一種常溫氧化甲醛的方法

黃小雨　王帥兵　王超

摘 要：為了研究常溫下高效處理甲醛的方法，選擇用靜電紡絲膜負(fù)載鈰摻雜二氧化錳。將鈰元素?fù)诫s在二氧化錳中制成不同配比的MnOx-CeO2復(fù)合催化劑，并負(fù)載在PAA納米球上，制成紡絲液進(jìn)行靜電紡絲。通過(guò)TEM對(duì)催化劑進(jìn)行表征，探究催化劑的活性。結(jié)果表明，Ce/Mn比為1：10的MnOx-CeO2復(fù)合催化劑具有更高的活性，且在常溫下仍有較高的活性。將MnOx-CeO2復(fù)合催化劑負(fù)載在PAA納米球上，然后與PVB以一定的比例溶于二氯甲烷，然后浸入pH=10的水溶液，溶掉其中的PAA，得到多孔纖維膜，增大了催化劑與甲醛的接觸面積，提高了氧化甲醛的能力。通過(guò)靜電紡絲制成多孔纖維膜，提高了實(shí)用性，拓寬了其在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：鈰摻雜二氧化錳；PAA納米球；靜電紡絲

近幾年來(lái)，空氣污染問(wèn)題是一個(gè)越來(lái)越引起人們關(guān)注的話題，而與人類居住、生活、工作息息相關(guān)的室內(nèi)空氣污染更是得到我們的重視[1]。在眾多揮發(fā)性有機(jī)物中，甲醛是人類生活中接觸的最常見(jiàn)，也是最有害得到氣體之一。甲醛是一種易揮發(fā)也易溶于水的帶有強(qiáng)烈刺激性氣味的無(wú)色氣體[2]。對(duì)我們身體最直接的危害是會(huì)刺激我們的眼睛和呼吸系統(tǒng)，因此，如何高效的處理甲醛具有深遠(yuǎn)意義。

目前，甲醛的處理方法有吸附法，臭氧氧化法，膜吸收法，金屬催化法等。金屬催化方法是一種比較好的方法，其優(yōu)點(diǎn)在于可以在常溫常壓下進(jìn)行，且處理效果好[3]。貴金屬基催化劑的應(yīng)用受其成本高昂的限制，因此選擇鈰摻雜的二氧化錳制成復(fù)合催化劑，然后將催化劑負(fù)載在PAA納米球上進(jìn)行紡絲[4]。鈰摻雜改性二氧化錳，增加了二氧化錳處理甲醛的活性，提高了催化效率。靜電紡絲工藝，將負(fù)載了催化劑的PAA球與PVB制成多孔纖維膜，增大了催化劑的實(shí)用性，拓寬其在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用[5]。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1 鈰改性二氧化錳催化劑的制備

（1）在圓底燒瓶中加入1gKMnO4，0.4g的（NH4）2C2O4·H2O，0.27gCe（NO3）3·6H2O，溶于130ml去離子水中，放入轉(zhuǎn)子，然后在90℃水浴中以150rpm的頻率處理10小時(shí)。

（2）將沉淀離心并用去離子水洗滌多次后，用無(wú)水乙腈洗滌多次，并分散在30ml無(wú)水乙腈中保存。

1.2 PAA納米球的制備

（1）在圓底燒瓶中加入80ml無(wú)水乙腈，2ml減蒸PAA，0.04g偶氮二異丁腈作為引發(fā)劑，倆三粒沸石，進(jìn)行加熱。當(dāng)蒸出40ml乙腈的時(shí)候停止加熱，冷卻至室溫。

（2）將沉淀離心并用無(wú)水乙腈多次洗滌后，并分散在30ml無(wú)水乙腈中保存。

1.3催化劑的負(fù)載與靜電紡絲

（1）將催化劑和PAA球負(fù)載，然后以一定的比例與PVB溶于二氯甲烷，進(jìn)行靜電紡絲。

（2）然后將紡?fù)甑哪そ雙H=10的水溶液中，溶掉其中的PAA，得到多孔納米纖維膜。

2 結(jié)果與討論

2.1 鈰改性二氧化錳催化劑TEM的表征

復(fù)合催化劑放大5000的透射電鏡圖如圖1所示：

從圖中可以看見(jiàn)鈰改性二氧化錳的晶體結(jié)構(gòu)，觀察到CeO2納米團(tuán)簇和MnO2之間的晶界，這表明鈰離子還參與除了摻入MnO2本體相之外的界面結(jié)構(gòu)的形成，催化劑表面上不同晶體之間的晶界在催化反應(yīng)中起關(guān)鍵作用。在晶界之間存在配位不飽和表面離子和空位，這有助于提高氧的遷移率和分子氧的活化，提高催化活性[6]。

2.2靜電紡絲多孔纖維膜表征

通過(guò)掃描電鏡我們發(fā)現(xiàn)，復(fù)合纖維粗細(xì)出現(xiàn)嚴(yán)重不均勻，且纖維表面出現(xiàn)了很多大小不一的小孔，大約在幾十納米左右，說(shuō)明PAA已經(jīng)完全被水溶解掉，使得纖維表面出現(xiàn)小孔，這種多孔結(jié)構(gòu)有利于Ce-MnO2的暴露，解決了Ce-MnO2被纖維包裹的問(wèn)題，有效的增大了催化劑與目標(biāo)催化物的接觸面積。

2.3催化效率測(cè)試

對(duì)鈰改性二氧化錳負(fù)載PAA多孔纖維膜進(jìn)行催化效率測(cè)試，用純鈰改性二氧化錳催化劑作為對(duì)照，考慮到多孔纖維膜對(duì)甲醛也存在著吸附作用，也用純PVB進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示純PVB纖維膜對(duì)甲醛的催化效率為零，純鈰改性二氧化錳催化劑85分鐘達(dá)到平衡，催化效率達(dá)到95.3%，而負(fù)載了鈰改性二氧化錳的多孔纖維膜，120分鐘達(dá)到平衡，催化效率為85%。盡管制備的纖維膜是多孔材料，能將大部分的催化劑暴露在纖維膜外面，但始終有部分的催化劑無(wú)法暴露出來(lái)，導(dǎo)致沒(méi)有純Ce-MnO2催化劑的催化效率高。

3結(jié)論

本文描述了一種通過(guò)靜電紡絲膜負(fù)載鈰改性二氧化錳催化劑來(lái)處理甲醛的方法，鈰元素的加入，提高了二氧化錳低溫下氧化甲醛的活性。由于靜電紡絲的使用，給Ce-MnO2催化劑提供了載體，使金屬催化劑能更方便的運(yùn)用到甲醛催化中，拓寬其在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)室內(nèi)催化降解甲醛具有現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]C. Shi， Y. Wang， A. Zhu， B. Chen， C. Au， Catal. Commun. 28 （2012） 18–22.

[2]J. Zhang， Y. Li， L. Wang， C. Zhang， H. He， Catal. Sci. Technol.5 （2015）2305–2313.

[3]余孝威.不同晶型納米二氧化錳對(duì)甲醛的降解行為研究及其負(fù)載靜電紡絲多孔纖維膜[J]. 化工中間體， 2015（7）.

[4]朱利云，姚紹銘，馬海林，等.納米二氧化錳的合成研究[J].西北民族大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版， 2015， 36（1）：22-27.

[5]王 磊，張立群，田明.靜電紡絲聚合物纖維的研究進(jìn)展 [J].現(xiàn)代化工 ， 2009， 29（2）：28-31.

[6]H. Hojo， T. Mizoguchi， H. Ohta， S.D. Findlay， N. Shibata， T. Yamamoto， Y.Ikuhara， Nano Lett. 10 （2010） 4668–4672.

作者簡(jiǎn)介：

黃小雨，1996.6.3女，漢族，河南信陽(yáng)人，本科生。

基金項(xiàng)目：大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目 項(xiàng)目編號(hào)201610058125