[發明專利]惰性載體負載Pt基室溫甲醛消除催化劑及其制備與應用

有效

• 申請號: 201811423907.3
• 申請日: 2018-11-27
• 公開（公告）號: CN111215051B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 王曉東;孫秀成;林堅
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01J23/42
• 分類號: B01J23/42;B01J37/02;B01J37/18;B01D53/86;B01D53/72
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明涉及密閉居室污染物甲醛室溫消除催化劑，具體的說是一種惰性載體負載Pt基催化劑及其制備與應用。Pt以0.5到1nm尺寸高度分散，載體為氧化鋁、氧化硅、活性碳、氮化硼等。將Pt擔載于載體上，Pt含量為催化劑總質量的0.001～0.01％。本發明催化劑適合于室溫條件下較寬濃度(5～100ppm)甲醛的完全消除，產物為CO₂與H₂O，進而凈化空氣、改善生活環境。

技術領域

本發明涉及密閉空間內甲醛室溫氧化消除催化劑，具體地說是一種用于室溫空氣凈化的微量甲醛消除所用的惰性載體負載Pt基催化劑及其制備與應用。

背景技術

甲醛是密閉空間尤其是剛裝修家庭居室的主要污染物之一，其揮發性較差，滯留期可長達數年。長期接觸微量甲醛可造成咽喉炎、支氣管炎、肺炎甚至肺癌等疾病，因此消除甲醛對人體健康與社會發展具有十分重要的意義。催化氧化法能夠將甲醛完全化學分解為CO₂和H₂O，該方法能耗低、環境友好，選擇合適的催化劑在室溫條件下將甲醛完全消除成為了關鍵。

目前，Pt基催化劑為室溫消除甲醛最優的催化劑。2005年，張長斌等較早開展Pt基催化劑研究，將Pt前軀體通過浸漬方法負載于TiO₂上，所形成的催化劑可以在室溫下將100ppm的甲醛完全消除[Catal.Commun.,2005,6,211-214]。隨后對Pt/TiO₂催化劑進行改性，通過添加堿金屬(Li、Na、K)，使載體表面富羥基，改變反應路徑，加速中間物種甲酸鹽的分解從而提高催化劑的室溫催化活性[Angew.Chem.Int.Ed.,51(2012)9628-9632]。接下來Pt系催化劑的開發研究主要集中在富羥基載體或者通過添加助劑(Ni、Fe等)增加載體表面羥基，如Pt/AlOOH[Appl.Catal.B 2015,163,306-312],PtNi(OH)x/γ-Al₂O₃[Appl.Catal.B2017,200,543-551],Pt/NiFe-LDH[Catal.Sci.Technol.2017,7,1573-1580]，Pt/MnO_x-CeO₂[Appl.Catal.B,2008,81:115-121]等。雖然催化劑表現出優異的室溫甲醛消除性能，但為了保持較高的催化活性，Pt負載量往往較高，高達1wt％以上，造成催化劑價格成本高，制約了其實際應用。

近期，研究人員也開始關注較低載量的Pt基催化劑，Huang等使用硼氫化鈉還原氯鉑酸，隨后負載于TiO₂上，發現Pt含量僅為0.1wt％時即可在室溫下將甲醛完全消除[J.Catal.2011,280,60-67]。Wu等采用真空干燥隨后還原的方法獲得載量為0.2wt％的Pt/SiO₂催化劑，發現該處理方法能夠將Pt粒子尺寸控制在0.5～0.8nm，相比于8nm尺寸的Pt物種其甲醛轉化速率提高了數倍[J.Catal.2017,355,87-100]。然而這些催化劑僅在低濃度甲醛(～10ppm)原料氣中表現出較高活性，并且隨著相對濕度的增大，其穩定性下降，濕度耐受性有待于進一步提高，限制了其在相對濕度變化較大的實際環境中的推廣與應用。本課題組曾報道了通過膠體沉淀法兩步合成的載量為0.1％的Pt/TiO₂催化劑用于甲醛氧化，實現了在室溫下催化160ppm甲醛完全轉化(專利號：201818003222.8)。但是該甲醛消除催化劑的關鍵在于載體必須依賴于高比表面積的TiO₂，載體的放大合成以及制備步驟繁瑣等問題為其實際應用帶來了困難。目前，尚未有報道在商業化惰性載體上負載的載量僅為ppm級，且能夠室溫消除較寬濃度(5～100ppm)甲醛的Pt基催化劑。

發明內容

本發明的目的是提供一種惰性載體負載的高效Pt基甲醛室溫消除催化劑及其制備和應用。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為；