活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭载铂催化甲醛的氧化，这种能催化甲醛的活性炭催化剂加工方法复杂，需要将钨浸渍的木质活性炭载入铂催化剂。如果有想了解的可以先咨询一下我们的技术。

　　甲醛是什么?

　　甲醛是一种无色，易燃的，强烈气味的有机化合物和是重要的化工原料为先导，许多广泛使用的材料和制造型中工业化学化合物。每年用于生产家庭用品的大量甲醛(数百万吨)，如洗发水，口红，牙膏，疫苗，消毒剂，纸制品涂料，永久压榨衣物和液体涂料。甲醛主要用于生产工业树脂，广泛用于家具制造和建筑行业的各种材料，包括绝缘材料，胶水和粘合剂，刨花板，胶合板和纤维板。由于其高挥发性，甲醛从家具和建筑材中释放到空气，是室内空气污染的主要来源。甲醛对人类和动物危害很大。长期与甲醛接触，即使浓度仅为几ppm，也会出现问题。因此，甲醛是室内空气的主要污染物。

　　甲醛的处理方法

　　目前已经开发出各种技术来去除室内空气中的甲醛，包括通过活性炭材料进行物理吸附，化学吸收，用紫外线照射进行光催化氧化，等离子体降解和催化燃烧等。然而，这些方法受到有限的吸附能力的限制，需要光源或具有高能量消耗的昂贵的等离子设备等。由于需求是反应温度低和能耗低，所以我的技术员更加关注完全催化氧化以消除室内甲醛污染。在这个过程中，甲醛被催化氧化成CO 2和H 2 O运用催化剂在室温下协助。在环境温度下，需要高活性的催化剂才能完全转化室内空气中的低浓度甲醛。能在低温下将甲醛完全氧化的催化剂分为两类：负载型铂族金属(如铂，钯，金和银)和过渡金属氧化物如CuO，MnO 2和TiO2等。由于贵金属比较贵所以有必要开发一种可以通过具有成本效益的方法有效地氧化室内空气中甲醛的催化剂。所以我们开发出了活性炭催化剂使用钨浸渍的活性炭再载入铂来进行制备。

　　活性炭催化剂分析与表征

　　首先是电子显微镜，图1显示了活性炭(a)，高温活化后的活性炭(b)，钨浸渍活性炭(c)和钨浸渍活性炭载铂催化剂(d)的形态。SEM图像(图1a)显示了在CO 2气氛下在800℃下气化的固体炭的形态。其多孔表面是由高温下的CO 2蚀刻过程所贡献的。高温活化后的活性炭变得高度多孔，在1000°C碳化后，炭中形成了更多的孔和通道(图2b)。钨浸渍活性炭样品中原始的活性炭结构似乎消失了(图1c)，因为在高温下活性炭和氧化钨之间的碳热还原反应破坏了活性炭结构。活性炭的壁表面嵌入了直径在3到10 nm之间的纳米粒子(图1c)，根据XRD结果，这意味着这些纳米粒子应为碳化钨结构。在钨浸渍活性炭样品中加入1.0%铂后，表面形态无明显变化(图1d)。

　　图1：活性炭扫描电子显微镜(FESEM)图像。

　　甲醛完全氧化的测试

　　在将反应气体从旁路流切换到活性炭催化剂床之后，通过在线残留气体分析仪分析的流出气体(入口气体成分：400 ppm甲醛，20%O 2和Ar)。反应在室温下以GHSV=50,000h-1进行。在将反应气体从旁路流切换到装有活性炭催化剂样品(钨浸渍活性炭载1.0%铂)的反应器后，甲醛的浓度(m/z=30)稳定降低至较低水平，而反应产物CO 2和H 2 O逐渐增加并在一小时后达到稳定水平。气体分析仪在排放气体中未检测到CO和甲酸盐，这表明甲醛已完全氧化为CO 2和H 2 O。

　　活性炭内铂负载的影响

　　活性炭中金属的负载量在负载型催化剂的催化性能中起关键作用。制备了具有不同铂含量的活性炭样品并测试了甲醛的完全氧化，其活性如图2所示。发现在活性炭催化剂上，甲醛的转化率随铂负载量的增加在0.1-1.0 wt%范围内增加。金属催化剂的活性通常随着低含量下负载量的增加而增加，因为催化剂中的活性部位随金属负载量的增加而增加。然而，金属负载的额外增加可能不会进一步增加甲醛的转化率。当金属负载超过特定值时，金属含量的进一步增加不会由于金属颗粒的团聚和烧结而增加活性位点的数目，从而导致催化剂稳定性降低。

　　图2：使用不同的铂负载活性炭催化剂，反应温度对甲醛转化率的影响。

　　钨浸渍对活性炭载铂催化剂的促进作用

　　已经提出了用于甲醛氧化反应的两个途径。第一途径在铂活性位点上遵循三个步骤：HCHO→H 2 CO 2→HCO 2→CO 2 。该机理涉及甲酸盐被O 2直接氧化成CO 2。第二种途径是HCHO→CO→CO 2。活性炭内钨纳米结构的存在增加了铂的分散性，从而提高了对甲醛氧化的催化性能。钨浸渍活性炭可以产生更多的负电子表面性能。也就是说，钨纳米结构产生的电子给体效应提高了氧化催化剂上吸附的类CO物质的能力。还可以与水分反应生成钨-OH，并在低温下促进铂原子上的CO氧化，从而提高了活性炭催化剂对甲醛氧化的稳定性。

　　活性炭载铂催化甲醛的氧化中的测试发现，新研发的这种氧化甲醛的活性炭催化剂效果还不错。经过特殊加工工艺将活性炭浸渍负载金属从而获得催化性能。在对甲醛的氧化测试中发现这款材料能在低温(25–50°C)下拥有完全氧化甲醛的活性和稳定性。

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