一种常温氧化甲醛的方法

黄小雨　王帅兵　王超

摘 要：为了研究常温下高效处理甲醛的方法，选择用静电纺丝膜负载铈掺杂二氧化锰。将铈元素掺杂在二氧化锰中制成不同配比的MnOx-CeO2复合催化剂，并负载在PAA纳米球上，制成纺丝液进行静电纺丝。通过TEM对催化剂进行表征，探究催化剂的活性。结果表明，Ce/Mn比为1：10的MnOx-CeO2复合催化剂具有更高的活性，且在常温下仍有较高的活性。将MnOx-CeO2复合催化剂负载在PAA纳米球上，然后与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，得到多孔纤维膜，增大了催化剂与甲醛的接触面积，提高了氧化甲醛的能力。通过静电纺丝制成多孔纤维膜，提高了实用性，拓宽了其在环境领域的应用。

关键词：铈掺杂二氧化锰；PAA纳米球；静电纺丝

近几年来，空气污染问题是一个越来越引起人们关注的话题，而与人类居住、生活、工作息息相关的室内空气污染更是得到我们的重视[1]。在众多挥发性有机物中，甲醛是人类生活中接触的最常见，也是最有害得到气体之一。甲醛是一种易挥发也易溶于水的带有强烈刺激性气味的無色气体[2]。对我们身体最直接的危害是会刺激我们的眼睛和呼吸系统，因此，如何高效的处理甲醛具有深远意义。

目前，甲醛的处理方法有吸附法，臭氧氧化法，膜吸收法，金属催化法等。金属催化方法是一种比较好的方法，其优点在于可以在常温常压下进行，且处理效果好[3]。贵金属基催化剂的应用受其成本高昂的限制，因此选择铈掺杂的二氧化锰制成复合催化剂，然后将催化剂负载在PAA纳米球上进行纺丝[4]。铈掺杂改性二氧化锰，增加了二氧化锰处理甲醛的活性，提高了催化效率。静电纺丝工艺，将负载了催化剂的PAA球与PVB制成多孔纤维膜，增大了催化剂的实用性，拓宽其在环境领域的应用[5]。

1实验部分

1.1 铈改性二氧化锰催化剂的制备

（1）在圆底烧瓶中加入1gKMnO4，0.4g的（NH4）2C2O4·H2O，0.27gCe（NO3）3·6H2O，溶于130ml去离子水中，放入转子，然后在90℃水浴中以150rpm的频率处理10小时。

（2）将沉淀离心并用去离子水洗涤多次后，用无水乙腈洗涤多次，并分散在30ml无水乙腈中保存。

1.2 PAA纳米球的制备

（1）在圆底烧瓶中加入80ml无水乙腈，2ml减蒸PAA，0.04g偶氮二异丁腈作为引发剂，俩三粒沸石，进行加热。当蒸出40ml乙腈的时候停止加热，冷却至室温。

（2）将沉淀离心并用无水乙腈多次洗涤后，并分散在30ml无水乙腈中保存。

1.3催化剂的负载与静电纺丝

（1）将催化剂和PAA球负载，然后以一定的比例与PVB溶于二氯甲烷，进行静电纺丝。

（2）然后将纺完的膜浸入pH=10的水溶液中，溶掉其中的PAA，得到多孔纳米纤维膜。

2 结果与讨论

2.1 铈改性二氧化锰催化剂TEM的表征

复合催化剂放大5000的透射电镜图如图1所示：

从图中可以看见铈改性二氧化锰的晶体结构，观察到CeO2纳米团簇和MnO2之间的晶界，这表明铈离子还参与除了掺入MnO2本体相之外的界面结构的形成，催化剂表面上不同晶体之间的晶界在催化反应中起关键作用。在晶界之间存在配位不饱和表面离子和空位，这有助于提高氧的迁移率和分子氧的活化，提高催化活性[6]。

2.2静电纺丝多孔纤维膜表征

通过扫描电镜我们发现，复合纤维粗细出现严重不均匀，且纤维表面出现了很多大小不一的小孔，大约在几十纳米左右，说明PAA已经完全被水溶解掉，使得纤维表面出现小孔，这种多孔结构有利于Ce-MnO2的暴露，解决了Ce-MnO2被纤维包裹的问题，有效的增大了催化剂与目标催化物的接触面积。

2.3催化效率测试

对铈改性二氧化锰负载PAA多孔纤维膜进行催化效率测试，用纯铈改性二氧化锰催化剂作为对照，考虑到多孔纤维膜对甲醛也存在着吸附作用，也用纯PVB进行对比实验，结果显示纯PVB纤维膜对甲醛的催化效率为零，纯铈改性二氧化锰催化剂85分钟达到平衡，催化效率达到95.3%，而负载了铈改性二氧化锰的多孔纤维膜，120分钟达到平衡，催化效率为85%。尽管制备的纤维膜是多孔材料，能将大部分的催化剂暴露在纤维膜外面，但始终有部分的催化剂无法暴露出来，导致没有纯Ce-MnO2催化剂的催化效率高。

3结论

本文描述了一种通过静电纺丝膜负载铈改性二氧化锰催化剂来处理甲醛的方法，铈元素的加入，提高了二氧化锰低温下氧化甲醛的活性。由于静电纺丝的使用，给Ce-MnO2催化剂提供了载体，使金属催化剂能更方便的运用到甲醛催化中，拓宽其在环境领域的应用，对室内催化降解甲醛具有现实意义。

参考文献：

[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.不同晶型纳米二氧化锰对甲醛的降解行为研究及其负载静电纺丝多孔纤维膜[J]. 化工中间体， 2015（7）.

[4]朱利云，姚绍铭，马海林，等.纳米二氧化锰的合成研究[J].西北民族大学学报：自然科学版， 2015， 36（1）：22-27.

[5]王 磊，张立群，田明.静电纺丝聚合物纤维的研究进展 [J].现代化工 ， 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.

作者简介：

黄小雨，1996.6.3女，汉族，河南信阳人，本科生。

基金项目：大学生创新创业训练计划项目 项目编号201610058125