專利名稱：用于分解甲醛的催化劑和材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于分解甲醛的催化劑，以及包含該催化劑的材料及其制備方 法。具體涉及一種用于分解甲醛的摻雜型二氧化錳催化劑，以及包含該摻雜型二氧化錳 催化劑的材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
據(jù)調(diào)查，人平均有80%以上的時間是在室內(nèi)度過的，因而室內(nèi)空氣的質(zhì)量直接 關(guān)系到人的身體健康。甲醛(HCHO)是一種常見的室內(nèi)空氣污染物，主要來源于室內(nèi) 家具的人造板材、以甲醛為主要原料的黏合劑，以及含有甲醛成分并會向外界散發(fā)的其 他各類裝飾材料。甲醛為毒性較高的物質(zhì)，在我國有毒化學(xué)品優(yōu)先控制名單上高居第二 位。長期接觸低劑量甲醛容易引起慢性呼吸道疾病，新生兒體質(zhì)降低，甚至引發(fā)癌癥； 高濃度甲醛對神經(jīng)系統(tǒng)，免疫系統(tǒng)和肝臟等都有毒害。甲醛已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織確定為 致癌和致畸形物質(zhì)，是公認(rèn)的變態(tài)反應(yīng)源，也是潛在的強(qiáng)致突變物之一。
針對這種情況，各種治理甲醛的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。金屬氧化物催化技術(shù)是目前發(fā) 展處于初級階段的甲醛治理新技術(shù)。金屬氧化物催化技術(shù)又稱冷觸媒技術(shù)，是指不需要 光能，僅靠金屬氧化物的強(qiáng)氧化性及其表面性質(zhì)將甲醛吸附氧化。該技術(shù)最早由日本的 Yoshika提出，他采用特定的金屬氧化物(主要是過渡金屬氧化物)在常溫、常壓、無光 條件下進(jìn)行了治理室內(nèi)甲醛的研究。他在研究中發(fā)現(xiàn)在所有金屬氧化物中MnO2與甲醛 具有最高的反應(yīng)性，主要生成CO2和H2O,反應(yīng)過程中沒有有害的副反應(yīng)氣體生成。
然而，冷觸媒技術(shù)中一直存在著兩個主要問題，使其在治理室內(nèi)甲醛領(lǐng)域內(nèi)的 應(yīng)用受到很大限制
(1)分解甲醛的二氧化錳催化劑極易失活
二氧化錳降解室內(nèi)高濃度甲醛時，在開始半個小時內(nèi)降解速率較高，但是半小 時后，二氧化錳便會失活，喪失對甲醛的分解能力。
(2) 二氧化錳催化劑在載體上的有效負(fù)載方法一直未解決。
在實(shí)際應(yīng)用中，出于催化劑應(yīng)處于空氣循環(huán)狀態(tài)中的考慮，二氧化錳催化劑需 負(fù)載于不同種類的載體上。但目前該催化劑在不同載體上的有效負(fù)載的方式不多，多 數(shù)負(fù)載方法負(fù)載量少、催化劑的有效裸露面積不夠，甚至使用黏合劑造成甲醛的二次污染。
因此，由于冷觸媒催化技術(shù)存在以上兩個主要問題尚未解決，所以一直沒有相 關(guān)的產(chǎn)品問世。發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種能夠有效分解甲醛的催化劑及材料，以克服現(xiàn) 有技術(shù)中的冷觸媒技術(shù)不能實(shí)際應(yīng)用于治理室內(nèi)甲醛的問題。
本發(fā)明提供了一種用于分解甲醛的催化劑，該催化劑包含二氧化錳、氧化鋁、氧化硅、氧化銅、氧化鉬和氧化鎂，其中按重量份數(shù)計(jì)，二氧化錳氧化鋁氧化硅 氧化銅氧化鉬氧化鎂=100 9-15 5-7 3-7 0.5-2 1_3。在上述催化劑中， 二氧化錳的純度可以為75% -99.6%。
本發(fā)明還提供了一種用于分解甲醛的材料，該材料包括上述催化劑和載體。
在上述材料中，載體優(yōu)選為包含低熔點(diǎn)纖維和一種或多種選自聚酯纖維、聚醚 纖維、脂肪族聚酰胺纖維、芳香族聚酰胺纖維、聚丙烯腈纖維、聚烯烴纖維、聚乙烯醇 纖維、含氯纖維、含氟纖維和碳纖維的載體纖維的非織造材料。其中，按材料的總重量 計(jì)，該載體可以包含低熔點(diǎn)纖維10-40%，載體纖維60-90%。
用于本發(fā)明的載體的低熔點(diǎn)纖維(LMF)也被稱之為熱粘合纖維，包括低熔點(diǎn) 聚烯烴纖維、聚酯纖維以及雙組分復(fù)合纖維等。在上述材料中，低熔點(diǎn)纖維優(yōu)選為低 熔點(diǎn)聚酯纖維，更優(yōu)選為雙組分低熔點(diǎn)聚酯纖維，最優(yōu)選為雙組分皮芯型低熔點(diǎn)聚酯纖 維，例如芯層為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)且皮層為低熔點(diǎn)聚對苯二甲酸乙二醇酯 (LMPET)的低熔點(diǎn)聚酯纖維。該低熔點(diǎn)纖維的熔點(diǎn)可以為110°C。該低熔點(diǎn)聚酯纖維 是由普通聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和低熔點(diǎn)聚對苯二甲酸乙二醇酯(LMPET)經(jīng)復(fù)合 紡絲而生產(chǎn)的纖維，其采用皮芯結(jié)構(gòu)，外面是改性的低熔點(diǎn)聚酯，里面是普通聚酯。之 所以被稱之為低熔點(diǎn)，是因?yàn)槠淇梢栽诒绕胀ň埘ジ偷臏囟认氯廴?，因此其表面具?良好的熱粘合性能。用于本發(fā)明的載體的低熔點(diǎn)聚酯纖維，雙組分低熔點(diǎn)聚酯纖維或雙 組分皮芯型低熔點(diǎn)聚酯纖維均可以采用本領(lǐng)域中已知的各種方法制得，包括但不限于中 國發(fā)明專利申請 200310108786.0、200410072878.2、200510094406.1、200580029336.X 以 及200810163542.5中公開的方法，這些專利申請引入本發(fā)明作為參考。它們也可以通過 商業(yè)途徑購得，例如低熔點(diǎn)纖維4080(ESLC)N，韓國世韓化纖)。
在用于本發(fā)明的載體纖維的聚酯纖維中，聚酯是由有機(jī)二元酸和二元醇縮聚而 成的，以其為原料經(jīng)過紡絲就得到了聚酯纖維。聚酯纖維熔點(diǎn)為258-263°C。上述聚酯的一個例子的結(jié)構(gòu)如下
HH O O H-tO-C-C-O-C^o^C^OH H H
用于本發(fā)明的載體纖維的聚烯烴纖維的一個例子為聚丙烯纖維，它是以丙烯聚 合而成的等規(guī)聚丙烯為原料紡制而成的合成纖維。聚丙烯熔點(diǎn)為220-300°C。聚丙烯的 結(jié)構(gòu)如下
^CH2-CHi CH3
在上述材料中，載體纖維優(yōu)選為聚酯纖維和聚烯烴纖維。其中，按材料的總重 量計(jì)，上述材料包含低熔點(diǎn)纖維10-40%，聚酯纖維35-60%和聚烯烴纖維25-30%。優(yōu) 選地，聚酯纖維為聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維，聚烯烴纖維為聚丙烯纖維。
本發(fā)明還提供了一種上述材料的制備方法，該制備方法包括以下步驟
(1)按重量份數(shù)將二氧化錳、氧化鋁、氧化硅、氧化銅、氧化鉬和氧化鎂混合， 制成摻雜型催化劑；
(2)將低熔點(diǎn)纖維與載體纖維進(jìn)行混合、梳理，同時加入摻雜型催化劑；
(3)對步驟( 制得混合材料進(jìn)行穿刺處理，然后進(jìn)行熱輥處理。
上述制備方法還可以包括以下步驟
(4)對熱輥處理后的材料進(jìn)行烘毛整理。
在上述制備方法的步驟O)中，按低熔點(diǎn)纖維與載體纖維的混合材料的面積 計(jì)，加入的摻雜型催化劑的比例為130-220克/平方米。在上述制備方法的步驟(3)中， 熱輥處理的加熱溫度可以為95-150°C，壓力可以為750-1950N/cm2。
在上述制備方法中，在混合梳理的過程中可以運(yùn)用震動器以130-220g/m2比 例均勻撒入摻雜型二氧化錳粉末，隨后利用刺針的穿刺作用可以將蓬松的纖網(wǎng)加固成 布。用針刺法制成的非織造布，內(nèi)部孔隙多而且均勻，無規(guī)則，因此透氣性及對粒子 的截流性都較好。然后，對針刺法制成的非織造布進(jìn)行熱輥處理，輥設(shè)定的加熱溫度 為95-150°C，壓力為1950N/cm2以下。經(jīng)過熱輥處理的非織造布，利用低熔點(diǎn)纖維到 達(dá)低熔點(diǎn)產(chǎn)生的黏性，除能使LMF材料對載體纖維，例如聚酯纖維和聚烯烴纖維部分黏 合外，還能有效地固定添加的摻雜型二氧化錳粉末，并且使粉末留有充分的有效接觸面 積。最后，對含摻雜型二氧化錳粉末的非織造布進(jìn)行烘毛整理，例如用煤氣等燒掉非織 造布表面凸出的浮面纖維，可以得到表面光潔的非織造布，使其具有良好的粒子截流性 和濾餅剝離性。
本發(fā)明通過將多種金屬氧化物混合配制成摻雜型二氧化錳催化劑，通過這樣的 摻雜改性，能夠明顯增加二氧化錳在分解甲醛過程中的持久性，并能吸收一部分的二氧 化碳生成物。此外，本發(fā)明通過獨(dú)特的非黏合劑黏合工藝，將摻雜型二氧化錳催化劑負(fù) 載于載體之上，制得的材料在常溫常壓的自然環(huán)境下，短時間內(nèi)對甲醛的降解率可以達(dá) 到90%以上，具有有效率高、降解效率穩(wěn)定、可循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)。具體而言，利用本發(fā) 明所配制的摻雜型二氧化錳催化劑，能明顯提高降解甲醛的效率，以及增加持久性。運(yùn) 用添加有LMF低熔點(diǎn)纖維的非織造材料為載體，能夠在不使用黏合劑而不釋放出甲醛的 二次污染的情況下，實(shí)現(xiàn)催化劑粉末的牢固、穩(wěn)定負(fù)載，同時成品的通風(fēng)性好，粉末還 有充分的有效裸露面積，成功克服了冷觸媒技術(shù)的不足。該材料在常溫、常壓下對甲醛 的降解率在3小時內(nèi)均能達(dá)到90%以上。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述，給出的實(shí)施例僅為了 闡明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1
(1)在純度為75%的二氧化錳粉末中，以二氧化錳氧化鋁氧化硅氧化 銅氧化鉬氧化鎂=100 9 5 3 0.5 1的比例進(jìn)行添加、混合，配制摻雜型 二氧化錳催化劑。二氧化錳、氧化鋁、氧化硅、氧化銅、氧化鉬和氧化鎂的熔點(diǎn)分別為 3900C > 2015°C、1728°C、1026°C、450°C和 2852°C。
( 按重量百分比計(jì)，以60%的PET聚酯纖維、30%的聚丙烯纖維及10%低熔 點(diǎn)纖維4080(韓國世韓化纖)配制成混合材料，在混合梳理過程中以130g/m2的比例添加 事先配制的摻雜型二氧化錳催化劑。
(3)對含有摻雜型二氧化錳催化劑的混合材料，利用刺針的穿刺作用，將蓬松的 纖網(wǎng)加固成非織造材料。
(4)將針刺的非織造混合材料進(jìn)行熱輥處理，處理溫度和壓力設(shè)定為90°C、 950N/cm2。最后進(jìn)行烘毛整理，以便得到表面光潔的非織造材料。
(5)材料成品的質(zhì)量為210g/m2，厚度為4mm，對甲醛的降解效果在3小時時能 達(dá)到90.3%。
實(shí)施例2
(1)在純度為87%的二氧化錳粉末中，以二氧化錳氧化鋁氧化硅氧化 銅氧化鉬氧化鎂=100 11 5 5 1 2的比例添加混合，配制摻雜型二氧化 錳催化劑。
(2)按重量百分比，以45%的PET聚酯纖維、30%的聚丙烯纖維及25%的低熔 點(diǎn)纖維4080(韓國世韓化纖)配制成混合材料，在混合梳理過程中，以180g/m2的比例添 加事先配制的摻雜型二氧化錳催化劑。
(3)對含有摻雜型二氧化錳催化劑的混合材料，利用刺針的穿刺作用，將蓬松的 纖網(wǎng)加固成非織造材料。
(4)將針刺的非織造混合材料進(jìn)行熱輥處理，處理溫度和壓力設(shè)定為1M°C、 1550N/cm2。最后進(jìn)行烘毛整理，以便得到表面光潔的非織造材料。
(5)材料成品質(zhì)量為300g/m2，厚度為7mm，對甲醛的降解效果在3小時時能達(dá) 到 90.7%。
實(shí)施例3
(1)在純度為95%的二氧化錳粉末中，以二氧化錳氧化鋁氧化硅氧化 銅氧化鉬氧化鎂=100 14 7 6.5 1.5 2.4的比例添加混合，配制摻雜型二氧化錳催化劑。
( 按重量百分比計(jì)，以40%的PET聚酯纖維、27%的聚丙烯纖維及33%的低 熔點(diǎn)纖維4080(韓國世韓)配制成混合材料，在混合梳理過程中以210g/m2的比例添加事 先配制的摻雜型二氧化錳催化劑。
(3)對含有摻雜型二氧化錳催化劑的混合材料，利用刺針的穿刺作用，將蓬松的 纖網(wǎng)加固成非織造材料。
(4)將針刺的非織造混合材料進(jìn)行熱輥處理，處理溫度和壓力設(shè)定為145°C、 1950N/cm2。最后進(jìn)行烘毛整理，以便得到表面光潔的非織造材料。
(5)材料成品質(zhì)量為360g/m2，厚度為9mm，對甲醛的降解效果3小時時能達(dá)到 91%。
實(shí)施例4
分解甲醛試驗(yàn)
1.試驗(yàn)條件
模擬試驗(yàn)室1.5m3試驗(yàn)艙；
2.試驗(yàn)方案
(1)將2.00mL甲醛放入試驗(yàn)艙中，揮發(fā)12小時后進(jìn)行采樣，記為C。；
(2)事先將實(shí)施例3制備的本發(fā)明的材料放入艙內(nèi)，風(fēng)機(jī)通電分別運(yùn)行1小時和3小時進(jìn)行采樣，記為C1和C2;
(3)依據(jù)GB/T18883-2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T18204J6-2000《公共 場所空氣中甲醛測定方法》檢測所采集樣品中的甲醛濃度。根據(jù)樣品中檢測出的濃度， 計(jì)算出本發(fā)明的材料對甲醛的去除效率。
3.去除效率計(jì)算
去除效率=(Q1-C)/C。X100% (C = C” C2)
4.結(jié)果
檢驗(yàn)項(xiàng)目作用時間濃度，mg/m3去除效率，％曱醛初始1.50一1小時0.202863小時0.1369權(quán)利要求
1.一種用于分解甲醛的催化劑，該催化劑包含二氧化錳、氧化鋁、氧化硅、氧化 銅、氧化鉬和氧化鎂，其中按重量份數(shù)計(jì)，二氧化錳氧化鋁氧化硅氧化銅氧化 鉬氧化鎂=100 9-15 5-7 3-7 0.5—2 1—3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于，所述二氧化錳的純度為 75% -99.6% ο
3.一種用于分解甲醛的材料，該材料包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑和載體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的材料，其特征在于，所述載體為包含低熔點(diǎn)纖維和一種或多 種選自聚酯纖維、聚醚纖維、脂肪族聚酰胺纖維、芳香族聚酰胺纖維、聚丙烯腈纖維、 聚烯烴纖維、聚乙烯醇纖維、含氯纖維、含氟纖維和碳纖維的載體纖維的非織造材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的材料，其特征在于，按材料的總重量計(jì)，所述材料包含 低熔點(diǎn)纖維10-40%，載體纖維60-90%。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的材料，其特征在于，所述低熔點(diǎn)纖維優(yōu)選為低 熔點(diǎn)聚酯纖維，更優(yōu)選為雙組分低熔點(diǎn)聚酯纖維，最優(yōu)選為雙組分皮芯型低熔點(diǎn)聚酯纖 維，例如芯層為聚對苯二甲酸乙二醇酯且皮層為低熔點(diǎn)聚對苯二甲酸乙二醇酯的低熔點(diǎn) 聚酯纖維。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的材料，其特征在于，所述低熔點(diǎn)纖維的熔點(diǎn)為 110°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)所述的材料，其特征在于，所述載體纖維為聚酯纖維 和聚烯烴纖維。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的材料，其特征在于，按材料的總重量計(jì)，所述材料包含低熔 點(diǎn)纖維10-40%，聚酯纖維35-60%和聚烯烴纖維25-30%。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的材料，其特征在于，所述聚酯纖維為聚對苯二甲酸乙 二醇酯纖維，所述聚烯烴纖維為聚丙烯纖維。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的材料的制備方法，該制備方法包括以下 步驟(1)按重量份數(shù)將二氧化錳、氧化鋁、氧化硅、氧化銅、氧化鉬和氧化鎂混合，制成 摻雜型催化劑；(2)將低熔點(diǎn)纖維與載體纖維進(jìn)行混合、梳理，同時加入摻雜型催化劑；(3)對步驟(2)制得混合材料進(jìn)行穿刺處理，然后進(jìn)行熱輥處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括以下步驟(4)對熱輥處理后的材料進(jìn)行烘毛整理。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟(2)中，按低 熔點(diǎn)纖維與載體纖維的混合材料的面積計(jì)，以130-220克/平方米的比例加入摻雜型催化 劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟(3) 中，所述熱輥處理的加熱溫度為95-150°C，壓力為750-1950N/cm2。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于分解甲醛的催化劑和材料，該催化劑包含二氧化錳、氧化鋁、氧化硅、氧化銅、氧化鉑和氧化鎂，其中按重量份數(shù)計(jì)，二氧化錳∶氧化鋁∶氧化硅∶氧化銅∶氧化鉑∶氧化鎂＝100∶9-15∶5-7∶3-7∶0.5-2∶1-3。用于分解甲醛的材料包括該催化劑和載體。本發(fā)明的摻雜型二氧化錳催化劑能夠明顯增加二氧化錳在分解甲醛過程中的持久性，并能吸收一部分的二氧化碳生成物。此外，本發(fā)明通過獨(dú)特的非黏合劑黏合工藝，將摻雜型二氧化錳催化劑負(fù)載于載體之上，制得的材料在常溫常壓的自然環(huán)境下，短時間內(nèi)對甲醛的降解率可以達(dá)到90％以上，具有有效率高、降解效率穩(wěn)定、可循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B01J23/89GK102019189SQ20091009309
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月21日
發(fā)明者鄭立平 申請人:北京納維達(dá)斯科技有限公司