一種高催化氧化活性空氣凈化材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高催化氧化活性空氣凈化材料，其制備方法為：1)將溶膠-凝膠制備的TiO2凝膠加入水熱合成的α-MnO2納米棒溶液中，兩者的質(zhì)量比為1:(1.0～1.4)，將混合液進行過濾，獲得濾餅A；2)將KIO3溶于100℃水中，制成質(zhì)量份數(shù)為15％～23％碘酸鉀溶液，并與鈦酸酯偶聯(lián)劑或硅酸酯偶聯(lián)劑改性納米ZnO混合，兩者質(zhì)量比為1:(15～25)，制得光觸媒活性劑B；3)將步驟1)制得的濾餅A、光觸媒活性劑B、電氣石粉和粘結(jié)劑按質(zhì)量比1:(0.15～0.30):(0.20～0.25):(0.25～0.30)混合，攪拌均勻并造粒成球或擠壓成條，經(jīng)烘干制得。該材料空氣凈化能力強、應(yīng)用方便。
【專利說明】一種高催化氧化活性空氣凈化材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種過濾材料，具體涉及一種空氣過濾材料。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，空氣污染問題一直是各國政府亟待解決的問題，空氣中超標的硫化物、一氧化碳(CO)和氮氧化物等是影響人類健康的有害氣體；能源、化工、冶金、交通等行業(yè)燃用化石燃料(煤、石油、天然氣等)所釋放的煙氣中含有大量的S02和NOx，對大氣造成嚴重污染。此外，人類活動產(chǎn)生的各種粉塵，還有氣候惡化造成的沙塵等固體懸浮顆粒對環(huán)境空氣的污染，以及來自各類裝飾材料和口用化學(xué)品的可揮發(fā)性有機污染物越來越多地進入住宅和公共建筑物，導(dǎo)致人居環(huán)境污染急劇增加。
[0003]調(diào)查顯示，我國90%的新裝居室和95%的新裝辦公場所存在VOCs氣體污染物超標現(xiàn)象。由于絕大部分人類活動在室內(nèi)進行，所以室內(nèi)環(huán)境污染對人們健康和人口質(zhì)量所造成的危害是非常嚴重。世界衛(wèi)生組織的一項統(tǒng)計顯示，室內(nèi)環(huán)境污染造成的疾病負擔(dān)超過室外同級別污染造成負擔(dān)的6倍。上世紀九十年代，我國每年由室內(nèi)環(huán)境污染引起的超額死亡數(shù)達11萬人，超額門診數(shù)達13萬人次，超額急診數(shù)達150萬人次，因此而造成的經(jīng)濟損失超過100億美元。
[0004]為適應(yīng)人們對空氣質(zhì)量的要求，市場上出現(xiàn)了各種類型的空氣凈化器，目前國內(nèi)外公認的空氣凈化方法主要是利用吸附法和靜電法對污染物進行去除，己有的空氣凈化器大部分采用過濾材料除去空氣中的懸浮顆粒，采用活性炭等多孔材料來吸附空氣中的有害氣體，并帶有負離子發(fā)生器產(chǎn)生一定量的負離子。但是，吸附材料活性炭的吸附容量都有限，在吸附達到飽和以后，就會出現(xiàn)污染物穿透現(xiàn)象。而且對室內(nèi)主要污染物甲醛、乙醛、苯、VOCs、氮氧化物的清除效果不是很理想。這時，吸附材料不僅丟失對污染物的吸附特性，所吸附的有害污染物反而會造成二次污染，成為新的污染源；當所吸附的污染物為揮發(fā)性有機物時。
[0005]目前國內(nèi)外己開始研究利用納米光觸媒技術(shù)凈化室內(nèi)空氣。將納米光觸媒和吸附劑結(jié)合，利用吸附劑的吸附性能以及納米光催化劑在常溫下即能將有害氣體分解為無害氣體的特性凈化室內(nèi)空氣。如:用活性炭或活性炭纖維作光催化劑的載體制備凈化材料等。但由于這類光催化作用僅在紫外光的照射下才能發(fā)揮作用，因此采用這種方式制成的材料目前實用性不強，室內(nèi)環(huán)境很難滿足紫外光照條使用，且成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高催化氧化活性空氣凈化材料。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]一種高催化氧化活性空氣凈化材料，其由以下制備方法制成，具體制備方法步驟為:[0009]I)將溶膠-凝膠制備的Ti02凝膠加入水熱合成的α -Μη02納米棒溶液中，混合液中Ti02凝膠與α -Μη02納米棒溶液質(zhì)量比為1: (1.0?1.4)，將混合液進行過濾，獲得含水率50%?70%的濾餅A ;
[0010]2)將ΚΙ03溶于100°C水中，制成質(zhì)量份數(shù)為15%?23%碘酸鉀溶液，并與鈦酸酯偶聯(lián)劑或硅酸酯偶聯(lián)劑改性納米ZnO混合，K103與ZnO質(zhì)量比為1: (15?25)，制得光觸媒活性劑B ；
[0011]3)將步驟I)制得的濾餅A、光觸媒活性劑B、電氣石粉和粘結(jié)劑按質(zhì)量比I: (0.15?0.30): (0.20?0.25): (0.25?0.30)混合，攪拌均勻并造粒成球或擠壓成條，經(jīng)100°C?150°C烘干，即制得所述空氣凈化材料。
[0012]優(yōu)選的，所述電氣石為鎂電氣石、鐵電氣石、鐵鎂電氣石、煙電氣石中的一種或幾種。
[0013]優(yōu)選的，所述改性納米ZnO粒徑為20nm?50nm。
[0014]優(yōu)選的，所述粘結(jié)劑為活性Y-A1203、沸石粉、活性凹土、高嶺土中的一種或幾種。
[0015]其中，所述溶膠凝膠制備Ti02的方法有多種，優(yōu)選的為:先將鈦酸丁酯與無水乙醇混合按體積比為1:(4.0?4.5)混合，攪拌形成溶液A ;再取體積比為1:(1.0?
1.5): (0.1?0.5)離子水、無水乙醇和冰醋酸混合，保持pH值3-4，形成溶液B ;然后，在40°C水浴條件下將溶液A逐滴(速率在3mL/min)加入所制備的溶液B中，同時利用恒溫磁力攪拌器進行快速攪拌，使其鈦酸丁酯水解。連續(xù)攪拌約2?3.5h后，過濾后即可制成白色透明的Ti02凝膠。
[0016]其中，α-Μη02納米棒制備方法有多種，優(yōu)選的為:分別將質(zhì)量比為1:(1?
1.5): (6.0?6.5)的高錳酸鉀(KMn04)、乙酸錳(Mn (CH3C00) 2.4H20)和蒸餾水混合攪拌，將其混合溶液轉(zhuǎn)入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜內(nèi)，再加入蒸餾水調(diào)節(jié)至反應(yīng)釜內(nèi)襯體積的60% -70%，密封，并放置于真空干燥箱中，從室溫加熱，經(jīng)過恒溫反應(yīng)，自然冷卻至室溫，即可制得α -Μη02納米棒；
[0017]反應(yīng)原理為:
[0018]2KMn04+3Mn (CH3COO) 2 — 5Mn02+CH3C00H+2CH3C00K+4H20
[0019]該反應(yīng)由兩個半反應(yīng)組成:
[0020]Mn2++2H20 — Mn02+4H++2e (Ε=1.23V)
[0021]Mn04+4H++3e — Mn02+2H20 (E = 1.695V)
[0022]本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明的高催化氧化活性空氣凈化材料不僅利用物理吸附性能將有害氣體吸附至材料表面，還能使有害氣體與材料之間形成化學(xué)吸附，并通氧化物的過高效催化氧化作用，將有害氣體降解。該材料空氣凈化能力強、作用穩(wěn)定、可循環(huán)使用、無需光照、無需加熱，適用范圍廣、應(yīng)用方便。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步說明，但本發(fā)明并不僅限于下述實施例。
[0024]實施例1
[0025]將鈦酸丁酯和無水乙醇按體積比為1:4.4均勻混合制成A液，再將去離子水、無水乙醇和冰醋酸按體積比為1: 1.3:0.24均勻混合成混合液B，在40°C水浴條件下將溶液A逐滴(速率在3mL/min)加入所制備的溶液B中，混合液中A液與B液體積比為2.4:1。同時利用恒溫磁力攪拌器進行快速攪拌，使其鈦酸丁酯水解。連續(xù)攪拌約3h后，過濾后制成白色透明的Ti02凝膠。
[0026]將高錳酸鉀、乙酸錳和水按質(zhì)量比1:1.4:6.5均勻混合攪拌，將其混合溶液轉(zhuǎn)入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜內(nèi)，再加入蒸餾水調(diào)節(jié)至反應(yīng)釜內(nèi)襯體積的65%，密封，并放置于真空干燥箱中，從室溫加熱至所需溫度，恒溫反應(yīng)一定時間，自然冷卻至室溫，制得α -Μη02納米棒。
[0027]將I)制得凝膠、2)制得α -Μη02納米棒按質(zhì)量比1:1.5均勻混合，經(jīng)壓濾制得含水率為60%濾餅。
[0028]將3)制得濾餅、ΚΙ03、硅酸酯偶聯(lián)劑改性納米ΖηΟ、鐵電氣石粉、高嶺土粉按質(zhì)量比1:0.02:0.20:0.24:0.30均勻混合，通過造粒機造粒成Φ2.0mm球體顆粒，并在120°C條件烘干制得所述空氣凈化材料。其凈化空氣效率如表一。
[0029]實施例2
[0030]將鈦酸丁酯和無水乙醇按體積比為1:4.2均勻混合制成A液，再將去離子水、無水乙醇和冰醋酸按體積比為1: 1.2:0.22均勻混合成混合液B，在40°C水浴條件下將溶液A逐滴(速率在3mL/min)加入所制備的溶液B中，混合液中A液與B液體積比為2.5:1。同時利用恒溫磁力攪拌器進行快速攪拌，使其鈦酸丁酯水解。連續(xù)攪拌約2h后，過濾后制成白色透明的Ti02凝膠。
[0031]將高錳酸鉀、乙酸錳和水按質(zhì)量比1:1.5:6.3均勻混合攪拌，將其混合溶液轉(zhuǎn)入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜內(nèi)，再加入蒸餾水調(diào)節(jié)至反應(yīng)釜內(nèi)襯體積的70%，密封，并放置于真空干燥箱中，從室溫加熱至所需溫度，恒溫反應(yīng)一定時間，自然冷卻至室溫，制得α -Μη02納米棒。
[0032]將I)制得凝膠、2)制得α -Μη02納米棒按質(zhì)量比1:1.4均勻混合，經(jīng)壓濾制得含水率為60%濾餅。
[0033]將3)制得濾餅、ΚΙ03、硅酸酯偶聯(lián)劑改性納米ΖηΟ、鎂電氣石粉、沸石粉按質(zhì)量比1:0.03:0.19:0.23:0.35均勻混合，通過擠條機造粒成Φ3.0mm、長度為5.0mm柱狀顆粒，并在130°C條件烘干制得所述空氣凈化材料。其凈化空氣效率如表一。
[0034]實施例3
[0035]將鈦酸丁酯和無水乙醇按體積比為1:4.0均勻混合制成A液，再將去離子水、無水乙醇和冰醋酸按體積比為1:1: 0.20均勻混合成混合液B，在40°C水浴條件下將溶液A逐滴(速率在3mL/min)加入所制備的溶液B中，混合液中A液與B液體積比為2.3:1。同時利用恒溫磁力攪拌器進行快速攪拌，使其鈦酸丁酯水解。連續(xù)攪拌約3h后，過濾后制成白色透明的Ti02凝膠。
[0036]將高錳酸鉀、乙酸錳和水按質(zhì)量比1:1.5:6均勻混合攪拌，將其混合溶液轉(zhuǎn)入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜內(nèi)，再加入蒸餾水調(diào)節(jié)至反應(yīng)釜內(nèi)襯體積的60%，密封，并放置于真空干燥箱中，從室溫加熱至所需溫度，恒溫反應(yīng)一定時間，自然冷卻至室溫，制得α -Μη02納米棒。
[0037]將I)制得凝膠、2)制得α -Μη02納米棒按質(zhì)量比1:1均勻混合，經(jīng)壓濾制得含水率為50%濾餅。
[0038]將3)制得濾餅、K103、鈦酸酯偶聯(lián)劑改性納米ΖηΟ、鐵鎂電氣石粉、活性凹土按質(zhì)量比1:0.01:0.15:0.2:0.3均勻混合，通過造粒機造粒成Φ2.0mm球體顆粒，并在110°C條件烘干制得所述空氣凈化材料。其凈化空氣效率如表一。
[0039]實施例4
[0040]將鈦酸丁酯和無水乙醇按體積比為1:4.1均勻混合制成A液，再將去離子水、無水乙醇和冰醋酸按體積比為1: 1.1: 0.21均勻混合成混合液B，在40°C水浴條件下將溶液A逐滴(速率在3mL/min)加入所制備的溶液B中，混合液中A液與B液體積比為2.4:1。同時利用恒溫磁力攪拌器進行快速攪拌，使其鈦酸丁酯水解。連續(xù)攪拌約2h后，過濾后制成白色透明的Ti02凝膠。
[0041]將高錳酸鉀、乙酸錳和水按質(zhì)量比1:1.4:5均勻混合攪拌，將其混合溶液轉(zhuǎn)入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜內(nèi)，再加入蒸餾水調(diào)節(jié)至反應(yīng)釜內(nèi)襯體積的65%，密封，并放置于真空干燥箱中，從室溫加熱至所需溫度，恒溫反應(yīng)一定時間，自然冷卻至室溫，制得α -Μη02納米棒。
[0042]將I)制得凝膠、2)制得α -Μη02納米棒按質(zhì)量比1:1.2均勻混合，經(jīng)壓濾制得含水率為55%濾餅。
[0043]將3)制得濾餅、ΚΙ03、鈦酸酯偶聯(lián)劑改性納米ΖηΟ、鏗電氣石、活性Y -Al203按質(zhì)量比1:0.02:0.17:0.22:0.34均勻混合，通過造粒機造粒成Φ2.5mm球體顆粒，并在120°C條件烘干制得所述空氣凈化材料。其凈化空氣效率如表一。
[0044]將上述實施例1?4中制得的過濾材料進行性能測試，測試依據(jù)《GB/T18801-2008空氣凈化器》所述實驗環(huán)境:
[0045]測試所用儀器設(shè)備:30m3標準測試實驗室、美的吊扇、溫濕度計、萊克家用空氣凈化器KJ701-3空氣凈化機、美國InterScan公司的甲醒分析Interscan4160_19.99m。
[0046]凈化效率:將樣品倒出攪拌均勻，稱220克裝入己備好的塑膠蜂窩中，保證密閉性良好，然后裝入凈化機中，用塑料袋罩住整個凈化機；最后在30m3測試實驗室中注入一定量的檢測溶液，加熱3分鐘使之完全揮發(fā)后，關(guān)閉加熱器，同時開啟攪拌風(fēng)機攪拌5min，抽樣測其初始濃度，撤去凈化機上的塑料袋，開啟凈化風(fēng)機并開始計時，記錄60分鐘后的氣體凈化情況。
[0047]其測試結(jié)果如表I所示:
[0048]表I測試結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種高催化氧化活性空氣凈化材料，其特征在于:其制備方法由以下步驟組成: 1)將溶膠-凝膠制備的Ti02凝膠加入水熱合成的α-Μη02納米棒溶液中，混合液中Τ?02凝膠與α -Μη02納米棒溶液質(zhì)量比為1: (1.0~1.4)，將混合液進行過濾，獲得含水率50%~70%的濾餅A ; 2)將ΚΙ03溶于100°C水中，制成質(zhì)量份數(shù)為15%~23%碘酸鉀溶液，并與鈦酸酯偶聯(lián)劑或硅酸酯偶聯(lián)劑改性納米ZnO混合，K103與ZnO質(zhì)量比為1: (15~25)，制得光觸媒活性劑B ; 3)將步驟I)制得的濾餅A、光觸媒活性劑B、電氣石粉和粘結(jié)劑按質(zhì)量比1:(0.15~0.30): (0.20~0.25): (0.25~0.30)混合，攪拌均勻并造粒成球或擠壓成條，經(jīng)100。。~150°C烘干，即制得所述空氣凈化材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣凈化材料，其特性在于:所述電氣石為鎂電氣石、鐵電氣石、鐵鎂電氣石、鏗電氣石中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣凈化材料，其特性在于:所述改性納米ZnO粒徑為20nm ~50nmo
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣凈化材料，其特性在于:所述粘結(jié)劑為活性Y-A1203、沸石粉、活性凹土、高嶺土中的一種或幾種。
【文檔編號】B01J20/06GK103977755SQ201410191064
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】瞿耀華, 田芝亮, 程順清 申請人:深圳市中紡濾材無紡布有限公司