23/34;B01J23/755;B01J23/44;B01D53/86;B01D53/72
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙)12214
• 代理人: 王秀奎

技術領域

本發明屬于治理環境污染科學技術領域，具體來說涉及一種ZrO₂基催化劑及其制備方法和在熱降解甲醛中的應用。

背景技術

甲醛(HCHO)作為一種重要的化學原料，廣泛應用于建筑材料和裝飾材料。研究表明，人類長時間處于甲醛含量≥30mg/m³的室內，會引發各種疾病，如皮膚病和癌癥，甲醛已經被世界衛生組織確定為致癌和致畸性物質。因此，甲醛污染成為亟待解決的大問題。目前，最常用的治理甲醛污染的方法是物理吸附技術、植物凈化法、等離子技術和催化氧化法等，其中，物理吸附技術和植物凈化法都存在去除不徹底的問題；等離子技術功耗大且容易產生二次污染；催化氧化法主要包括光催化氧化法和熱催化氧化法，光催化氧化法需要利用紫外光作為光源，成本高且壽命短，在實際生活中應用不是十分便捷，而熱催化氧化法是在無光源較低溫度下，以空氣中的氧氣作為氧化物將甲醛轉化成無污染的二氧化碳和水，因其成本低、效率高、去除徹底，已經成為目前去除室內甲醛污染最有前景的一種處理方法，逐漸成為催化領域的研究熱點。但是，目前大多數的熱催化劑都是以氧化物做載體，采用貴金屬摻雜或復合的方法制備，成本較高。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種ZrO₂基催化劑及其制備方法和在熱降解甲醛中的應用。

本發明是通過下述技術方案予以實現的。

一種ZrO₂基催化劑的制備方法，按照下述步驟進行：

步驟1，在室溫20～25℃，按照化學式ZrO₂-M x％，0≤x≤30的配比，將ZrOCl₂·8H₂O和金屬氯化鹽放入高純水中，攪拌至少30min；其中，所述M＝Mn、Ni或Pd，所述x為金屬離子M的物質的量與金屬離子M和Zr離子物質的量和的比；

步驟2，在步驟1制得的溶液中滴加過量的氨水、H₃BO₃或硫脲，以生成沉淀物；將所述沉淀物靜置至少0.5小時，靜置后去除溶液中的雜質離子；

步驟3，將步驟2所得沉淀物在100～120℃加熱12～14h，研磨至少5min，在600～700℃煅燒2.5～3h，自然冷卻至室溫20～25攝氏度，即得到ZrO₂基催化劑粉末。

在上述技術方案中，在所述步驟1中，攪拌為磁力攪拌。

在上述技術方案中，所述金屬氯化鹽為MnCl₂·4H₂O、NiCl₂·6H₂O或PdCl₂。

一種用上述制備方法制得的ZrO₂基催化劑。

在上述技術方案中，金屬離子M進入ZrO₂的晶格內取代Zr離子并占據該Zr離子的位置。

一種上述ZrO₂基催化劑在熱降解甲醛中的應用。

在上述技術方案中，在25～70℃下，在無特殊光照條件下，將所述ZrO₂基催化劑放置在甲醛環境中至少25小時。

在上述技術方案中，在50～65℃下，在無特殊光照下，將所述ZrO₂基催化劑放置在密閉的甲醛環境中至少25小時。

在上述技術方案中，當M＝Mn時，15＜x≤20，優選為x＝20。

在上述技術方案中，當M＝Ni時，0＜x≤9，優選為x＝1。

在上述技術方案中，當M＝Pd時，0＜x≤25，優選為x＝20。

相比于現有技術，本發明的ZrO₂基催化劑對于甲醛有機污染物的熱催化降解具有較高的效率，熱催化降解甲醛的方法簡單、實施條件要求低，易于操作；且熱催化效果較好。

附圖說明

圖1為純ZrO₂和實施例2制備得到的ZrO₂-Mnx％樣品的X射線衍射譜(XRD)；

圖2為圖1的局部放大圖；

圖3為純ZrO₂和ZrO₂-Mnx％樣品的高分辨TEM譜圖，(a)純ZrO₂，(b)ZrO₂-Mnx％(x＝5)，(c)ZrO₂-Mnx％(x＝20)；