[发明专利]一种富含氧空位且表面功能化的氧化锰/碳复合催化剂及其制备方法和在去除甲醛中的应用

说明书

本发明为一种富含氧空位且表面功能化的氧化锰/碳复合催化剂及其制备方法和在去除甲醛中的应用，涉及一种一步原位合成富含氧空位且表面功能化的氧化锰/碳复合催化剂的制备方法：把碳源加入到高锰酸钾水溶液中，60~100℃水浴环境中搅拌反应1~24h，反应结束后，经过滤、洗涤、真空干燥，即得到富含氧空位且羟基修饰的氧化锰/碳复合催化剂；与现有的除醛材料相比，本发明制备的表面功能化的富含氧空位的氧化锰/碳复合催化剂具有成本低、工艺简单、除醛效率高、稳定性好的特点，并且室温下能把甲醛完全转化为无毒的CO₂和H₂O，达到彻底去除室内甲醛气体污染物的目的。

技术领域

本发明属于室内有机气体污染物的催化氧化技术领域，具体涉及一种富含氧空位且表面功能化的氧化锰/碳复合催化剂及其制备方法和在室温催化氧化去除甲醛中的应用。

背景技术

从室内建筑材料中释放的大量挥发性有机污染物（包括苯、甲苯、二甲苯、甲醛、氨气等），会严重影响室内的空气质量。我国在《室内空气质量标准》（GB/T 1883-2002）中规定室内空气中苯、甲苯、二甲苯、甲醛、氨气的含量限制分别为 0.11、0.2、0.2、0.1 和 0.2mg/m³。室内气体污染物的含量超过其限制时，会使人感觉到头痛、恶心、皮肤刺激等症状，严重情况下会出现肺水肿和肺癌等疾病。在众多挥发性有机物中，甲醛是一种主要的室内空气污染物。根据其毒性，2017年世界卫生组织国际癌症研究机构将甲醛归类为一级致癌物质，更重要的是甲醛的释放周期长达 3~15 年，因此去除以甲醛为代表的室内气体污染物是一个长期而艰巨的任务，受到科学家们广泛的关注。

为了建立一个安全舒适的生活环境，各种方法被应用于消除室内甲醛，包括通风法、绿植、吸附法、催化氧化法、光催化等技术。通风法是通过空气的流动将有害气体排放到室外，该方法时间长而且无法达到人类居住的要求。绿色植物吸附甲醛的能力是微乎其微的，而且高浓度的甲醛也会使其生命力减弱。使用碳纳米管、分子筛、沸石、活性炭等具有吸附能力的材料吸附甲醛，易吸附饱和造成二次污染。化学吸附法可以达到较好的去除效果，但需要消耗大量的化学试剂，成本较高。光催化氧化技术具有绿色、安全、高效利用太阳光等优点，但是在室内去除甲醛的应用中表现出氧化不完全、需要高能量的光源等问题。催化氧化技术在较低温度下能够把气体甲醛完全分解为环境友好的CO₂和H₂O，同时表现出氧化能力强、能耗低、步骤简单等优点。

目前，贵金属催化剂和过渡金属氧化物催化剂表现出优异的催化氧化甲醛的性能，但是贵金属在自然界中的储量极低（Pt:0.003 ppm，Pd:0.0006 ppm，Rh:0.0007 ppm，Ru:0.001 ppm），而且在光催化过程中发生不可逆的结构变化，从而导致市场上以除甲醛为代表的光催化产品成本高、价格昂贵。目前各种用于催化氧化甲醛的过渡金属氧化物催化剂被报道，但是其面临着催化温度高、转换效率低等问题。

因此，急需开发一种室温下能够有效去除室内空气中的有害气体甲醛，且成本低、稳定性好、环境友好型的非贵金属基催化剂，是实现催化氧化技术进行大规模环境治理和社会可持续发展的重要策略。

本发明以解决当前催化氧化技术主要依赖贵金属助催化剂、价格昂贵、催化效率低等问题为目标，拟将富含氧空位且表面功能化的氧化锰与碳材料复合，利用吸附剂和催化剂的协同作用促进甲醛的催化氧化，从而获得在室温下具有高活性、长时间稳定性、低成本的去除甲醛的催化剂。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种富含氧空位且表面功能化的氧化锰/碳复合催化剂，将其用于甲醛去除，克服了现有方法存在催化氧化甲醛温度高以及转换效率低等问题。与现有的催化氧化甲醛的催化剂相比，本发明通过原位生长的策略将表面功能化的氧化锰与多孔结构的碳材料复合，可以充分利用多孔碳材料对甲醛高效的吸附能力和氧化锰材料室温下对甲醛优异的催化氧化能力，通过两者的协同作用实现室温下对甲醛气体污染物的高效去除。