在甲醛低室温催化氧化反应中应用纳米结构氧化钴催化剂的方法

摘要

本发明为在低室温下甲醛完全催化氧化反应中应用纳米结构氧化钴催化剂的方法，其条件为：催化剂为纳米结构氧化钴(纳米氧化钴为催化活性相)，也可在催化剂中添加助剂，助剂为贵金属和稀土氧化物中的一种或几种。甲醛的浓度为1.5－2000ppm；甲醛催化氧化反应的反应温度范围为－15－45℃。本发明利用纳米结构氧化钴催化剂对甲醛的催化氧化作用，将一定浓度的甲醛气体在低室温条件下完全氧化生成二氧化碳和水，可用于局部环境(室内及车内环境空气净化)中甲醛的消除，从而使甲醛的浓度降到1.5ppm以下，达到对人体安全的范围。

说明书

技术领域

本发明涉及纳米结构氧化钴催化剂的应用领域，特别是涉及纳米结构氧化钴催化剂在甲 醛低室温完全催化氧化反应中的应用。

背景技术

甲醛又名蚁醛，是一种无色有刺激性气味的气体。甲醛对人身体的危害，随着装修材料 的广泛使用越来越严重。长期接触低剂量甲醛可引起慢性呼吸道疾病、妊娠综合症、引起新 生儿体制降低、畸形，甚至引起鼻腔、口腔、咽喉、皮肤和消化道癌症。高浓度甲醛对免疫 系统、神经系统、肝脏等都有毒害。

装修过的居室、商场、宾馆、办公室中，由于装修和家俱制造要使用大量人造板，而生 产人造板需大量使用毒性高的甲醛为原料制造的胶粘剂，由于胶粘剂中的甲醛释放期一般长 达15年，导致甲醛成为室内空气中的主要污染物。汽车内饰普遍使用塑料和黏合剂，甲醛污 染是不易避免的，此类污染在车辆使用大约一年后才会逐渐消失。

目前去除甲醛的办法有：保持室内通风，活性炭吸附，植物辅助吸收法、光催化法。活 性炭、植物辅助吸收法的缺陷显而易见。光催化法需要额外的光源、催化活性低、保留时间 很短、有可能用于低浓度的封闭循环体系、不适用具有一定空速的流动相气体净化体系。然 而最有效彻底消除甲醛的方法是：室温热催化氧化消除。已报道的甲醛催化氧化催化剂多为 贵金属催化剂，贵金属催化剂价格昂贵，稳定性和重现性均较差，也很难大规模制备。

发明内容

本发明的目的在于将纳米结构氧化钴催化剂应用于低室温下甲醛的完全催化氧化反应， 提供一种能够在低室温下去除甲醛的以非贵金属氧化物为催化活性相的催化材料，可将该催 化材料应用于室内及车内甲醛的去除。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种纳米结构的催化材料，在低室温条 件下，将一定浓度的甲醛完全氧化生成二氧化碳和水，达到降低甲醛浓度至对人体安全浓度 范围的目的。

所述的方法，其所述的催化剂为纳米结构的Co₃O₄；

所述的方法，其所述的甲醛的浓度为：1.5-2000ppm

所述的方法，其所述的甲醛催化氧化反应的反应温度范围为：-15-45℃。

本发明采用纳米结构氧化钴催化剂，也可添加贵金属或稀土氧化物中的一种或几种作为 助剂。

具体实施方式

实施例1：25℃条件下，共沉法制备的Co₃O₄纳米片催化剂(透射电镜表征图见图1)， 可催化转化200ppm的甲醛20％

采用U形管(内径4mm)连续流动反应评价装置，称量100mg Co₃O₄纳米片催化剂放 置管中，调节空气的流速为40ml·min^-1，空气流动带动甲醛气体进入U形管反应器中，使其 空速达到55000h^-1。在25℃条件下，该Co₃O₄催化剂可使20％的200ppm的甲醛气体完全 氧化为二氧化碳和水。

实施例2：0℃条件下，硬模板法制备的二维纳米孔结构的Co₃O₄催化剂(透射电镜表 征图见图2)可去除掉10ppm的甲醛50％

硬模板法二维纳米孔结构的Co₃O₄催化剂的制备，用醇溶解钴的前驱体Co(NO₃)₂·6H₂O 后，加入二维结构的硬模板SBA-15，搅拌一段时间后干燥，焙烧，之后用一定量的NaOH水 溶液溶解去除硬模板，从而制得二维结构的Co₃O₄催化剂。采用U形管(内径4mm)连续 流动反应评价装置，称量100mg二维纳米孔结构的Co₃O₄催化剂放置管中，调节空气的流速 为40ml·min^-1，空气流动带动甲醛气体进入U形管反应器中，使其空速达到55000h^-1。在0℃ 条件下，该Co₃O₄催化剂可使50％的10ppm的甲醛气体完全氧化为二氧化碳和水。

实施例3：0℃条件下，软模板法制备的Co₃O₄纳米棒催化剂可去除掉10ppm的甲醛 60％

Co₃O₄纳米棒催化剂的制备，将醋酸钴与乙二醇溶液在150℃下混合，之后加入一定量 的碳酸钠水溶液，空气中焙烧后得到Co₃O₄纳米棒。采用U形管(内径4mm)连续流动反 应评价装置，称量100mg Co₃O₄纳米棒催化剂放置管中，调节空气的流速为40ml·min^-1，空 气流动带动甲醛气体进入U形管反应器中，使其空速达到55000h^-1。在0℃条件下，该Co₃O₄催化剂可使60％的10ppm的甲醛气体完全氧化为二氧化碳和水。

实施例4：25℃条件下，向硬模板法制备的二维纳米孔结构的Co₃O₄催化剂中加入金助 剂，其中金的含量为1％，该Au/Co₃O₄催化剂可完全氧化200ppm的甲醛

硬模板法二维纳米孔结构的Au/Co₃O₄催化剂的制备，用醇溶解钴和金的前驱体 Co(NO₃)₂·6H₂O和HAuCl₄后，加入二维结构的硬模板SBA-15，搅拌一段时间后干燥，焙烧， 之后用一定量的NaOH水溶液溶解去除硬模板，从而制得二维结构的Au/Co₃O₄催化剂。采用 U形管(内径4mm)连续流动反应评价装置，称量100mgAu/Co₃O₄催化剂放置管中，调节 空气的流速为40ml·min^-1，空气流动带动甲醛气体进入U形管反应器中，使其空速达到55000 h^-1。在25℃条件下，该Au/Co₃O₄催化剂可使100％的200ppm的甲醛气体完全氧化为二氧 化碳和水。

实施例5：35℃条件下，硬模板法制备的三维纳米孔结构的Co₃O₄-CeO₂催化剂(透射 电镜表征图见图3)可转化100ppm的甲醛70％

硬模板法三维纳米孔结构的Co₃O₄-CeO₂催化剂的制备，用醇溶解钴和铈的前驱体 Co(NO₃)₂·6H₂O和Ce(NO₃)₃·7H₂O后，加入三维结构的硬模板KIT-6，搅拌一段时间后干燥， 焙烧，之后用一定量的NaOH水溶液溶解去除硬模板，从而制得三维结构的Co₃O₄-CeO₂催化 剂。采用U形管(内径4mm)连续流动反应评价装置，称量100mg Co₃O₄-CeO₂催化剂放置 管中，调节空气的流速为40ml·min^-1，空气流动带动甲醛气体进入U形管反应器中，使其空 速达到55000h^-1。在35℃条件下，该Co₃O₄-CeO₂催化剂可使70％的100ppm的甲醛气体 完全氧化为二氧化碳和水。

实施例6：-5℃条件下，硬模板法制备的三维纳米孔结构的Co₃O₄催化剂可转化10ppm 的甲醛30％

硬模板法三维纳米孔结构的Co₃O₄催化剂的制备，用醇溶解钴前驱体Co(NO₃)₂·6H₂O后， 加入三维结构的硬模板KIT-6，搅拌一段时间后干燥，焙烧，之后用一定量的NaOH水溶液 溶解去除硬模板，从而制得三维结构的Co₃O₄催化剂。采用U形管(内径4mm)连续流动 反应评价装置，称量100mg Co₃O₄-CeO₂催化剂放置管中，调节空气的流速为40ml·min^-1， 空气流动带动甲醛气体进入U形管反应器中，使其空速达到55000h^-1。在-5℃条件下，该 催化剂可使30％的10ppm的甲醛气体完全氧化为二氧化碳和水。

附图说明

图1：所合成Co₃O₄纳米片催化剂的透射电镜表征图。

图2：所合成二维纳米孔结构Co₃O₄催化剂的透射电镜表征图。

图3：所合成三维纳米孔结构Co₃O₄-CeO₂催化剂的透射电镜表征图。