[发明专利]一种用于消除甲醛的规则形貌金属氧化物催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于消除甲醛的规则形貌金属氧化物催化剂及其制备方法和应用。这种用于消除甲醛的规则形貌金属氧化物催化剂是通过以下的制备方法得到的：1)将过渡金属源、含氧有机配体和溶剂混合，进行溶剂热反应，得到金属有机骨架前驱体；2)将金属有机骨架前驱体在还原性气氛下进行热处理，得到用于消除甲醛的规则形貌金属氧化物催化剂。同时也公开了这种规则形貌金属氧化物催化剂在清除室内空气中甲醛的应用。本发明的金属氧化物催化剂具有形貌规则、尺寸均一的特点，并且制备过程中不需要引入封端剂，表面清洁，无干扰。将这种金属氧化物催化剂应用于室内空气清除甲醛，具有成本低、活性高、寿命长的特点。

技术领域

本发明涉及一种用于消除甲醛的规则形貌金属氧化物催化剂及其制备方法和应用，

背景技术

甲醛属于高挥发性有机化合物，无色有刺激性的气体。室内甲醛主要来源于建筑材料、室内装修材料和燃料燃烧等。甲醛对人体的毒害效应主要体现在呼吸毒性、免疫毒性、神经毒性、心血管毒性和致癌性等。人们生活的大部分时间都是在室内完成的，室内甲醛便成为了高危毒性的物质，必须得到严格的消除和控制。经调查研究，新装修居民住宅甲醛的平均浓度为0.11mg/m³，这高于我国发布的《室内空气质量标准》(GB/T18883-2002)中规定的甲醛含量(0.1mg/m³)。为此，各种控制和消除甲醛的技术得到广泛研究。

在目前用于室内甲醛净化的技术中，催化氧化法可以将甲醛完全氧化为CO₂和H₂O，不会产生二次污染，是除甲醛最彻底的方法，具有重要的实际应用价值。目前开发的催化剂通常需要负载贵金属Pt、Pd、Au、Ag等活性组分来提高室温催化氧化甲醛的活性，但由于贵金属资源稀缺、价格昂贵，普遍存在成本偏高的问题，限制了此类催化剂的发展。因此，非贵金属催化剂得到了科学家的广泛关注，但较差的室温催化活性仍然制约着其广泛应用。

近年来科学家尝试通过暴露金属氧化物特定晶面的方式来提高氧化物表面活性位的密度，从而实现催化活性的最大化。Xie等(Nature 458(2009)746-749)研究发现结构规整的Co₃O₄中暴露了更多的(110)晶面，其反应速率是常规Co₃O₄纳米粒子的10倍以上，且表现出优异的结构稳定性。Mou等(AngewandteChemie International Edition 51(2012)2989-2993)通过晶相和形貌控制，在Fe₂O₃材料中选择性暴露了(110)和(001)晶面，在NH₃-SCR反应中表现出优异的活性和抗中毒能力。

但目前现有技术公开的催化剂仍然存在制备方法繁琐，比表面积低等局限性，且未在甲醛消除领域得到有效应用。所以，一种高效消除甲醛的催化剂仍有待行业工作者研发。

发明内容

为了克服现有技术存在的技术问题，开发一种形貌规则的过渡金属氧化物纳米颗粒与多孔碳的复合材料，增强暴露晶面活性位对甲醛分子的高效活化，并提高过渡金属氧化物的室温催化活性，本发明的目的在于提供一种用于消除甲醛的规则形貌金属氧化物催化剂及其制备方法和应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种用于消除甲醛的规则形貌金属氧化物催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将过渡金属源、含氧有机配体和溶剂混合，进行溶剂热反应，得到金属有机骨架前驱体；

2)将金属有机骨架前驱体在还原性气氛下进行热处理，得到用于消除甲醛的规则形貌金属氧化物催化剂。

优选的，这种用于消除甲醛的规则形貌金属氧化物催化剂的制备方法步骤1)中，过渡金属源为过渡金属、过渡金属盐中的至少一种。

进一步优选的，过渡金属选自铁、钴、锰、镍中的至少一种。