[發明專利]原位生長負載層狀氧化錳的碳纖維氈及其合成方法與應用

有效

• 申請號: 201710271860.2
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107138153B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 闞曉天;王敏;張玲霞;施劍林
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: B01J23/34
• 分類號: B01J23/34;B01J35/00;B01J35/06;B01J35/10;B01J37/02;B01J37/10;B01D53/86;B01D53/72
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及原位生長負載層狀氧化錳的碳纖維氈及其合成方法與應用，所述負載層狀氧化錳的碳纖維氈材料，包括碳纖維氈、以及原位生長于所述碳纖維氈中碳纖維表面的δ相氧化錳納米片，所述δ相氧化錳納米片具有層狀晶體結構。本發明使用硝酸前處理碳纖維氈載體，再通過高錳酸鉀溶液與活化后的碳纖維氈在酸性條件下反應，原位生成負載于碳纖維山的氧化錳材料，該方法具有簡單易行，環境友好，成本低廉等特點。

技術領域

本發明屬于環境催化領域，涉及一種負載層狀氧化錳的碳纖維氈材料，尤其涉及一種用作催化氧化低濃度甲醛的新型，綠色、高效的晶化催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，由于酚醛樹脂、脲醛樹脂等廉價化工原料被廣泛添加入涂料及板材粘合劑等產品中，室內甲醛污染問題日益嚴重。眾所周知，甲醛有強烈的刺激性，是一種致畸致癌物。因此，為了人體健康，去除甲醛勢在必行。

目前，室溫下去除甲醛的主要手段包括吸附、等離子體氧化、催化氧化(燃燒)、光催化氧化等。熱催化氧化法是利用高效能的催化劑將VOCs催化降解成CO₂和H₂O，它具有催化效率高、無二次污染、操作易控制等優點，是一種極具前景的技術。用于去除VOCs的催化劑主要有過渡金屬氧化物催化劑和貴金屬負載催化劑兩種。常見的過渡族金屬氧化物催化劑有Co₃O₄、MnO_x、CeO₂等。貴金屬催化劑有鉑、鈀、金、銀等，它們通常被負載在過渡金屬氧化物或者它們的混合物上。相比貴金屬催化劑，過渡族金屬氧化物催化劑明顯具有價格便宜、儲量多等優點。

在眾多的過渡金屬氧化物中，錳的氧化物由于便宜，無毒等特性，廣泛應用在許多催化反應中，如CO氧化等。氧化錳的眾多晶型中，尤其以Birnessite即δ-MnO2的催化效果為佳，它是以MnO6正八面體為基團形成的層狀結構，氧化錳層間為一定數量的水分子和不同的陽離子(例如Na+、K+、Ca2+)。Birnessite獨特的層狀結構使其成為一個高效催化劑被用于去除一氧化碳及揮發性有機化合物(VOC)。張等(Zhang J,Li Y,Wang L,etal.Catalytic oxidation of formaldehyde over manganese oxides with differentcrystal structures[J].Catalysis Science&Technology,2015,5(4):2305-2313.)發現δ-MnO₂催化劑在去除甲醛時比α，β及γ-MnO2具有更高的催化活性。

活性碳纖維材料是近年來非常熱門的材料之一，它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，具有微孔結構，比較高的比表面積，豐富的表面基團，有利于甲醛氣體的吸附，能夠提供充足的空間和足夠分散的活性位點。

甲醛是一種典型的有害有機化合物。一方面，它對環境及人體是有害的，會引起麻醉疾病和增加光化學煙霧污染。另一方面，毫無疑問，催化氧化策略是一種最具潛力的在室溫下高效率去除甲醛的方法。施等人發現MnxCo3-xO4催化劑在75℃下可以完全催化氧化甲醛，并且催化劑壽命長達50小時。周等人(周昕彥,張芃,蔣文,等.錳氧化物改性活性炭去除空氣中甲醛[J].環境工程學報,2015,9(12):5965-5972.)通過浸漬法成功制備了MnOx/GAC催化劑，利用活性炭巨大的比表面積吸附空氣中的甲醛，提高了錳氧化物的催化反應效率。但是采用的活性炭吸附劑容易造成二次污染的問題。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供了一種新型的去除低濃度甲醛的催化劑及其制備方法和應用。

一方面，本發明提供了一種負載層狀氧化錳的碳纖維氈材料，包括碳纖維氈、以及原位生長于所述碳纖維氈中碳纖維表面的δ相氧化錳納米片，所述δ相氧化錳納米片具有層狀晶體結構。