一種去除空氣中甲醛有害成分的催化系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有害氣體凈化領(lǐng)域，提供了一種去除空氣中甲醛有害成分的催化系統(tǒng)，用硅溶膠將催化材料磷酸銀負(fù)載于導(dǎo)電電極表面對(duì)有害氣體進(jìn)行處理。利用負(fù)載Ag3PO4催化劑的導(dǎo)電材料作為電極和弱電體系并耦合光催化提高催化劑的催化性能，從而有效的降解甲醛等有害物質(zhì)。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前社會(huì)，有害氣體的治理一直是困擾環(huán)境領(lǐng)域?qū)＜业碾y題。工業(yè)領(lǐng)域的有害氣體治理已經(jīng)取得不錯(cuò)的效果，例如:電力工業(yè)燃煤產(chǎn)生的硫氧化物、氮氧化物等有害氣體可以通過(guò)工業(yè)催化劑的大量使用取得較好的去除效率。脫硫、脫銷工藝相對(duì)來(lái)說(shuō)已經(jīng)趨向成熟。但是相對(duì)低含量的室內(nèi)有害氣體甲醛卻很難找到一種催化劑或者一種工藝來(lái)有效的治理。室內(nèi)有害氣體甲醛分散廣、種類多、含量低，目前室內(nèi)催化劑吸附及降解有害氣體也取得一定效果，但大都需要高溫條件來(lái)做基礎(chǔ)。而且室內(nèi)有害氣體的研究較少，也是進(jìn)展緩慢的原因之一。因而，在室溫環(huán)境下有效凈化存在的有害氣體甲醛便成為解決室內(nèi)有害氣體的關(guān)鍵之處。
[0003]通過(guò)研究，在高效催化劑的基礎(chǔ)上引入弱電體系，可以有效的促進(jìn)催化劑產(chǎn)生具有高活性的自由基，從而將甲醛、室內(nèi)氮氧化物等有害氣體降解成對(duì)環(huán)境和人體無(wú)害的水、氮?dú)?、二氧化碳等，起到凈化空氣的作用，Huang等制備出具有電催化功能的蜂巢狀電池的結(jié)構(gòu)體，利用其電催化性能對(duì)氮氧化物的去除效果良好，在高濃度氧氣作用下實(shí)現(xiàn)了氮氧化物轉(zhuǎn)化為他和02。制備納米催化劑，納米材料具有良好的性能。大的比表面積、微孔結(jié)構(gòu)等都能使其吸附更多的目標(biāo)物，在其產(chǎn)生自由基之后與有害分子物質(zhì)反應(yīng)達(dá)到降解有害氣體分子的目標(biāo)。
[0004]納米技術(shù)已經(jīng)成為材料領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題，納米材料的研究已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)展并很好的應(yīng)用在生活、生產(chǎn)中。納米催化劑應(yīng)用于有害氣體的降解已經(jīng)有前人研究并取得了一定的成果。Wang等用KIT-6做模板合成了介孔鈷、錳復(fù)合金屬氧化物，它對(duì)甲醛具有很高的“儲(chǔ)存”能力，可在70°C將甲醛完全催化氧化。Tang等用共沉淀法合成了Pt/Mn0x-Ce02催化劑，室溫下可將甲醛完全降解。Auq.5Pt0.5/Mn02催化劑表現(xiàn)出最好的甲醛催化降解性能，可將甲醛完全降解。有人研究發(fā)現(xiàn)磷酸銀具有很好的納米性能，應(yīng)用在燃料廢水方面取得了良好的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明在單一催化劑催化氧化降解甲醛的基礎(chǔ)上加入弱電系統(tǒng)，可以有效降解甲醛，外加光照形成光電協(xié)同催化的體系，進(jìn)一步提高降解甲醛的效率。弱電場(chǎng)中選擇負(fù)載Ag3PO4催化劑的導(dǎo)電電極接入電路中，一端與負(fù)極相連，另一端與電阻相連，構(gòu)建的新的空氣凈化除甲醛系統(tǒng)，在毫伏范圍的電壓作用下進(jìn)行催化凈化反應(yīng);當(dāng)弱電耦合光照的作用，發(fā)生氣相光電催化反應(yīng)。采用負(fù)載Ag3PO4的導(dǎo)電電極接入電路的弱電催化系統(tǒng)，在室溫條件下去除有害氣體，催化凈化效果顯著。本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有研究中，催化氧化降解效率低、所需反應(yīng)溫度高的問(wèn)題。通過(guò)光電催化耦合達(dá)到室溫狀態(tài)下就能夠?qū)⒓兹┑葘?duì)人體有害的氣體徹底凈化。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種去除空氣中甲醛有害成分的催化系統(tǒng)，負(fù)載Ag3PO4催化劑的導(dǎo)電電極一端與電源負(fù)極相連，另一端與電阻相連。外加光源照射產(chǎn)生活化物質(zhì)降解空氣中的有害氣體甲醛。
[0007]一種去除空氣中甲醛有害成分的催化系統(tǒng)，包括電路系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)和光照系統(tǒng)；
[0008]電路系統(tǒng):電源陰極、負(fù)載Ag3PO4催化劑的導(dǎo)電電極、開(kāi)關(guān)、電阻和電源正極依次相連形成閉合電路，負(fù)載Ag3PO4催化劑的導(dǎo)電電極位于反應(yīng)器內(nèi)，使其與反應(yīng)器內(nèi)的甲醛充分接觸，電路系統(tǒng)的其他部分在反應(yīng)器外，反應(yīng)器內(nèi)外通過(guò)導(dǎo)線相連;所述的反應(yīng)器為透明材質(zhì)；
[0009]氣路系統(tǒng):反應(yīng)器、氣栗和檢測(cè)器依次通過(guò)氣路管道連接形成了封閉循環(huán)系統(tǒng)，含有甲醛的氣體在氣路系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)，反應(yīng)器中放置負(fù)載Ag3PO4催化劑的導(dǎo)電電極，進(jìn)行降解反應(yīng)；
[0010]光照系統(tǒng):在反應(yīng)器的上部放置鎢鹵素?zé)?，調(diào)整鎢鹵素?zé)粽丈湄?fù)載Ag3PO4催化劑的導(dǎo)電電極的整個(gè)外表面。
[0011]所述的負(fù)載Ag3PO4催化劑的導(dǎo)電電極為螺旋狀，為了增大單位長(zhǎng)度的表面積，從而提高催化劑對(duì)甲醛等有害氣體的凈化效率。
[0012]—種去除空氣中甲醛有害成分的催化系統(tǒng)所用的負(fù)載Ag3PO4催化劑的導(dǎo)電電極的制備方法，步驟如下:
[0013](I)制備磷酸銀催化劑:硝酸銀與磷酸鈉發(fā)生化合反應(yīng)制備磷酸銀催化劑；
[0014]⑵制備負(fù)載Ag3PO4催化劑的導(dǎo)電電極
[0015]A.制備硅溶膠:正硅酸乙酯、無(wú)水乙醇、去離子水、濃鹽酸四種物質(zhì)按照比例混合制備所需的硅溶膠；
[0016]B.導(dǎo)電載體預(yù)處理:將導(dǎo)電材料做成10cm*lcm薄片電極狀，先后使用丙酮、無(wú)水乙醇浸泡，烘干；
[0017]C.在導(dǎo)電載體上負(fù)載Ag3PO4:磷酸銀催化劑加入到硅溶膠中，攪拌均勻，將其涂到預(yù)處理完畢的導(dǎo)電載體上，恒溫烘干，得到負(fù)載Ag3PO4催化劑的導(dǎo)電電極。
[0018]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明催化系統(tǒng)為光電催化系統(tǒng)，使有害氣體依次經(jīng)過(guò)反應(yīng)器、氣栗和檢測(cè)器，在反應(yīng)器內(nèi)有害物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而被降解。通過(guò)檢測(cè)器可以得到有害氣體的濃度變化等數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分析降解效果。本發(fā)明的耦合系統(tǒng)不但可以有效降解甲醛等揮發(fā)性有機(jī)污染物，還可以通過(guò)光電耦合系統(tǒng)來(lái)去除空氣中的臭氧、氮氧化物等有害物質(zhì)。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是耦合系統(tǒng)對(duì)甲醛的降解圖。
[0020]圖2是凈化工藝連接圖。
[0021 ]圖中:橫坐標(biāo)是時(shí)間，縱坐標(biāo)是甲醛濃度。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0023]實(shí)施例一:耦合系統(tǒng)中不銹鋼導(dǎo)電體負(fù)載磷酸銀降解甲醛氣體
[0024]1.磷酸銀催化劑:稱取5.0lg AgNO3粉末溶于30ml去離子水中得到硝酸銀溶液，再稱取11.4g Na3PO4.12H20溶于90ml去離子水中并迅速攪拌，在迅速攪拌的條件下將硝酸銀溶液緩緩加入其中，得到黃色沉淀物質(zhì)。將所得產(chǎn)物經(jīng)抽濾、水洗5次后放置于干燥箱中干燥，恒溫70°C直到烘干為止。所得粉末即為Ag3PO4催化劑。
[0025]2.負(fù)載Ag3PO4催化劑的導(dǎo)電電極的制備
[0026]A.制備硅溶膠:向燒杯A中加入一定體積的無(wú)水乙醇與正硅酸乙酯，另一只燒杯B中加入濃鹽酸與去離子水，然后在攪拌下將燒杯B中的混合液緩慢滴加到燒杯A中，繼續(xù)攪拌0.5h，其中正硅酸乙酯、無(wú)水乙醇、去離子水、濃鹽酸的體積比為:1:2.23:2:0.55。
[0027I B.不銹鋼網(wǎng)預(yù)處理:將不銹鋼網(wǎng)做成20cm*2cm，然后先后使用丙酮、無(wú)水乙醇浸泡2h，之后放烘箱中干燥，放置備用。
[0028]C.在導(dǎo)電材料上上負(fù)載Ag3PO4,得到電極:取一定量的催化劑加入到硅溶膠溶液中，攪拌lOmin，使用刷子將光催化劑均勻地涂到預(yù)處理之后的不銹鋼網(wǎng)上，放在表面皿中恒溫50°C烘干，所得即為含催化劑的電極。
[0029]3.連接耦合系統(tǒng)開(kāi)始降解反應(yīng)
[0030]將負(fù)載Ag3PO4催化劑的不銹鋼網(wǎng)兩端連接好導(dǎo)線，且與電壓為3V的電池、阻值為200歐姆的電阻相連形成電流回路。將負(fù)載Ag3PO4催化劑的不銹鋼網(wǎng)放在反應(yīng)器中，做好密閉措施，保證氣路通暢且密封。將甲醛標(biāo)準(zhǔn)管中的甲醛氣體抽吸到反應(yīng)器中作為氣源，確保反應(yīng)器中有一定濃度的甲醛有害氣體。測(cè)定初始甲醛濃度值并記錄。開(kāi)啟空氣栗使反應(yīng)器內(nèi)的有害氣體混合均勻，閉合電路開(kāi)關(guān)、打開(kāi)50w功率的鎢鹵素?zé)粽丈湄?fù)載著磷酸銀催化劑的不銹鋼網(wǎng)，從而激發(fā)出活性物質(zhì)。每隔合適的一小段時(shí)間用甲醛快速測(cè)定儀檢測(cè)反應(yīng)器內(nèi)甲醛的濃度，并根據(jù)得到的數(shù)據(jù)分析甲醛的降解情況，得出結(jié)論。
[0031]實(shí)施例二:耦合系統(tǒng)中碳布作為導(dǎo)電載體負(fù)載磷酸銀降解甲醛氣體
[0032]將碳布裁剪成20cm*2cm大小的條狀薄片狀，預(yù)處理方法同上，所用催化劑的制備同上。將催化劑均勻的涂敷到碳布載體上，連接好電路系統(tǒng)和氣路系統(tǒng)。將甲醛標(biāo)準(zhǔn)管中的氣體抽吸到反應(yīng)器中作為氣源，測(cè)定甲醛初始濃度并記錄。開(kāi)啟電路開(kāi)關(guān)和空氣栗，打開(kāi)50W媽鹵素?zé)糸_(kāi)始照射負(fù)載Ag3PO4催化劑的導(dǎo)電電極。每隔一段時(shí)間用甲醛快速檢測(cè)儀測(cè)定反應(yīng)器內(nèi)的甲醛濃度，記錄數(shù)值并分析。碳布作為載體的系統(tǒng)不但可以通過(guò)催化劑催化氧化降解甲醛，還能夠通過(guò)碳布的吸附作用來(lái)降低反應(yīng)器內(nèi)甲醛的濃度。
[0033]從圖1中可以看出，開(kāi)啟開(kāi)關(guān)開(kāi)始對(duì)甲醛降解。O分鐘時(shí)表示初始濃度，隨著催化時(shí)間的增長(zhǎng)甲醛的濃度開(kāi)始降低，可以看出前15分鐘甲醛的濃度急劇下降，表明耦合系統(tǒng)對(duì)甲醛的降解速度是很快的。最高的降解效率可以達(dá)到64.3%。光電催化降解有害氣體甲醛是可行的。另外，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在光照射和無(wú)光照射的條件下進(jìn)行，有光照射和無(wú)光照射對(duì)甲醛的降解效率和降解速度有很大影響?？梢?jiàn)光電耦合催化比單純的電催化效果好，加入光源可以提高降解效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種去除空氣中甲醛有害成分的催化系統(tǒng)，其特征在于，所述的催化系統(tǒng)包括電路系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)和光照系統(tǒng)； 電路系統(tǒng):電源陰極、負(fù)載Ag3PO4催化劑的導(dǎo)電電極、開(kāi)關(guān)、電阻和電源正極依次相連形成閉合電路，負(fù)載Ag3PO4催化劑的導(dǎo)電電極位于反應(yīng)器內(nèi)，使其與反應(yīng)器內(nèi)的甲醛充分接觸，電路系統(tǒng)的其他部分在反應(yīng)器外，反應(yīng)器內(nèi)外通過(guò)導(dǎo)線相連;所述的反應(yīng)器為透明材質(zhì)； 氣路系統(tǒng):反應(yīng)器、氣栗和檢測(cè)器依次通過(guò)氣路管道連接形成了封閉循環(huán)系統(tǒng)，含有甲醛的氣體在氣路系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)，反應(yīng)器中放置負(fù)載Ag3PO4催化劑的導(dǎo)電電極，進(jìn)行降解反應(yīng)； 光照系統(tǒng):在反應(yīng)器的上部放置鎢鹵素?zé)?，調(diào)整鎢鹵素?zé)粽丈湄?fù)載Ag3PO4催化劑的導(dǎo)電電極的整個(gè)外表面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化系統(tǒng)，其特征在于，所述的負(fù)載Ag3PO4催化劑的導(dǎo)電電極為螺旋狀。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種去除空氣中甲醛的催化凈化系統(tǒng)，屬于有害氣體控制技術(shù)領(lǐng)域。選擇弱電場(chǎng)高效催化材料負(fù)載多孔性電極，接入電路中，一端與負(fù)極相連，另一端與電阻相連，構(gòu)建的新的空氣凈化除甲醛系統(tǒng)，在毫伏范圍的電壓作用下進(jìn)行催化凈化反應(yīng)；當(dāng)弱電耦合光照的作用，發(fā)生氣相光電催化反應(yīng)；采用磷酸銀負(fù)載導(dǎo)電電極材料接入電路的弱電催化系統(tǒng)，在室溫條件下去除有害氣體，催化凈化效果顯著。電催化作用室溫下去除有害甲醛氣體，加光照后凈化效率進(jìn)一步提高。本發(fā)明的益處是處于mV范圍的弱電催化或者耦合光電催化在室溫條件下高效凈化空氣，節(jié)能降耗，易于實(shí)現(xiàn)。
【IPC分類】B01D53/86, B01D53/66, B01D53/72, B01D53/56
【公開(kāi)號(hào)】CN105498525
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510857085
【發(fā)明人】柳麗芬, 安文杰
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年11月27日