CN100588447C - 二氧化钛纳米管/高效玻纤滤纸原位合成担载方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二氧化钛纳米管/高效玻纤滤纸原位合成担载方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)将TiO2粉末加入到NaOH溶液中，然后将混合溶液移入反应釜中；(2)经过恒温、时间6h～72h的水热反应后，得到沉淀物，反应温度为110℃～160℃；(3)将步骤(2)所得到的沉淀物混合在乙醇中，超声分散处理15min后形成稳定的悬浊液，再通过HEPA滤纸用去离子水反复过滤清洗，直至滤液呈中性；(4)将步骤(3)所得的HEPA滤纸在60℃以下烘干。本发明实现了玻璃纤维滤纸的自清洁杀菌功能，延长了滤纸的使用寿命，并且工艺简单，对材料要求不高，适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于空气过滤净化的滤纸的制备方法，具体涉及一种一维纳米管结构光催化材料在高效空气过滤基底上的原位合成及固载方法。
背景技术
随着社会工业生产的不断发展，现在的环境质量每况愈下，空气污染越发的严重，由于气载污染物诸如有害粉尘、烟雾等污染物的数量持续增加，非常容易导致人们呼吸道感染、过敏、哮喘的发作以及其它与空气污染直接相关的症状的疾病的产生，所以人们对于改进环境空气状况更加重视。
HEPA——玻璃纤维空气过滤纸是一种高效过滤材料，主要是用作空气、液体的净化滤纸。比如，它能从工业气体中去除有害粉尘、烟雾等，从而达到净化效果；另外，它还能隔离病毒、细菌等微生物，这在医疗卫生、电子工业、军工装备及科研方面都起到了举足轻重的作用。HEPA滤纸主要是采用物理吸附原理，将空气中的有害物吸附在滤纸上，现在的HEPA滤纸的吸附能力已经能够满足现有的净化要求，但HEPA滤纸在使用中无法实现自清洁杀菌，极大地降低了HEPA滤纸的使用寿命，由于更换HEPA带来的检测、调试、试运行，等相关费用可能会远高于HEPA过滤器本身的价格。活性炭作为填料有一定的应用，但更多的是作为载体或独立的过滤层使用，并且无法解决被吸附细菌脱附造成的二次污染问题。目前已有的商品化溶菌酶担载HEPA产品虽然可以实现自清洁杀菌，但是成本昂贵，工艺复杂因而不易推广使用。
近些年来，光催化氧化技术在有毒有害物质治理方面有着突出的优点。TiO2(二氧化钛)由于稳定性好、对人体无毒、价廉等独特的优点、成为一种被广泛使用的绿色环保型光催化剂。TiO2在光激发下产生的高反应活性自由基具有较强的杀菌消毒作用，对几乎所有的有机物都可以完全氧化、分解、矿化反应，因而TiO2被广泛应用于杀菌消毒。现有技术主要是采用的粉末光催化剂成膜固定在基体上的方法，成膜工艺多使用高温退火过程，对担载体材料耐热性等要求较高，且需要相关设备支持，更重要的是，光催化剂有粉末成膜的转变过程中材料的比表面积会明显减少，导致光催化效率的明显降低。
因此，如果能解决TiO2与HEPA滤纸在担载过程中的出现的比表面减少、光催化效率降低的情况并且对担载体材料性能要求较高的问题，就可以实现HEPA滤纸的自清洁杀菌，延长使用寿命。
发明内容
本发明目的是提供一种二氧化钛纳米管/高效玻纤滤纸原位合成担载方法，解决了以往担载技术中的出现的问题，实现了玻璃纤维滤纸的自清洁杀菌，延长了使用寿命。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种二氧化钛纳米管/高效玻纤滤纸原位合成担载方法，包括下列步骤：
(1)将TiO2粉末加入到NaOH溶液中，然后将混合溶液移入反应釜中；
(2)经过恒温、时间6h～72h的水热反应后，得到沉淀物，反应温度为110℃～160℃；
(3)将步骤(2)所得到的沉淀物混合在乙醇中，超声分散处理15min后形成稳定的悬浊液，再通过HEPA滤纸用去离子水反复过滤清洗，直至滤液呈中性：
(4)将步骤(3)所得的HEPA滤纸在60℃以下烘干。
上述技术方案中，步骤(1)所述的反应釜由特氟龙材料制成。
上述技术方案中，所述NaOH溶液的浓度为10～14摩尔/升。
优选的技术方案，步骤(2)中的反应温度为140℃，所述NaOH溶液的浓度为10摩尔/升。
上文中，所述水热反应为现有技术，即在密封的容器中，以水为溶剂，在高温高压的条件下进行的化学反应。经过水热反应得到的TiO2纳米管具有中空和两端开口的管状结构，管径从几纳米到数十纳米不等，管的长度可达微米量级；管壁一般由2～5个TiO2分子单层组成，层间距约0.8nm。与TiO2纳米颗粒结构相比，具有更大的比表面积和反应接触面，同时该分子单层具有大量不饱和悬挂键，表面活性强。
上文中，步骤(3)的洗涤过滤是最重要的。玻璃纤维滤纸独特的多孔开放结构为纳米管材料成型和担载发挥重要作用，并且玻璃纤维具有机械强度高、耐酸碱、耐腐蚀、耐热性好，适用于TiO2纳米管水热合成过程中的强酸、强碱环境。采用乙醇作为TiO2纳米管的分散剂，使得TiO2纳米管形成了疏松的网状结构并且在玻璃纤维滤纸表面形成了良好的分散担载，在纤维交叉孔洞处形成疏松的网状结构，而且乙醇充分的排除了内部的细小气泡并使得TiO2纳米管可以深入到玻璃纤维滤纸在其内部也形成了很好的疏松网状结构和分散担载。该方法使增加了TiO2纳米管的接触表面积、吸附能力以及光催化反应面积，从而获得了比一般担载体上更好的光催化效果。制得的TiO2纳米管材料担载高效玻璃纤维滤纸在360～400nm紫外光激发下具有自清洁杀菌抑菌的效果。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1.采用本发明的方法制成的玻璃纤维滤纸，不仅充分发挥了玻璃纤维滤纸本身所具有的高效过滤作用，同时利用了光催化氧化技术达到高效杀菌抑菌的作用，实现了HEPA玻璃纤维滤纸的自清洁杀菌功能并且延长了使用寿命，广泛适用于各种场所。
2.本发明中的TiO2纳米管形成了疏松的网状结构，并且可以深入到玻璃纤维滤纸在其内部也形成了很好的疏松网状结构和分散担载，增加了TiO2纳米管的接触表面积、吸附能力以及光催化反应面积，从而获得了更好的光催化效果，提高了杀菌能力以及杀菌空间。
3.本发明采用乙醇作为TiO2纳米管的分散剂，使得TiO2纳米管形成了疏松的网状结构并且在玻璃纤维滤纸表面形成了良好的分散担载，在纤维交叉孔洞处形成疏松的网状结构，而且乙醇充分的排除了内部的细小气泡并使得TiO2纳米管可以深入到玻璃纤维滤纸在其内部也形成了很好的疏松网状结构和分散担载。
4.本发明的方法相比现有技术，工艺更加简单，兼容性好，并且原材料为普通材料，价格低廉，使得生产成本比较低，适合工业化生产。
附图说明
附图1本发明实施例一的流程示意图；
附图2本发明实施例一所制得的TiO2纳米管的扫描电镜示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见附图1所示，将1g的普通TiO2颗粒粉末加入到20ml、10mol/L的NaOH溶液中，然后将混合溶液移入特氟龙材料制成的反应釜中，在恒温140℃时，经过72h的水热反应后，得到TiO2纳米管状及片状结构的沉淀物，所述沉淀物混在在1000ml的乙醇中，经过超声分散处理15min后可以形成稳定的悬浊液，通过HEPA滤纸用去离子水反复过滤清洗直到滤液呈中性，最后在60℃以下烘干，即可实现二氧化钛纳米管/高效玻纤滤纸原位合成担载。
附图2所示为上述TiO2纳米管扫描电镜示意图。从附图2可以看出，本实施例中的TiO2纳米管形成了疏松的网状结构。
实施例二：一种二氧化钛纳米管/高效玻纤滤纸原位合成担载方法，包括下列步骤：
(1)将TiO2粉末加入到NaOH溶液中，然后将混合溶液移入反应釜中；
(2)经过恒温、时间6h～72h的水热反应后，得到沉淀物，反应温度为110℃～160℃；
(3)将步骤(2)所得到的沉淀物混合在乙醇中，超声分散处理15min后形成稳定的悬浊液，再通过HEPA滤纸用去离子水反复过滤清洗，直至滤液呈中性；
(4)将步骤(3)所得的HEPA滤纸在60℃以下烘干。
Claims (5)
1.一种二氧化钛纳米管/高效玻纤滤纸原位合成担载方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)将TiO2粉末加入到NaOH溶液中，然后将混合溶液移入反应釜中；
(2)经过恒温、时间6h～72h的水热反应后，得到沉淀物，反应温度为110℃～160℃；
(3)将步骤(2)所得到的沉淀物混合在乙醇中，超声分散处理15min后形成稳定的悬浊液，再通过HEPA滤纸用去离子水反复过滤清洗，直至滤液呈中性，所述HEPA滤纸为玻璃纤维滤纸；
(4)将步骤(3)所得的HEPA滤纸在60℃以下烘干。
2.根据权利要求1所述的二氧化钛纳米管/高效玻纤滤纸原位合成担载方法，其特征在于：步骤(1)所述的反应釜由特氟龙材料制成。
3.根据权利要求1所述的二氧化钛纳米管/高效玻纤滤纸原位合成担载方法，其特征在于：所述步骤(2)中的反应温度为140℃。
4.根据权利要求1所述的二氧化钛纳米管/高效玻纤滤纸原位合成担载方法，其特征在于：所述NaOH溶液的浓度为10～14摩尔/升。
5.根据权利要求4所述的二氧化钛纳米管/高效玻纤滤纸原位合成担载方法，其特征在于：所述NaOH溶液的浓度为10摩尔/升。
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Owner name: SUZHOU INSTITUTE OF NANO-TECH AND NANO-BIONICS(SIN Free format text: FORMER OWNER: SUZHOU NANO TECHNIQUE + NANO BIONIC RESEARCH INST. Effective date: 20100908 |
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Effective date of registration: 20100908 Address after: 215125, Suzhou, Jiangsu province Suzhou Industrial Park alone villa lake high Parish, if the waterway 398 Patentee after: Suzhou Institute of Nano-Tech and Bionics (SINANO), Chinese Academy of Sciences Address before: Suzhou City, Jiangsu province 215123 Industrial Park of Suzhou Dushu Lake higher education if the waterway No. 398 Patentee before: Suzhou Nano Technique & Nano Bionic Research Inst. |
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