1.本發(fā)明屬于大氣污染治理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于凈化空氣中甲醛污染物的光熱催化炭材料的制備及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

2.室內(nèi)裝修、家具、裝飾品等所釋放的以甲醛為代表的揮發(fā)性有機(jī)化合物（vocs）是重要的室內(nèi)環(huán)境污染物，危害人體健康。如何有效凈化vocs既是全社會(huì)關(guān)心的民生問(wèn)題，也是環(huán)境污染治理領(lǐng)域的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。基于活性炭的吸附技術(shù)是目前應(yīng)用最為廣泛的室內(nèi)vocs凈化技術(shù)，常用于凈化大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣。然而活性炭對(duì)vocs的吸附量受溫度與濕度的影響，且在高溫下易脫附造成二次污染。

3.光熱協(xié)同催化氧化技術(shù)是一種能在相對(duì)溫和條件下將vocs催化轉(zhuǎn)化成co2、h2o等無(wú)毒氣體的新型催化凈化技術(shù)。例如，溴化銀/銀/鈦酸鍶

??

tio2納米管陣列(tint)（zl 201810417799.2）、鈦酸鉍/鉍/釩酸鉍（cn110368924a）、鉻酸釓/銀/磷酸銀（cn110237853a）、氧化鎢/鉍/鉻酸釓（cn111659392a）等光熱催化材料都被報(bào)道有較好的光熱協(xié)同凈化vocs的性能。然而，光熱催化劑催化凈化vocs效率不僅受其本征活性影響，還受污染物氣體的傳質(zhì)影響。因此，在凈化低濃度的室內(nèi)甲醛等vocs時(shí)，單一光熱催化技術(shù)的使用仍難以滿足實(shí)際工況需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

4.針對(duì)上述室內(nèi)空氣低濃度甲醛凈化技術(shù)所面臨的難題，本發(fā)明公開(kāi)了一種將吸附技術(shù)與光熱協(xié)同催化技術(shù)相耦合的技術(shù)和用于凈化空氣中甲醛污染物的光熱催化炭材料，通過(guò)兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)和協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)甲醛氣體污染物的高效凈化。

5.為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種用于凈化空氣中甲醛污染物的光熱催化炭材料，由具有光熱協(xié)同催化功能的催化劑和活性炭載體組成，其中，催化劑與活性炭的質(zhì)量比為0.01~0.2。

6.上述的光熱催化炭材料組成中的催化劑為氧化銅/銀/二氧化鈦、鈦酸鉍/鉍/釩酸鉍、鉻酸釓/銀/磷酸銀、氧化鎢/銀/鉻酸釓等具有光熱協(xié)同催化功能的催化劑。

7.上述的光熱催化炭材料由以下步驟制備而成：(1) 按比例將催化劑與活性炭粉末混合均勻,加入膠黏劑后攪拌捏合;(2) 擠條成型、風(fēng)干后，在惰性氣氛中煅燒制得光熱催化炭材料。

8.上述的制備方法中的催化劑的制備方法為已有技術(shù)或采用經(jīng)典的沉積沉淀法制得，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中所公開(kāi)的各種制備方法得到上述光熱催化劑，示例性方法包括但不限于專利中介紹的方法，例如，鈦酸鉍/鉍/釩酸鉍（cn110368924a）、鉻酸釓/銀/磷酸銀（cn110237853a）、氧化鎢/鉍/鉻酸釓（cn111659392a），這些專利引入本發(fā)明作為參考。

9.上述的制備方法中的膠黏劑由聚乙烯醇樹(shù)脂（pva）和硅酸鈉以質(zhì)量比1~10，在ph

為3~7和溫度為60~100 o

c的水溶液條件下混合調(diào)制而成。

10.上述的制備方法中膠黏劑與活性炭質(zhì)量比例為0.5~2，煅燒溫度為100~400℃，煅燒時(shí)間1 ~12 h。

11.上述的光熱催化炭在去除室內(nèi)空氣中甲醛氣體污染物中的應(yīng)用。

12.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:除室內(nèi)甲醛氣體污染物效率高，適用溫度、濕度和甲醛濃度范圍廣，適用于車內(nèi)、家居和工廠車間等室內(nèi)甲醛的凈化；易于再生和循環(huán)利用，在加熱和光照等條件下均可實(shí)現(xiàn)吸附污染物的脫除和催化炭的再生，并可有效避免污染物的轉(zhuǎn)移；制備工藝簡(jiǎn)單、成本較低、適合宏量制備和推廣應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例1制備的催化炭材料的示意圖。

具體實(shí)施方式

13.本發(fā)明的實(shí)施方法靈活可變，不僅僅限于此例所述的具體操作方式，為更好地說(shuō)明本發(fā)明，便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的敘述。

14.實(shí)施例1光熱催化劑氧化銅/銀/二氧化鈦（或cuo

x

/ag/tio2）的制備：取0.5 g銳鈦礦型tio2粉末超聲分散于去離子水中，在劇烈攪拌下，按目標(biāo)產(chǎn)物中銀的負(fù)載量為1 wt.%計(jì)，逐滴加入適量的醋酸銀的水溶液，然后按還原劑的添加量與ag的摩爾比為20的量，加入硼氫化鈉水溶液，繼續(xù)攪拌，離心分離后分別用去離子水和無(wú)水乙醇多次洗滌固體產(chǎn)物，80

?°

c烘箱中干燥后得到固體產(chǎn)物ag/tio2。將ag/tio2粉末與按目標(biāo)產(chǎn)物中cu的負(fù)載量為3wt.%計(jì)所需將一定量的硫酸銅加入到60 ml 的0.2 mol/l 的naoh水溶中，攪拌0.5 h，然后按目標(biāo)產(chǎn)物里銅的氧化物中cu

+

/cu

2+

的摩爾比例為~0.5的需求逐滴加入一定量的0.1 mol/l 檸檬酸鈉水溶液調(diào)控銅元素價(jià)態(tài)。攪拌0.5 h后，離心分離收集產(chǎn)物，并分別用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌固體產(chǎn)物，在100

?°

c的n2的氛圍下干燥，得到光熱催化材料cuo

x

/ag/tio2。

15.膠黏劑的制備：將聚乙烯醇樹(shù)脂（pva）先溶于熱水中，然后按pva與硅酸鈉的質(zhì)量比為2的比例加入飽和硅酸鈉溶液，調(diào)節(jié)ph到5，然后在90 ℃恒溫水浴鍋中反應(yīng)2 h后，冷卻至室溫制取膠黏劑。

16.光熱催化炭的制備：按cuo

x

/ag/tio2催化劑與活性炭的質(zhì)量比為0.1的比例加入催化劑和活性炭，并混合均勻，然后按膠黏劑與活性炭質(zhì)量比例為1的量加入pva/硅酸鈉復(fù)合膠黏劑，攪拌捏合、利用擠條機(jī)擠出成型、風(fēng)干后，在氮?dú)鈿夥蘸?00 ℃下煅燒1 h后得到催化炭材料，如圖1所示。

17.實(shí)施例2光熱催化劑鈦酸鉍/鉍/釩酸鉍（或bi4ti3o

12

/bi/bivo4）的制備：參照專利cn110368924a中介紹的方法合成bi4ti3o

12

/bi/bivo4，以催化劑的重量為100 %，單質(zhì)鉍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.4 %，鈦酸鉍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.6 %。

18.膠黏劑的制備：將聚乙烯醇樹(shù)脂（pva）先溶于熱水中，然后按pva與硅酸鈉的質(zhì)量

比為5的比例加入飽和硅酸鈉溶液，調(diào)節(jié)ph到6，然后在100 ℃恒溫水浴鍋中反應(yīng)2 h后，冷卻至室溫制取膠黏劑。

19.光熱催化炭的制備：按bi4ti3o

12

/bi/bivo4催化劑與活性炭的質(zhì)量比為0.05的比例加入催化劑和活性炭，并混合均勻，然后按膠黏劑與活性炭質(zhì)量比例為1.5的量加入pva/硅酸鈉復(fù)合膠黏劑，攪拌捏合、利用擠條機(jī)擠出成型、風(fēng)干后，在氮?dú)鈿夥蘸?00 ℃下煅燒6 h后得到催化炭材料。

20.實(shí)施例3光熱催化劑氧化鎢/鉍/鉻酸釓（或wo3/bi/gdcro3）的制備：參照專利cn111659392a中介紹的方法合成wo3/bi/gdcro3，以催化劑的重量為100 %，單質(zhì)鉍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.6 %，氧化鎢的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為47.7 %。

21.膠黏劑的制備：將聚乙烯醇樹(shù)脂（pva）先溶于熱水中，然后按pva與硅酸鈉的質(zhì)量比為8的比例加入飽和硅酸鈉溶液，調(diào)節(jié)ph到4，然后在80 ℃恒溫水浴鍋中反應(yīng)2 h后，冷卻至室溫制取膠黏劑。

22.光熱催化炭的制備：按wo3/bi/gdcro3催化劑與活性炭的質(zhì)量比為0.15的比例加入催化劑和活性炭，并混合均勻，然后按膠黏劑與活性炭質(zhì)量比例為0.8的量加入pva/硅酸鈉復(fù)合膠黏劑，攪拌捏合、利用擠條機(jī)擠出成型、風(fēng)干后，在氮?dú)鈿夥蘸?00 ℃下煅燒1 h后得到催化炭材料。

23.分別取上述催化炭材料或參比樣品活性炭材料0.05g進(jìn)行不同條件下甲醛凈化性能的測(cè)試。采用動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)方法，將材料壓片、破碎和過(guò)篩后（60~80目），裝入內(nèi)徑為5mm的固定床中，以干燥空氣作為載氣，總進(jìn)氣流量為90ml/min，進(jìn)氣甲醛濃度為~10mg/m3，通過(guò)測(cè)量不同床層條件下，如室溫、加熱或光照，床層出口甲醛濃度隨時(shí)間的變化曲線（或稱作甲醛穿透曲線），計(jì)算各樣品在不同條件下的甲醛平衡凈化量，結(jié)果如表1所示。

24.表1各材料凈化甲醛性能對(duì)比技術(shù)特征：

1.一種用于凈化空氣中甲醛污染物的光熱催化炭材料，其特征在于，該光熱催化炭材料由具有光熱協(xié)同催化功能的催化劑和活性炭載體組成，其中，催化劑與活性炭的質(zhì)量比為0.01~0.2。2.如權(quán)利要求1所述的光熱催化炭材料，其特征在于，催化炭材料組成中的催化劑為氧化銅/銀/二氧化鈦、鈦酸鉍/鉍/釩酸鉍、鉻酸釓/銀/磷酸銀、氧化鎢/銀/鉻酸釓等具有光熱協(xié)同催化功能的催化劑。3.如權(quán)利要求1所述的光熱催化炭材料，其特征在于，所述的光熱催化炭材料由以下步驟制備而成：(1) 按比例將催化劑與活性炭粉末混合均勻,加入膠黏劑后攪拌捏合;(2) 擠條成型、風(fēng)干后，在惰性氣氛中煅燒制得光熱催化炭材料。4.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述膠黏劑由聚乙烯醇樹(shù)脂（pva）和硅酸鈉以質(zhì)量比1~10，在ph為3~7和溫度為60~100 o

c的水溶液條件下混合調(diào)制而成；所述膠黏劑與活性炭質(zhì)量比例為0.5~2；成型后的煅燒溫度為100~400 ℃，煅燒時(shí)間1 ~12 h。5.權(quán)利要求1

?

4所述的光熱催化炭材料在去除空氣中甲醛污染物的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于凈化空氣中甲醛的光熱催化炭材料，由具有光熱協(xié)同催化功能的催化劑和活性炭載體組成。該光熱催化炭材料將活性炭的吸附凈化性能與催化劑的光熱催化凈化性能相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)吸附與光熱催化協(xié)同高效凈化甲醛氣體污染物。該光熱催化炭材料制備工藝簡(jiǎn)單、成本較低、適合宏量制備和推廣應(yīng)用于室內(nèi)空氣凈化相關(guān)領(lǐng)域?？諝鈨艋嚓P(guān)領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：芮澤寶 方紅莉

受保護(hù)的技術(shù)使用者：中山大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2021.06.25

技術(shù)公布日：2021/11/19