一種去除空氣中甲醛有害成分的催化系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于有害氣體凈化領域，提供了一種去除空氣中甲醛有害成分的催化系統，用硅溶膠將催化材料磷酸銀負載于導電電極表面對有害氣體進行處理。利用負載Ag3PO4催化劑的導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。
【背景技術】
[0002]當前社會，有害氣體的治理一直是困擾環(huán)境領域專家的難題。工業(yè)領域的有害氣體治理已經取得不錯的效果，例如:電力工業(yè)燃煤產生的硫氧化物、氮氧化物等有害氣體可以通過工業(yè)催化劑的大量使用取得較好的去除效率。脫硫、脫銷工藝相對來說已經趨向成熟。但是相對低含量的室內有害氣體甲醛卻很難找到一種催化劑或者一種工藝來有效的治理。室內有害氣體甲醛分散廣、種類多、含量低，目前室內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做基礎。而且室內有害氣體的研究較少，也是進展緩慢的原因之一。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有害氣體的關鍵之處。
[0003]通過研究，在高效催化劑的基礎上引入弱電體系，可以有效的促進催化劑產生具有高活性的自由基，從而將甲醛、室內氮氧化物等有害氣體降解成對環(huán)境和人體無害的水、氮氣、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構體，利用其電催化性能對氮氧化物的去除效果良好，在高濃度氧氣作用下實現了氮氧化物轉化為他和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、微孔結構等都能使其吸附更多的目標物，在其產生自由基之后與有害分子物質反應達到降解有害氣體分子的目標。
[0004]納米技術已經成為材料領域的熱點課題，納米材料的研究已經取得了巨大的進展并很好的應用在生活、生產中。納米催化劑應用于有害氣體的降解已經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、錳復合金屬氧化物，它對甲醛具有很高的“儲存”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)現磷酸銀具有很好的納米性能，應用在燃料廢水方面取得了良好的效果。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明在單一催化劑催化氧化降解甲醛的基礎上加入弱電系統，可以有效降解甲醛，外加光照形成光電協同催化的體系，進一步提高降解甲醛的效率。弱電場中選擇負載Ag3PO4催化劑的導電電極接入電路中，一端與負極相連，另一端與電阻相連，構建的新的空氣凈化除甲醛系統，在毫伏范圍的電壓作用下進行催化凈化反應;當弱電耦合光照的作用，發(fā)生氣相光電催化反應。采用負載Ag3PO4的導電電極接入電路的弱電催化系統，在室溫條件下去除有害氣體，催化凈化效果顯著。本發(fā)明旨在解決現有研究中，催化氧化降解效率低、所需反應溫度高的問題。通過光電催化耦合達到室溫狀態(tài)下就能夠將甲醛等對人體有害的氣體徹底凈化。
[0006]本發(fā)明的技術方案:一種去除空氣中甲醛有害成分的催化系統，負載Ag3PO4催化劑的導電電極一端與電源負極相連，另一端與電阻相連。外加光源照射產生活化物質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，包括電路系統、氣路系統和光照系統；
[0008]電路系統:電源陰極、負載Ag3PO4催化劑的導電電極、開關、電阻和電源正極依次相連形成閉合電路，負載Ag3PO4催化劑的導電電極位于反應器內，使其與反應器內的甲醛充分接觸，電路系統的其他部分在反應器外，反應器內外通過導線相連;所述的反應器為透明材質；
[0009]氣路系統:反應器、氣栗和檢測器依次通過氣路管道連接形成了封閉循環(huán)系統，含有甲醛的氣體在氣路系統中循環(huán)流動，反應器中放置負載Ag3PO4催化劑的導電電極，進行降解反應；
[0010]光照系統:在反應器的上部放置鎢鹵素燈，調整鎢鹵素燈照射負載Ag3PO4催化劑的導電電極的整個外表面。
[0011]所述的負載Ag3PO4催化劑的導電電極為螺旋狀，為了增大單位長度的表面積，從而提高催化劑對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所用的負載Ag3PO4催化劑的導電電極的制備方法，步驟如下:
[0013](I)制備磷酸銀催化劑:硝酸銀與磷酸鈉發(fā)生化合反應制備磷酸銀催化劑；
[0014]⑵制備負載Ag3PO4催化劑的導電電極
[0015]A.制備硅溶膠:正硅酸乙酯、無水乙醇、去離子水、濃鹽酸四種物質按照比例混合制備所需的硅溶膠；
[0016]B.導電載體預處理:將導電材料做成10cm*lcm薄片電極狀，先后使用丙酮、無水乙醇浸泡，烘干；
[0017]C.在導電載體上負載Ag3PO4:磷酸銀催化劑加入到硅溶膠中，攪拌均勻，將其涂到預處理完畢的導電載體上，恒溫烘干，得到負載Ag3PO4催化劑的導電電極。
[0018]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明催化系統為光電催化系統，使有害氣體依次經過反應器、氣栗和檢測器，在反應器內有害物質發(fā)生氧化還原反應，從而被降解。通過檢測器可以得到有害氣體的濃度變化等數據，進一步分析降解效果。本發(fā)明的耦合系統不但可以有效降解甲醛等揮發(fā)性有機污染物，還可以通過光電耦合系統來去除空氣中的臭氧、氮氧化物等有害物質。
【附圖說明】
[0019]圖1是耦合系統對甲醛的降解圖。
[0020]圖2是凈化工藝連接圖。
[0021 ]圖中:橫坐標是時間，縱坐標是甲醛濃度。
【具體實施方式】
[0022]以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0023]實施例一:耦合系統中不銹鋼導電體負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。將所得產物經抽濾、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.負載Ag3PO4催化劑的導電電極的制備
[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.不銹鋼網預處理:將不銹鋼網做成20cm*2cm，然后先后使用丙酮、無水乙醇浸泡2h，之后放烘箱中干燥，放置備用。
[0028]C.在導電材料上上負載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處理之后的不銹鋼網上，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.連接耦合系統開始降解反應
[0030]將負載Ag3PO4催化劑的不銹鋼網兩端連接好導線，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。將負載Ag3PO4催化劑的不銹鋼網放在反應器中，做好密閉措施，保證氣路通暢且密封。將甲醛標準管中的甲醛氣體抽吸到反應器中作為氣源，確保反應器中有一定濃度的甲醛有害氣體。測定初始甲醛濃度值并記錄。開啟空氣栗使反應器內的有害氣體混合均勻，閉合電路開關、打開50w功率的鎢鹵素燈照射負載著磷酸銀催化劑的不銹鋼網，從而激發(fā)出活性物質。每隔合適的一小段時間用甲醛快速測定儀檢測反應器內甲醛的濃度，并根據得到的數據分析甲醛的降解情況，得出結論。
[0031]實施例二:耦合系統中碳布作為導電載體負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，連接好電路系統和氣路系統。將甲醛標準管中的氣體抽吸到反應器中作為氣源，測定甲醛初始濃度并記錄。開啟電路開關和空氣栗，打開50W媽鹵素燈開始照射負載Ag3PO4催化劑的導電電極。每隔一段時間用甲醛快速檢測儀測定反應器內的甲醛濃度，記錄數值并分析。碳布作為載體的系統不但可以通過催化劑催化氧化降解甲醛，還能夠通過碳布的吸附作用來降低反應器內甲醛的濃度。
[0033]從圖1中可以看出，開啟開關開始對甲醛降解。O分鐘時表示初始濃度，隨著催化時間的增長甲醛的濃度開始降低，可以看出前15分鐘甲醛的濃度急劇下降，表明耦合系統對甲醛的降解速度是很快的。最高的降解效率可以達到64.3%。光電催化降解有害氣體甲醛是可行的。另外，通過實驗驗證，在光照射和無光照射的條件下進行，有光照射和無光照射對甲醛的降解效率和降解速度有很大影響。可見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。
【主權項】
1.一種去除空氣中甲醛有害成分的催化系統，其特征在于，所述的催化系統包括電路系統、氣路系統和光照系統； 電路系統:電源陰極、負載Ag3PO4催化劑的導電電極、開關、電阻和電源正極依次相連形成閉合電路，負載Ag3PO4催化劑的導電電極位于反應器內，使其與反應器內的甲醛充分接觸，電路系統的其他部分在反應器外，反應器內外通過導線相連;所述的反應器為透明材質； 氣路系統:反應器、氣栗和檢測器依次通過氣路管道連接形成了封閉循環(huán)系統，含有甲醛的氣體在氣路系統中循環(huán)流動，反應器中放置負載Ag3PO4催化劑的導電電極，進行降解反應； 光照系統:在反應器的上部放置鎢鹵素燈，調整鎢鹵素燈照射負載Ag3PO4催化劑的導電電極的整個外表面。2.根據權利要求1所述的催化系統，其特征在于，所述的負載Ag3PO4催化劑的導電電極為螺旋狀。
【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，屬于有害氣體控制技術領域。選擇弱電場高效催化材料負載多孔性電極，接入電路中，一端與負極相連，另一端與電阻相連，構建的新的空氣凈化除甲醛系統，在毫伏范圍的電壓作用下進行催化凈化反應；當弱電耦合光照的作用，發(fā)生氣相光電催化反應；采用磷酸銀負載導電電極材料接入電路的弱電催化系統，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，易于實現。
【IPC分類】B01D53/86, B01D53/66, B01D53/72, B01D53/56
【公開號】CN105498525
【申請?zhí)枴緾N201510857085
【發(fā)明人】柳麗芬, 安文杰
【申請人】大連理工大學
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年11月27日