[发明专利]惰性载体负载Pt基室温甲醛消除催化剂及其制备与应用

说明书

本发明涉及密闭居室污染物甲醛室温消除催化剂，具体的说是一种惰性载体负载Pt基催化剂及其制备与应用。Pt以0.5到1nm尺寸高度分散，载体为氧化铝、氧化硅、活性碳、氮化硼等。将Pt担载于载体上，Pt含量为催化剂总质量的0.001～0.01％。本发明催化剂适合于室温条件下较宽浓度(5～100ppm)甲醛的完全消除，产物为CO₂与H₂O，进而净化空气、改善生活环境。

技术领域

本发明涉及密闭空间内甲醛室温氧化消除催化剂，具体地说是一种用于室温空气净化的微量甲醛消除所用的惰性载体负载Pt基催化剂及其制备与应用。

背景技术

甲醛是密闭空间尤其是刚装修家庭居室的主要污染物之一，其挥发性较差，滞留期可长达数年。长期接触微量甲醛可造成咽喉炎、支气管炎、肺炎甚至肺癌等疾病，因此消除甲醛对人体健康与社会发展具有十分重要的意义。催化氧化法能够将甲醛完全化学分解为CO₂和H₂O，该方法能耗低、环境友好，选择合适的催化剂在室温条件下将甲醛完全消除成为了关键。

目前，Pt基催化剂为室温消除甲醛最优的催化剂。2005年，张长斌等较早开展Pt基催化剂研究，将Pt前躯体通过浸渍方法负载于TiO₂上，所形成的催化剂可以在室温下将100ppm的甲醛完全消除[Catal.Commun.,2005,6,211-214]。随后对Pt/TiO₂催化剂进行改性，通过添加碱金属(Li、Na、K)，使载体表面富羟基，改变反应路径，加速中间物种甲酸盐的分解从而提高催化剂的室温催化活性[Angew.Chem.Int.Ed.,51(2012)9628-9632]。接下来Pt系催化剂的开发研究主要集中在富羟基载体或者通过添加助剂(Ni、Fe等)增加载体表面羟基，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。虽然催化剂表现出优异的室温甲醛消除性能，但为了保持较高的催化活性，Pt负载量往往较高，高达1wt％以上，造成催化剂价格成本高，制约了其实际应用。

近期，研究人员也开始关注较低载量的Pt基催化剂，Huang等使用硼氢化钠还原氯铂酸，随后负载于TiO₂上，发现Pt含量仅为0.1wt％时即可在室温下将甲醛完全消除[J.Catal.2011,280,60-67]。Wu等采用真空干燥随后还原的方法获得载量为0.2wt％的Pt/SiO₂催化剂，发现该处理方法能够将Pt粒子尺寸控制在0.5～0.8nm，相比于8nm尺寸的Pt物种其甲醛转化速率提高了数倍[J.Catal.2017,355,87-100]。然而这些催化剂仅在低浓度甲醛(～10ppm)原料气中表现出较高活性，并且随着相对湿度的增大，其稳定性下降，湿度耐受性有待于进一步提高，限制了其在相对湿度变化较大的实际环境中的推广与应用。本课题组曾报道了通过胶体沉淀法两步合成的载量为0.1％的Pt/TiO₂催化剂用于甲醛氧化，实现了在室温下催化160ppm甲醛完全转化(专利号：201818003222.8)。但是该甲醛消除催化剂的关键在于载体必须依赖于高比表面积的TiO₂，载体的放大合成以及制备步骤繁琐等问题为其实际应用带来了困难。目前，尚未有报道在商业化惰性载体上负载的载量仅为ppm级，且能够室温消除较宽浓度(5～100ppm)甲醛的Pt基催化剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种惰性载体负载的高效Pt基甲醛室温消除催化剂及其制备和应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为；