室内低浓度甲醛降解催化剂制备与应用研究

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wuzhiqing1984
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室内空气污染正越来越被人们所重视,甲醛作为最严重的室内污染物之一,目前对其去除的研究正成为国内外的热点。研究表明金属氧化催化法无需光照,在常温下便能氧化甲醛等有机物,将其转化为无毒无害的物质,且不造成二次污染。其中二氧化锰对甲醛具有最高的催化降解效率,众多基于二氧化锰降解甲醛的研究发现,较高的比表面积、丰富的表面氧物种、较多的反应位点及缺陷可以显著提高二氧化锰对甲醛的降解活性,掺杂或复合类二氧化锰催化剂对甲醛降解活性的提高有显著影响。然而,现有的二氧化锰类催化剂往往制备较为复杂,且对于甲醛降解的研究多基于100 ppm以上的高浓度值。而含二氧化锰的电池阴极材料由于放电过程中产生的较大的比表面积,更多的表面氧物种等可以大大提高其对甲醛的降解效率。本文基于上述原因,通过简单的方法分别回收了碳性电池与锂锰电池的阴极材料,且模拟锂锰电池完全放电后的阴极材料,在不同条件下制备了锰酸锂,并在室温下进行了低浓度甲醛降解实验,探究了催化剂对甲醛降解性能的影响。本文工作如下:(1)、以碳性电池为原料,通过回收碳性电池阴极材料,对比了放电前、放电后和放电后再经2.5 mol/L硫酸处理的三种阴极材料的甲醛催化降解性能。研究发现从放电后电池中提取的阴极材料由于较低的比表面积以及较低的Mn价态,无法直接用做甲醛降解催化剂;经过硫酸处理后其比表面积显著增加,Mn价态升高,其甲醛催化降解能力大大提高,在24小时内其甲醛净化率保持在98%以上。(2)、通过简单的拆装、清洗、干燥等步骤回收了不同放电程度下锂锰电池的阴极材料,根据放电程度将所得催化剂标记为LixMn O2(x=0.00,0.25,0.50,0.75和1.00),并将其应用于室温下低浓度甲醛进行催化降解。结果表明放电改变了催化剂的结构组成,表面形貌,氧物种以及Mn价态。随着放电的进行,Li+逐渐嵌入到二氧化锰中,Mn(IV)逐渐转化为Mn(III),催化剂晶格间隙逐渐增大,缺陷与表面氧物种增多,比表面积逐渐增大。表面活性氧的增加和较大的比表面积有利于提高催化活性。随着放电的进行催化剂对甲醛的催化活性逐渐提高,完全放电的阴极材料Li1.00Mn O2具有较高的比表面积和活性部位,可在24小时内对低浓度甲醛保持接近100%的降解率。(3)、模拟锂锰电池完全放电后的阴极材料,以高锰酸钾和氢氧化锂为原料,采用水热法分别在130℃,180℃,230℃下制备了锰酸锂,在室温下对低浓度甲醛进行催化降解,探究了水热反应温度对所得锰酸锂结构、晶型及甲醛降解效率的影响。其中130℃时产物为无定型锰氧化物,180℃时产物为Li1.27Mn1.73O4,230℃时产物为晶型较好的Li Mn2O4。三种温度下制备的催化剂在10小时内均对低浓度甲醛保持98%以上的催化效率,其中在230℃下成功制备晶型良好的锰酸锂,10小时内对低浓度甲醛降解效率保持在99%以上。所制备的锰酸锂比表面积较高,可以吸附更多的水与氧气参与反应,对室温下空气中的甲醛具有良好的催化氧化活性。
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