[发明专利]一种催化氧化甲醛的生物质炭基功能材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种催化氧化甲醛的生物质炭基功能材料，涉及气体净化技术领域，由活性组分和载体组成；所述活性组分为过渡金属氧化物；所述载体为多孔生物质活性炭。本发明公开的制备方法简单，易于推广应用，制得的生物质炭基功能材料表现出了很高的HCHO催化氧化活性和稳定性，此外还具有良好的抗水抗硫性。

技术领域

本发明涉及气体净化技术领域，尤其涉及一种催化氧化甲醛的生物质炭基功能材料及其制备方法和应用。

背景技术

传统的挥发性有机物(VOCs)是指室温下饱和蒸气压大于70Pa，或常压下沸点在260℃以下的挥发性有机化合物。随着现代经济水平的不断提高，石油、化工、装修、汽车、制药等行业飞速发展，同时也伴随着大量VOCs的产生。HCHO作为VOCs的重要成员，由于其高毒性和致癌致畸性而倍受关注，它的来源主要分为室内源和室外源。近年来，随着人们生活质量的提高，对室内装修条件重视程度越来越高，为了减少其危害，人们开展了大量的研究，并已经在室内HCHO的治理方面取得了一定的成效。反观石油、化工生产行业等室外源，每年排放的数以吨计的HCHO等VOCs作为PM2.5和O3产生的罪魁祸首。因此，有效控制工业源HCHO排放对保护人类健康和大气环境具有重要意义。

现阶段，HCHO的去除方法主要有吸附法，生物法，光催化法，催化燃烧，催化氧化法。吸附法本身的吸收能力有限；生物法所需细菌和微生物所需生存条件较为苛刻，且效率较低；催化燃烧能耗高而难以大面积推广；光催化法一般需要高能的紫外光，能耗高且容易引发二次污染；相比之下，催化氧化法以其净化效率高、能源消耗低、应用范围广、无二次污染等优势而成为HCHO治理技术的最佳选择。它能将HCHO催化氧化为CO2和H2O等无毒害的小分子物质，同时也是经济环保且具有巨大前景的一种HCHO治理技术。

催化氧化法脱除HCHO是通过催化氧化将HCHO转化成二氧化碳和水，不受紫外线或生物条件的限制，也没有吸附法吸附饱和的缺点。目前去除HCHO的催化剂主要可分为贵金属催化剂和过渡金属氧化物催化剂。贵金属催化剂虽然活性高，反应温度窗口较低，但其价格昂贵，且在较高的温度下容易烧结，导致活性组份的流失，使催化活性降低，因而无法得到广泛应用，中国专利CN113083324A公开了一种室温催化氧化HCHO的催化剂，所述催化剂组分Pt的负载量为0.1-1wt.％，但在工业实际应用的催化剂用量巨大成本过高，不易推广。而过渡金属氧化物催化剂因其来源丰富，价格低廉、催化性能潜力巨大，已经成为当今工业催化领域的研究热点。

过渡金属氧化物催化剂多以载体催化剂为主。如中国专利CN110433855A公开了一种过渡金属基/分子筛催化剂用于催化氧化燃煤烟气中的挥发性有机物，但去除率达到90％时的反应温度(T90)为350℃，温度较高，能耗较大。相比之下以活性炭作为载体的炭基催化剂拥有更优秀的低温催化活性而受到广泛关注。传统活性炭的生产原料是煤等不可再生化石燃料，相比之下，利用来源广泛、成本低廉可再生生物质(果壳、果皮等)来制备生物质活性炭更有实际意义。研究表明植物基前体的种类与制备的活性炭产物的物理化学性质密切相关，当采用花生壳和秸秆等较为疏松的前体时，制备出的活性炭孔径较大，孔隙率较高。而以一些坚硬的前体如核桃壳、椰子壳等制备出的活性炭往往孔径较小。可见以一种前体制备出的碳材料孔道结构往往较为单一，难以满足催化领域多元化的需求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，采用多种生物质制备的活性炭吸附量可达到单一原料制备活性炭吸附量累加的效果，其具有特定微孔-介孔-大孔比例的多级孔结构可以发挥各级孔的优点，更有利于反应物和产物的传质，而提出的一种催化氧化甲醛的生物质炭基功能材料及其制备方法和应用。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种催化氧化甲醛的生物质炭基功能材料，由活性组分和载体组成；所述活性组分为过渡金属氧化物；所述载体为多孔生物质活性炭。

进一步的，所述活性组分的重量百分比含量为3～15％，余量为载体。