[发明专利]一种原位杂化室温除甲醛催化剂、复合凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种原位杂化室温除甲醛催化剂、复合凝胶及其制备方法与应用。所述方法为采用原位固定方法，将含锰化合物、含铁化合物和草酸盐进行水热反应得到杂化元素的室温除甲醛催化剂；然后在将该催化剂与硅胶混合制备复合凝胶。本申请制得的室温除甲醛催化剂和复合凝胶均可用于室温除甲醛，能够对甲醛的催化分解反应，且具有优异的除甲醛效果，可室温去除低浓度甲醛，所述复合凝胶可实现催化剂的高效性和长效性的目的。

技术领域

本发明属于纳米材料及其固定化技术领域，具体涉及一种原位杂化室温除甲醛催化剂、复合凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

在许多新装修的房屋，甲醛不断从家具，建筑材料等的粘合剂中释放出来。由于密闭的室内环境，甲醛在内部环境中不断累积，成为一种主要的室内典型污染物。相关研究表明，即使仅含有0.5ppm甲醛，长期暴露在空气中也会对人体健康造成不良影响。甲醛对人多健康危害很大，除了其致癌作用，还会对人体的免疫、呼吸、中枢神经系统等产生破坏。目前有一些通过吸附或者是化学反应的方法来去除室内的甲醛。然而，甲醛的释放污染是一个长久的过程，需要长时间的对甲醛进行去除才能保证室内环境的安全。仅通过吸附和化学反应难以做到持久去除甲醛的目的，因此，室内甲醛的有效持久去除仍然是一个有待解决的难题。

为了对甲醛进行有效的控制，一些新的技术开始应用到室内甲醛的去除。其中，催化氧化法由于其可长久作用的特点，表现出极大的应用前景。通过催化反应，催化剂能在不改变自身的情况下将甲醛完全转化为无害的水和CO₂分子。但是，这种高效的催化方式对于催化剂的要求很高，需要催化剂提供很高的活化能来推动反应的进行。贵金属催化剂拥有优异的催化活性，但其昂贵的价格不适用于普通的家庭使用。有研究尝试使用非贵金属催化剂来对甲醛进行催化氧化，在各种非贵金属催化剂中，锰氧化物表现出优异的催化性能。目前，关于锰氧化物的各种性质的详细研究开始展开，如不同的形貌如球状、片状、棒状等，以及不同晶型如α、β、γ、δ对锰氧化物催化性能的影响。但是大部分研究制备的锰基催化剂都需要在较高温度对甲醛进行催化氧化，而在室温下表现出很差的催化氧化能力，这使得在室内甲醛去除的实际应用的难度增加。

随着大众对空气净化材料的迫切需求，近年来的研究已经越来越接近实际生活，而通过对锰氧化物的修饰和改性来提升其催化性能，进而实现锰氧化物在室温下去除甲醛成为一种可行的思路。根据这个思路，一些具有更规则形貌的层状二氧化锰通过各种辅助试剂的添加得到成功制备，也有一些研究通过在反应体系中加入硝酸铈来对锰氧化物掺杂改性。这些催化剂在室温下对甲醛的去除性能得到显著提升，但在实际的使用过程中，催化剂的纳米形貌的维持和性质的损害，使得催化剂的甲醛去除性能下降迅速，难以达到长久使用的目的。因此，对纳米材料合理的设计改性，并高效固定和保护催化剂以保持催化剂的甲醛去除性能仍旧是个难题。

专利CN108554402A公开了一种由纳米片和纳米碳组装而成二氧化锰复合材料，该纳米二次颗粒具有多孔结构，可以在室温下快速催化降解甲醛。该发明中采用纳米碳作为载体对二氧化锰催化剂进行了负载，能够增加二氧化锰的反应位点，但其本身不具备成型、固定的特点，在实际使用中，粉末状的复合材料容易弥散在空气中，不适合居家下的便捷使用。

专利CN108554402A公开了一种二氧化锰/碳布复合材料及其制备方法，采用水热合成的方法将MnO₂负载在碳布上，可以进行多次催化使用，甲醛去除量能达到232ppm。但该发明需要在通电的条件下进行催化反应，且采用的直接固定方法，固定力较弱，扭曲复合材料时会出现掉渣现象，不能进行水洗操作。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种原位杂化室温除甲醛催化剂的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述方法制得的一种原位杂化室温除甲醛催化剂。

本发明的再一目的在于提供上述一种原位杂化室温除甲醛催化剂在去除甲醛中的应用。