[發明專利]一種用于甲醛凈化的過渡金屬和氮共摻雜碳復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201810017088.6
• 申請日: 2018-01-09
• 公開（公告）號: CN108325549A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 紀紅兵;丁俊杰;呂品田;劉逸朗;芮澤寶
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J37/08;B01D53/86;B01D53/72
• 代理公司: 廣州市深研專利事務所 44229
• 代理人: 姜若天

本發明公開了一種用于甲醛凈化的過渡金屬和氮共摻雜碳復合材料及其制備方法，由非貴金屬活性組分和氮摻雜碳載體組成；所述非貴金屬活性組分為過渡金屬鹽。過渡金屬鹽為鎳鹽、鈷鹽、鐵鹽、錳鹽中的一種或多種。本發明的用于甲醛凈化的過渡金屬和氮共摻雜碳復合材料具有大的比表面積和強的甲醛吸附與催化凈化能力，克服了傳統的過渡金屬氧化物對甲醛催化氧化所需的苛刻條件（如很高的催化溫度等），具有低成本、室溫下催化效率高、使用壽命長等特點。

技術領域

本發明涉及過渡金屬催化劑的技術領域,更具體地,涉及一種用于甲醛凈化的過渡金屬和氮共摻雜碳復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著社會經濟水平不斷提升，人們對家居環境的要求也越來越高，而多數家具、建材等卻由于生產工藝不完善，在使用過程中會緩慢釋放出危害人體健康的有機污染物，其中最主要的污染物之一即是甲醛。在高濃度條件下，甲醛會引起鼻咽癌等重大疾病。長期接觸低濃度甲醛則會使眼部及上呼吸道受到刺激，同時還會導致皮膚干裂等癥狀。鑒于甲醛對人體健康產生的巨大危害，大量科學家對甲醛污染治理進行了廣泛深入的研究。

因此，各種消除甲醛的方法應運而生。常見的有物理吸附法、植物法、等離子體法、光催化法、熱催化法等。物理吸附法可短時間內達到滿意效果但存在二次污染，且需定時更換吸附材料；植物法和光催化法效果有限，無法消除甲醛影響；等離子體法成本較高；熱催化法能夠高效去除甲醛且不存在二次污染，但通常需要摻雜貴金屬來保證低溫催化性能，由于貴金屬儲量低而成本高，此類催化劑的發展受到限制。因此，非貴金屬催化劑的開發逐漸受到重視。近年來，科研人員嘗試將非貴金屬和氮摻雜碳載體結合，降低催化劑的成本，同時提升非貴金屬催化劑的活性和穩定性。Zhang等（Journal of Molecular CatalysisA: Chemical 417 (2016) 28–35）研究發現過渡金屬-氮共摻雜石墨烯催化劑具備優異的CO低溫催化氧化性能，甚至優于多種貴金屬摻雜石墨烯催化劑。Shang等（AdvancedMaterials 8 (2016) 1668-1674）報道了一種過渡金屬-氮共摻雜碳納米框架，其氧還原性能也優于相同負載量下的商用Pt催化劑。但上述催化劑仍然存在制備工藝復雜，且未在甲醛凈化領域得到有效利用。

發明內容

本發明旨在克服現有甲醛凈化催化劑的問題，提供一種非貴金屬、新型高效且低成本的甲醛凈化催化劑。

為了實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種用于甲醛凈化的過渡金屬和氮共摻雜碳復合材料，由非貴金屬活性組分和氮摻雜碳載體組成；所述非貴金屬活性組分為過渡金屬鹽。

作為優選的，在上述的用于甲醛凈化的過渡金屬和氮共摻雜碳復合材料中，所述過渡金屬鹽為鎳鹽、鈷鹽、鐵鹽、錳鹽中的一種或多種。

上述用于甲醛凈化的過渡金屬和氮共摻雜碳復合材料的制備方法，包括如下步驟：（1）將過渡金屬鹽溶液加入到含氮有機物溶液中，加熱攪拌后得到過渡金屬前驅體；（2）洗滌、真空干燥后，在惰性氣氛下煅燒得到。

作為優選的，在上述的制備方法中，所述過渡金屬前驅體為過渡金屬的硝酸鹽、氯化鹽、乙酸鹽、硫酸鹽中的一種或幾種的水溶液。

作為優選的，在上述的制備方法中，所述含氮有機物為咪唑類衍生物、尿素類衍生物中的一種。

作為優選的，在上述的制備方法中，所述過渡金屬鹽、含氮有機物和水的質量比為1：1-100: 200-1000。

作為優選的，在上述的制備方法中，所述過渡金屬鹽溶液和含氮有機物溶液的反應溫度為在0-100℃，反應時間為1-36 h。

作為優選的，在上述的制備方法中，所述惰性氣氛為氮氣、氦氣、氬氣氣氛中的一種。