[發明專利]鈉化海泡石負載Cu-Er復合型催化劑的制備方法和應用

在審

• 申請號: 201910110305.0
• 申請日: 2019-02-11
• 公開（公告）號: CN109759075A
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 葉青;董寧
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B01J23/83
• 分類號: B01J23/83;B01J35/10;B01D53/86;B01D53/72
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

本發明提供了鈉化海泡石負載Cu?Er復合型催化劑的制備方法和應用。將海泡石進行鈉化制備出鈉化海泡石，然后將Cu和Er負載在鈉化海泡石上，通過旋轉蒸發法制備出Cu?Er/NaSep催化劑，其中Cu負載量為≤5wt％，Er負載量≤0.5wt％。本發明所制催化劑在溫度(30～170℃)、空速(10,000～200,000h^?1)的情況下，對高濃度甲醛(1000～3000ppm)具有良好的催化消除效果(甲醛轉化率5～100％)和穩定性(反應42小時活性不變)。本發明催化劑制備原料廉價和制備過程簡單。

技術領域

本發明涉及一種用于催化消除甲醛的鈉化海泡石負載Cu-Er復合型催化劑的制備方法及其選擇性催化消除甲醛的應用。

背景技術

甲醛(HCHO)是一種無色，有強烈刺激性氣味的氣體，易溶于水、醇醚等。甲醛在常溫下是氣態，且在室溫時極易揮發，隨著溫度的上升揮發速度加快。通常以水溶液形式出現，其40％的水溶液稱為福爾馬林，溶液沸點為19℃。

甲醛的來源十分廣泛，新開發的建筑材料，塑料水泥和油漆產生的甲醛是室內環境的主要來源。此外，甲醛還可來自化妝品、清潔劑、殺蟲劑、消毒劑、防腐劑、印刷油墨、紙張、紡織纖維等多種化工輕工產品。

甲醛作為毒性較高的一類物質，在我國有毒化學品優先控制名單上高居第二位。并且已經被世界衛生組織確定為致癌和致畸形物質，是公認的變態反應源，也是潛在的強致突變物之一。研究表明：甲醛具有強烈的致癌和促癌作用。大量文獻記載，甲醛對人體健康的影響主要表現在嗅覺異常、刺激、過敏、肺功能異常、肝功能異常和免疫功能異常等方面。當空氣中甲醛濃度在達到每立方米0.06-0.07mg/m³時，兒童就會發生輕微氣喘；甲醛含量達到0.1mg/m³時，就有異味和不適感；達到0.5mg/m³時，可刺激眼睛，引起流淚；達到0.6mg/m³，可引起咽喉不適或疼痛。濃度更高時，可引起惡心嘔吐，咳嗽胸悶，氣喘甚至肺水腫，達到30mg/m³時，就會立即致人死亡。在2004年，國際癌癥組織(IARC)把甲醛定性為一級致癌物。2002年中國實施的標準中規定非工作場合的室內甲醛濃度的限值不高于0.1mg/m³，而這一標準值隨著化學品優先級和暴露風險的進一步評估可能會越來越嚴格。

考慮到甲醛的毒性及其對人體的危害，常用處理方法主要包括物理吸附和催化法。其中，催化技術可以使甲醛在室溫下完全氧化為二氧化碳和水，是一種真正意義上的甲醛無害化處理。就目前而言，貴金屬催化劑對低溫催化氧化表現出較好的性能，但是由于其價格昂貴、在高溫下較容易燒結等因素，在某種程度上限制了其在實際中的應用。因此，尋找新型催化材料來部分或者完全替代貴金屬催化劑已經成為催化領域的發展趨勢。

柱撐粘土近年來受到廣泛關注，并迅速發展成一類新型分子篩催化材料。柱撐后的粘土具有較大的比表面積和孔徑，外界離子的進入使得其催化活性增強，因而有很好的吸附和催化效果。海泡石是一種天然纖維形態的硅酸鹽粘土礦物，標準晶體化學式為：Mg₈(H₂O)₄[Si₆O₁₆]₂(OH)₄·8H₂O其主要結構特征是多孔，這種特殊結構使其具有很好的耐熱性和耐濕性。海泡石還具有層狀和鏈狀的過渡型特征，晶體結構的穩定性較強。其較大的內部通道結構使得海泡石具有較大的比表面積和較高的離子交換能力。本專利選用價格低廉，比表面積較大、吸附性較好的海泡石。就目前所有報道的文獻來看，多為海泡石負載貴金屬，但負載Cu-Er催化甲醛的研究不多。因此，本專利采用海泡石鈉化后摻雜Cu-Er，通過旋轉蒸發法制備成Cu-Er/NaSep復合型催化劑，能夠在較低的溫度下甲醛的催化展示出較好的活性和穩定性能。

本項目的實施得到：國家自然科學基金項目(編號：21277008；20777005)；國家重點研發計劃(No.2017YFC0209905)的資助，也是這些項目的研究內容。