專利名稱：用于分解甲醛的催化劑和材料的制作方法
技術領域：
本發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：
據調查，人平均有80%以上的時間是在室內度過的，因而室內空氣的質量直接 關系到人的身體健康。甲醛(HCHO)是一種常見的室內空氣污染物，主要來源于室內 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的其 他各類裝飾材料。甲醛為毒性較高的物質，在我國有毒化學品優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，新生兒體質降低，甚至引發癌癥； 高濃度甲醛對神經系統，免疫系統和肝臟等都有毒害。甲醛已經被世界衛生組織確定為 致癌和致畸形物質，是公認的變態反應源，也是潛在的強致突變物之一。
針對這種情況，各種治理甲醛的技術應運而生。金屬氧化物催化技術是目前發 展處于初級階段的甲醛治理新技術。金屬氧化物催化技術又稱冷觸媒技術，是指不需要 光能，僅靠金屬氧化物的強氧化性及其表面性質將甲醛吸附氧化。該技術最早由日本的 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 條件下進行了治理室內甲醛的研究。他在研究中發現在所有金屬氧化物中MnO2與甲醛 具有最高的反應性，主要生成CO2和H2O,反應過程中沒有有害的副反應氣體生成。
然而，冷觸媒技術中一直存在著兩個主要問題，使其在治理室內甲醛領域內的 應用受到很大限制
(1)分解甲醛的二氧化錳催化劑極易失活
二氧化錳降解室內高濃度甲醛時，在開始半個小時內降解速率較高，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載方法一直未解決。
在實際應用中，出于催化劑應處于空氣循環狀態中的考慮，二氧化錳催化劑需 負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載的方式不多，多 數負載方法負載量少、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存在以上兩個主要問題尚未解決，所以一直沒有相 關的產品問世。發明內容
因此，本發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 有技術中的冷觸媒技術不能實際應用于治理室內甲醛的問題。
本發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，其中按重量份數計，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，載體優選為包含低熔點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，該載體可以包含低熔點纖維10-40%，載體纖維60-90%。
用于本發明的載體的低熔點纖維(LMF)也被稱之為熱粘合纖維，包括低熔點 聚烯烴纖維、聚酯纖維以及雙組分復合纖維等。在上述材料中，低熔點纖維優選為低 熔點聚酯纖維，更優選為雙組分低熔點聚酯纖維，最優選為雙組分皮芯型低熔點聚酯纖 維，例如芯層為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)且皮層為低熔點聚對苯二甲酸乙二醇酯 (LMPET)的低熔點聚酯纖維。該低熔點纖維的熔點可以為110°C。該低熔點聚酯纖維 是由普通聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和低熔點聚對苯二甲酸乙二醇酯(LMPET)經復合 紡絲而生產的纖維，其采用皮芯結構，外面是改性的低熔點聚酯，里面是普通聚酯。之 所以被稱之為低熔點，是因為其可以在比普通聚酯更低的溫度下熔融，因此其表面具有 良好的熱粘合性能。用于本發明的載體的低熔點聚酯纖維，雙組分低熔點聚酯纖維或雙 組分皮芯型低熔點聚酯纖維均可以采用本領域中已知的各種方法制得，包括但不限于中 國發明專利申請 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明作為參考。它們也可以通過 商業途徑購得，例如低熔點纖維4080(ESLC)N，韓國世韓化纖)。
在用于本發明的載體纖維的聚酯纖維中，聚酯是由有機二元酸和二元醇縮聚而 成的，以其為原料經過紡絲就得到了聚酯纖維。聚酯纖維熔點為258-263°C。上述聚酯的一個例子的結構如下
HH O O H-tO-C-C-O-C^o^C^OH H H
用于本發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 合而成的等規聚丙烯為原料紡制而成的合成纖維。聚丙烯熔點為220-300°C。聚丙烯的 結構如下
^CH2-CHi CH3
在上述材料中，載體纖維優選為聚酯纖維和聚烯烴纖維。其中，按材料的總重 量計，上述材料包含低熔點纖維10-40%，聚酯纖維35-60%和聚烯烴纖維25-30%。優 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)將低熔點纖維與載體纖維進行混合、梳理，同時加入摻雜型催化劑；
(3)對步驟( 制得混合材料進行穿刺處理，然后進行熱輥處理。
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行烘毛整理。
在上述制備方法的步驟O)中，按低熔點纖維與載體纖維的混合材料的面積 計，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加固成 布。用針刺法制成的非織造布，內部孔隙多而且均勻，無規則，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行熱輥處理，輥設定的加熱溫度 為95-150°C，壓力為1950N/cm2以下。經過熱輥處理的非織造布，利用低熔點纖維到 達低熔點產生的黏性，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，本發明通過獨特的非黏合劑黏合工藝，將摻雜型二氧化錳催化劑負 載于載體之上，制得的材料在常溫常壓的自然環境下，短時間內對甲醛的降解率可以達 到90%以上，具有有效率高、降解效率穩定、可循環使用等優點。具體而言，利用本發 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 用添加有LMF低熔點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，實現催化劑粉末的牢固、穩定負載，同時成品的通風性好，粉末還 有充分的有效裸露面積，成功克服了冷觸媒技術的不足。該材料在常溫、常壓下對甲醛 的降解率在3小時內均能達到90%以上。
具體實施方式
下面結合具體實施方式
對本發明進行進一步的詳細描述，給出的實施例僅為了 闡明本發明，而不是為了限制本發明的范圍。
實施例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分別為 3900C > 2015°C、1728°C、1026°C、450°C和 2852°C。
( 按重量百分比計，以60%的PET聚酯纖維、30%的聚丙烯纖維及10%低熔 點纖維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 纖網加固成非織造材料。
(4)將針刺的非織造混合材料進行熱輥處理，處理溫度和壓力設定為90°C、 950N/cm2。最后進行烘毛整理，以便得到表面光潔的非織造材料。
(5)材料成品的質量為210g/m2，厚度為4mm，對甲醛的降解效果在3小時時能 達到90.3%。
實施例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 纖網加固成非織造材料。
(4)將針刺的非織造混合材料進行熱輥處理，處理溫度和壓力設定為1M°C、 1550N/cm2。最后進行烘毛整理，以便得到表面光潔的非織造材料。
(5)材料成品質量為300g/m2，厚度為7mm，對甲醛的降解效果在3小時時能達 到 90.7%。
實施例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，以40%的PET聚酯纖維、27%的聚丙烯纖維及33%的低 熔點纖維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 纖網加固成非織造材料。
(4)將針刺的非織造混合材料進行熱輥處理，處理溫度和壓力設定為145°C、 1950N/cm2。最后進行烘毛整理，以便得到表面光潔的非織造材料。
(5)材料成品質量為360g/m2，厚度為9mm，對甲醛的降解效果3小時時能達到 91%。
實施例4
分解甲醛試驗
1.試驗條件
模擬試驗室1.5m3試驗艙；
2.試驗方案
(1)將2.00mL甲醛放入試驗艙中，揮發12小時后進行采樣，記為C。；
(2)事先將實施例3制備的本發明的材料放入艙內，風機通電分別運行1小時和3小時進行采樣，記為C1和C2;
(3)依據GB/T18883-2002《室內空氣質量標準》、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。根據樣品中檢測出的濃度， 計算出本發明的材料對甲醛的去除效率。
3.去除效率計算
去除效率=(Q1-C)/C。X100% (C = C” C2)
4.結果
檢驗項目作用時間濃度，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，其中按重量份數計，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.根據權利要求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，該材料包括根據權利要求1所述的催化劑和載體。
4.根據權利要求3所述的材料，其特征在于，所述載體為包含低熔點纖維和一種或多 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.根據權利要求3或4所述的材料，其特征在于，按材料的總重量計，所述材料包含 低熔點纖維10-40%，載體纖維60-90%。
6.根據權利要求3至5中任一項所述的材料，其特征在于，所述低熔點纖維優選為低 熔點聚酯纖維，更優選為雙組分低熔點聚酯纖維，最優選為雙組分皮芯型低熔點聚酯纖 維，例如芯層為聚對苯二甲酸乙二醇酯且皮層為低熔點聚對苯二甲酸乙二醇酯的低熔點 聚酯纖維。
7.根據權利要求3至6中任一項所述的材料，其特征在于，所述低熔點纖維的熔點為 110°C。
8.根據權利要求3至7中任一項所述的材料，其特征在于，所述載體纖維為聚酯纖維 和聚烯烴纖維。
9.根據權利要求8所述的材料，其特征在于，按材料的總重量計，所述材料包含低熔 點纖維10-40%，聚酯纖維35-60%和聚烯烴纖維25-30%。
10.根據權利要求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。
11.一種根據權利要求1至10中任一項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)將低熔點纖維與載體纖維進行混合、梳理，同時加入摻雜型催化劑；(3)對步驟(2)制得混合材料進行穿刺處理，然后進行熱輥處理。
12.根據權利要求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行烘毛整理。
13.根據權利要求11或12所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟(2)中，按低 熔點纖維與載體纖維的混合材料的面積計，以130-220克/平方米的比例加入摻雜型催化 劑。
14.根據權利要求11至13中任一項所述的制備方法，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，其中按重量份數計，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，本發明通過獨特的非黏合劑黏合工藝，將摻雜型二氧化錳催化劑負載于載體之上，制得的材料在常溫常壓的自然環境下，短時間內對甲醛的降解率可以達到90％以上，具有有效率高、降解效率穩定、可循環使用等優點。
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 優先權日2009年9月21日
發明者鄭立平 申請人:北京納維達斯科技有限公司