[發明專利]一種氣態污染物的凈化材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201611008094.2
• 申請日: 2016-11-16
• 公開（公告）號: CN106732572A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 黃海保;劉高源;葉信國
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: B01J23/54
• 分類號: B01J23/54;B01J23/656;B01J23/68;B01D53/86;B01D53/72;B01J20/06;B01J20/16;B01J20/20;B01J20/30
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 陳衛

技術領域

本發明涉及凈化材料制備技術領域，更具體地，涉及一種氣態污染物的凈化材料及其制備方法和應用。

背景技術

室內空氣污染也被稱為現代城市的特殊災害，國際上已經將其列為對危害公眾健康最大的環境因素。人類每天平均有80%以上時間在室內環境中度過，空氣攝入質量占人體總攝入量的75%以上，因而室內空氣質量對人體健康極其重要。研究表明，室內空氣的污染程度要比室外空氣嚴重2～10倍，在特殊情況下可達100倍。美國專家檢測發現，在室內空氣中存在500多種VOCs（揮發性有機化合物），其中致癌物質就有20多種，如苯、甲醛等。同時，我國多地出現臭氧超標，臭氧對人的呼吸系統等具有嚴重危害，也成為繼PM2.5之后的首要污染物。

空氣污染成為威脅全球環境健康的最主要“殺手”，是導致人類健康欠佳和過早死亡的主要原因。中國和印度等經濟快速發展和人口密集地區的空氣污染異常嚴重，并呈現復合型污染特點。因此，急需研發效率極高、功能強大且簡單、經濟的凈化新產品，實現復合空氣污染物的高效去除。

目前空氣凈化技術主要集中于PM2.5顆粒物去除，包括過濾技術、吸附技術、低溫等離子體技術、光催化技術等，然而過濾技術僅對顆粒物有效，且容易形成細菌溫床；吸附技術吸附能力有限，需定期更換，易形成二次污染；低溫等離子體技術能耗高，易產生臭氧、氮氧化物等副產物；傳統光催化技術存在催化劑失活問題。現有技術功能單一，功效有限，而對于致癌、致病的苯系物和甲醛等危害更嚴重的氣體污染物缺乏有效的凈化方法。

中國發明專利CN105457593A公開了一種空氣凈化材料，其制備原料包括：無機吸附材料60～90%，納米二氧化鈦10～30%，通過浸泡、烘干、燒結等制得。這種材料對甲醛、氨有一定吸附效果，但無法將其完全消除，易產生固廢等二次污染。

中國發明專利CN105327699A公開了一種空氣凈化材料，其制備原料包括無機吸附材料60～90%，納米二氧化鈦10～30%，Pt 1～5%。這種材料對甲醛和氨具有較高的去除率，但是對苯系物去除效果欠佳，且使用的貴金屬Pt含量高，導致材料成本上升。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種氣態污染物的凈化材料。

本發明的第二個目的是提供上述凈化材料的制備方法。

本發明的第三個目的是提供所述凈化材料的應用。

本發明的目的是通過以下技術方案予以實現的：

一種氣態污染物的凈化材料，以吸附材料為載體，載體上負載有二氧化鈦，錳氧化物和還原態貴金屬，其中，二氧化鈦的負載量為吸附材料質量的0～60%；錳氧化物的負載量為吸附材料質量的0.1～10%；還原態貴金屬的負載量為吸附材料質量的0.01～1%，所述還原態貴金屬選自鉑、鈀、金、銀中的一種或者兩種，或者兩種以上。

本發明所述催化劑是在載體上引入錳氧化物和貴金屬，錳氧化物和貴金屬原子能夠吸附在載體表面缺陷上，進而形成表面豐富的基團結構，加強載體吸附。

本發明所述氣態污染物的凈化材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）可溶性錳氧化物溶于第一份無水乙醇中，加入吸附材料，充分攪拌；然后加入鈦酸四丁酯、抑制劑和可溶性貴金屬前驅體，充分攪拌得溶液A；

（2）取第二份無水乙醇，和水混合得溶液B，將溶液B滴入劇烈攪拌的溶液A中得凝膠；

（3）將凝膠陳化、烘干、焙燒后再溶于水形成懸浮液；

（4）懸浮液中加入液態還原劑進行還原反應，反應后將得到的懸濁液進行固液分離，將固體材料烘干后即得氣態污染物的凈化材料。

上述制備方法中，步驟（1）中可溶性錳氧化物溶于無水乙醇中，再加入吸附材料，該步驟能夠保證后面鈦醇鹽的水解反應在分子均勻的水平上進行，抑制劑的作用主要是用于緩解鈦醇鹽的水解速度，溶液B滴入溶液A中，使得鈦醇鹽與水發生水解反應，同時也發生失水和失醇縮聚反應，生成物聚集成1nm左右的粒子并形成溶膠；步驟（3）的陳化可以使得溶膠形成三維網絡而成為凝膠，烘干可除去水分和有機溶劑，本發明主要是在后面還加入了液態的還原劑，還原后的還原態貴金屬形成的催化劑能夠顯著提高催化性能和選擇性能。

優選地，步驟（1）中第一份無水乙醇與鈦酸四丁酯的體積比為2～16：1；所述鈦酸四丁酯與抑制劑的體積比為5～150：1。

優選地，步驟（2）中第二份無水乙醇與水的體積比為1～5：1，所述第二份乙醇與步驟（1）中鈦酸四丁酯的體積比為0.1～4：1。