[发明专利]一种室温甲醛净化用非贵金属掺杂碳纤维膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及甲醛净化技术领域，具体涉及一种室温甲醛净化用非贵金属掺杂碳纤维膜及其制备方法和应用。本发明提供的非贵金属掺杂碳纤维膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将聚丙烯腈、非贵金属盐和氮配位物溶于N,N‑二甲基甲酰胺中，得到纺丝液；(2)采用静电纺丝法将所述纺丝液制备成纳米纤维膜；(3)将所述纳米纤维膜进行碳化，得到非贵金属掺杂碳纤维膜。本发明采用非贵金属盐与氮配位体所构成的有效催化剂成分，能够有效地通过室温氧化反应，快速地将甲醛分解成为二氧化碳和水，同时避免了昂贵贵金属的使用，适合推广应用。

技术领域

本发明涉及甲醛净化技术领域，具体涉及一种室温甲醛净化用非贵金属掺杂碳纤维膜及其制备方法和应用。

背景技术

在现有的甲醛净化方法中，甲醛室温催化氧化分解是净化最为彻底、设备要求低、能耗小的一种方式。因此，室温甲醛氧化催化是最具有大规模应用潜力的甲醛净化技术，也是近年来甲醛分解催化材料的研究热点之一。目前，具有低温催化甲醛氧化性能的催化活性材料主要有贵金属(如铂、钯、金、银等)及其合金以及过渡金属氧化物(如二氧化钛、二氧化锰、氧化铜等)两类。通常，贵金属催化材料，尤其基于铂的催化剂，在常温下具有比金属过氧化物高很多的催化活性，也是近年来备受关注，被深入、广泛研究的一类甲醛降解催化材料。Zhang等(参见Catalysis Communications 6(3)(2005)，211～214)通过浸泡、煅烧获得了二氧化钛负载铂(Pt/TiO₂)粉末状催化剂，其在室温下甲醛的催化转化率高达100％，并且具有较好的稳定性。此外，通过简单的浸泡以及硼氢化钠还原，许多研究者们也在不同的负载材料上获得了高甲醛转化率的负载型铂催化剂。然而，贵金属昂贵的成本使其很难满足日常室内甲醛净化材料或设备使用时限长、使用成本有限的要求，因此极大地限制了负载型贵金属催化剂在实际空气净化或甲醛净化领域的应用。

相对于贵金属催化剂，过渡金属氧化物催化剂虽然成本相对较低，但其对甲醛氧化分解反应的催化性能偏低，因而过渡金属氧化物催化剂更多地被应用于光催化甲醛分解。例如，基于TiO₂的催化颗粒被广泛地应用于甲醛分解喷雾的制备中，利用悬浮于空气中的催化剂颗粒对环境中的甲醛进行光催化降解。但这类光催化材料活性时效较短，应用于空气净化设备时需要额外添高耗能的光源。因此，开发一种既高效又经济、实用的室温甲醛降解催化材料仍然是空气净化领域亟待解决的难题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种室温甲醛净化用非贵金属掺杂碳纤维膜及其制备方法和应用，本发明提供的非贵金属掺杂碳纤维膜能够在室温条件下高效地将甲醛分解成无害的二氧化碳和水；而且避免了使用昂贵的贵金属，能有效地降低产品成本。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种室温甲醛净化用非贵金属掺杂碳纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚丙烯腈、非贵金属盐和氮配位物溶于N,N-二甲基甲酰胺中，得到纺丝液；

(2)采用静电纺丝法将所述纺丝液制备成纳米纤维膜；

(3)将所述纳米纤维膜进行碳化，得到非贵金属掺杂碳纤维膜。

优选地，所述聚丙烯腈、非贵金属盐和氮配位物的摩尔比为(6～20)：1:(1～4)。

优选地，所述非贵金属盐包括非贵金属醋酸盐和/或非贵金属乙酰丙酮盐；所述非贵金属醋酸盐为钴、镍或锌的醋酸盐；所述非贵金属乙酰丙酮盐为钴、镍或锌的乙酰丙酮盐。

优选地，所述氮配位物为吡啶、10-邻菲咯啉、咪唑、邻苯二胺和4-二甲氨基吡啶中的一种或几种。

优选地，所述聚丙烯腈与N,N-二甲基甲酰胺的用量比为5～10g：100mL。