CN101496994A - 一种分子自组装多孔蛭石空气净化材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分子自组装多孔蛭石空气净化材料的制备方法，包括：(1)将蛭石依次酸洗、碱洗、醇洗，最后用去离子水洗涤，干燥；(2)将蛭石浸入到浓度为0.01～0.1mol/l的表面活性剂溶液中，待在蛭石表面组装一层有机单分子膜后取出，洗去表面物理吸附成分，真空干燥；(3)浸入到浓度为0.15～0.35mol/L的溶胶中，取SnCl₂溶液注入溶胶中，再取PdCl₂滴入溶胶中，静置，搅拌后分离，洗去松散层，干燥；(4)重复进行步骤(2)和(3)3～4次，煅烧后得到分子自组装多孔蛭石空气净化材料。该制备方法简单，易于操作，适宜用于工业规模生产；制得的空气净化材料空气净化效果好。

Description

一种分子自组装多孔蛭石空气净化材料的制备方法

技术领域

本发明属空气自净化材料的制备领域，特别是涉及一种分子自组装多孔蛭石空气净化材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着室内的封闭式装修以及装修材料带来的室内空气污染，严重危害人体健康，引起了各界的高度关注。据世界卫生组织调查，室内可检测出300多种污染物，室内环境空气污染的水平一般比室外环境污染要高的多，通常为2-5倍，极端情况下，可超过100倍。而人们90％的时间是室内活动的，尤其是婴儿和未成年小孩，按呼吸量/体重比计算，他们比成年人呼吸更多空气，故更易接触和吸入更多的室内污染物。人们的居住环境中存在各种有害物质和微生物，尤其是居室中一些潮湿场合，微生物容易繁殖，导致空气和物品表面的细菌浓度更大，从而对人体产生危害。室内空气污染在国际上已被列为危害人体健康的五大因素之一，由于室内污染致使人体健康受到危害的报道屡见不鲜。

针对日趋严重的室内空气污染，科研人员积极投人室内空气污染的防治以及净化研究工作之中，涌现出了大量的室内空气净化技术及相关产品。众多科研工作者相继研制和开发了多种空气净化材料，其中基于光催化技术的空气净化材料以其对有机气态污染物的高光催化降解活性和深度矿化为无机小分子终端产物的反应特性，使其成为众多新型净化材料中备受关注的一类。

目前，光催化类空气净化的材料主要是将纳米光触媒剂负载于置于金属网和滤布组成的净化通道内或用粘结剂将光触媒剂固定于玻璃、陶瓷等载体上，实现对空气的净化。由于室内空气污染物浓度一般都很低，常用光触媒剂本身吸附性差，在处理低浓度物系时反应效率不高。选用蛭石作为光触媒剂的载体，利用蛭石的多孔结构和强吸附特性，可以解决这个问题。蛭石是指结构单元层为2:1型的三八面体和二八面体硅酸盐，其化学通式可表示为：Mg_x(H₂O){Mg_3-x〔AlSiO₃O₁₀〕(OH)₂}。蛭石的晶体结构是由三个基本结构层组合的结构单元层重复堆积而成，每个结构单元层中，中间为硅氢氧铝镁层，上下基本层均为硅氧四面体，层间具有水分子及可交换性阳离子，与其它载体相比，蛭石的这种结构特点使其具有如下优点：蛭石具有很强的阳离子交换能力，利用其亲油憎水性质，能吸附较多的有机物，能够在光触媒剂周围形成有机污染物富集，提高光触媒剂的光催化效率；蛭石具有结晶好、性质稳定，在高温煅烧时，内部孔道不容易塌陷；矿物纯、易分选、我国资源丰富等优势，此外还有保温、轻质、抗冻、抗菌等优异性能。蛭石自组装空气净化材料具有广阔的应用前景和发展前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种分子自组装多孔蛭石空气净化材料的制备方法，该制备方法简单，易于操作，适合于工业规模化生产；制得的分子自组装多孔蛭石空气净化材料空气净化效果好。

本发明的一种分子自组装多孔蛭石空气净化材料的制备方法，包括：

(1)将蛭石依次用0.05～0.1mol/l酸洗、0.1～0.3mol/l碱洗、醇洗，最后用去离子水洗涤，在110～130℃干燥2～3个小时；

(2)然后将蛭石浸入到浓度为0.01～0.1mol/l的表面活性剂溶液中，在60～80℃处理下处理35～55min，待在蛭石表面组装一层有机单分子膜后取出，洗去表面物理吸附成分，50～70℃真空干燥3～4小时；

(3)浸入到浓度为0.15～0.35mol/L的溶胶中，取6～10mL的SnCl₂溶液注入溶胶中，再用移液管取1.5～3.5mL PdCl₂溶液慢慢滴入溶胶中，静置10～15min，磁力搅拌2～3h后分离，然后洗去表面松散层，干燥；

(4)重复进行步骤(2)和(3)3～4次，制备的纳米粒子/有机膜/蛭石在350～450℃煅烧3～4小时后得到分子自组装多孔蛭石空气净化材料。

所述步骤(1)醇为异丙醇、异丁醇或异戊二醇。

所述步骤(2)表面活性剂为二甲胺聚醚改性有机硅表面活性剂、阳离子Gemini表面活性剂、醇醚键联结型阳离子Gemini表面活性、羧基化聚醚有机硅表面活性剂、聚氧乙烯醚链三头季铵盐表面活性剂、或甲基丙烯酸酯基双季铵盐表面活性剂、JF-008阳离子氟表面活性剂、FC-2阳离子氟表面活性剂。

所述步骤(1)或(2)蛭石为天然蛭石、酸改性蛭石、碱改性蛭石、四甲铵改性蛭石、十六烷基三甲基铵离子改性蛭石、十二烷基三甲基铵离子改性蛭石、二十八烷基二甲基铵离子蛭石、四甲基铵离子改性蛭石、三甲基苯基铵离子改性蛭石、三甲基苄基铵离子改性蛭石、三乙基苯基铵离子改性蛭石或十六烷基吡啶离子改性蛭石。

所述步骤(3)溶胶为纳米二氧化钛水溶胶、纳米氧化锌溶胶、纳米氧化钨溶胶、纳米硫化镉溶胶或纳米硅酸铋溶胶、纳米钨酸铋溶胶或二硫化钼掺杂硫化镉溶胶。

本发明制备的分子自组装多孔蛭石空气净化材料可广泛应用于潜艇、医院病房、汽车内部装饰和室内装饰等领域，具有广阔的应用前景。

本发明通过分子自组装技术使蛭石负载光触媒剂制成的空气净化材料，能通过选择性吸附有机气体污染物，在光触媒剂周围形成一个污染物浓度相对高的环境，提高光触媒剂的光催化效率。

本发明将半导体纳米粒子自组装固定于蛭石上，既解决了光催化剂对有机污染物吸附性能差的问题，又能避免光催化剂对基体材料的降解。分子自组装多孔蛭石空气净化材料的具有高吸附和稳定性，同时由于其强大的氧化作用，可氧化掉表面的污染物，保持自身清洁，在可见光下能通过光催化降解有毒气体，并将其变为无毒无味的物质，可实现高效迅速净化空气的目的。

有益效果

(1)该制备方法简单、成本低，便于实验室制作，又可用于工业生产；

(2)本发明制得的分子组装蛭石空气净化材料空气净化效果好，无二次污染，可长期使用；

(3)制得的空气净化材料性能稳定、不会发生脱粉现象。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

本发明的一种分子自组装多孔蛭石空气净化材料的制备方法，包括：

(1)将十二烷基三甲基铵离子改性蛭石依次用0.05mol/l酸洗、0.1mol/l碱洗、异戊二醇洗，最后用去离子水洗涤，在110℃干燥2个小时；

(2)然后将十二烷基三甲基铵离子改性蛭石浸入到浓度为0.01mol/l的聚氧乙烯醚链三头季铵盐表面活性剂溶液中，待在十二烷基三甲基铵离子改性蛭石表面组装一层有机单分子膜后取出，洗去表面物理吸附成分，50℃真空干燥3小时；

(3)浸入到浓度为0.15mol/l的纳米二氧化钛水溶胶中，取6ml的SnCl₂溶液注入钛水溶胶中，再用移液管取一定量的1.5PdCl₂溶液慢慢滴入纳米二氧化钛水溶胶中，静置10min，磁力搅拌2h后分离，然后洗去表面松散层，干燥。

(4)重复进行步骤(2)和(3)3次，制备的纳米粒子/有机膜/蛭石在350℃煅烧3小时后得到分子自组装多孔蛭石空气净化材料。

将本发明制得的空气净化材料和普通的活性炭空气净化材料分别装入同一型号的空气净化器内，对在同一条件下：包括空间，有害气体浓度、时间进行对比测试，其结果如下：

实施例2

本发明的一种分子自组装多孔蛭石空气净化材料的制备方法，包括：

(1)将碱改性蛭石依次用0.1mol/l酸洗、0.3mol/l碱洗、用异丙醇洗，最后用去离子水洗涤，在130℃干燥3个小时；

(2)然后将碱改性蛭石浸入到浓度为0.1mol/l的羧基化聚醚有机硅表面活性剂溶液中，待在碱改性蛭石表面组装一层有机单分子膜后取出，洗去表面物理吸附成分，70℃真空干燥4小时；

(3)浸入到浓度为0.35mol/l的纳米氧化钨溶胶中，取10ml的SnCl₂溶液注入纳米氧化钨溶胶中，再用移液管取一定量的3.5PdCl₂溶液慢慢滴入纳米氧化钨溶胶中，静置15min，磁力搅拌3h后分离，然后洗去表面松散层，干燥。

(4)重复进行步骤(2)和(3)4次，制备的纳米粒子/有机膜/蛭石在450℃煅烧4小时后得到分子自组装多孔蛭石空气净化材料。

将本发明制得的一种分子自组装多孔蛭石空气净化材料和普通的活性炭空气净化材料分别装入同一型号的空气净化器内，对在同一条件下：包括空间，有害气体浓度、时间进行对比测试，其结果如下：

实施例3

本发明的一种分子自组装多孔蛭石空气净化材料的制备方法，包括：

(1)将天然蛭石依次用0.07mol/l酸洗、0.2mol/l碱洗、用异丁醇洗，最后用去离子水洗涤，在120℃干燥2.5个小时；

(2)然后将天然蛭石浸入到浓度为0.05mol/l的JF-008阳离子氟表面活性剂溶液中，待在天然蛭石表面组装一层有机单分子膜后取出，洗去表面物理吸附成分，65℃真空干燥3.5小时；

(3)浸入到浓度为0.2mol/l的纳米氧化锌溶胶中，取8ml的SnCl₂溶液注入纳米氧化锌溶胶中，再用移液管取一定量的2PdCl₂溶液慢慢滴入纳米氧化锌溶胶中，静置12.5min，磁力搅拌2.5h后分离，然后洗去表面松散层，干燥。

(4)重复进行步骤(2)和(3)3次，制备的纳米粒子/有机膜/蛭石在400℃煅烧3.5小时后得到分子自组装多孔蛭石空气净化材料。

将本发明制得的一种分子自组装多孔蛭石空气净化材料和普通的活性炭空气净化材料分别装入同一型号的空气净化器内，对在同一条件下：包括空间，有害气体浓度、时间进行对比测试，其结果如下：

Claims (6)

1.一种分子自组装多孔蛭石空气净化材料的制备方法，包括：

(1)将蛭石依次用0.05～0.1mol/l酸洗、0.1～0.3mol/l碱洗、醇洗，最后用去离子水洗涤，在110～130℃干燥2～3个小时；

(2)然后将蛭石浸入到浓度为0.01～0.1mol/l的表面活性剂溶液中，在60～80℃处理下处理35～55min，待蛭石表面组装一层有机单分子膜后取出，洗去表面物理吸附成分，50～70℃真空干燥3～4小时；

(3)浸入到浓度为0.15～0.35mol/L的溶胶中，取6～10mL的SnCl2溶液注入溶胶中，再取1.5～3.5mL PdCl₂溶液慢慢滴入溶胶中，静置10～15min，磁力搅拌2～3h后分离，然后洗去表面松散层，干燥；

(4)重复进行步骤(2)和(3)3～4次，制备的纳米粒子/有机膜/蛭石在350～450℃煅烧3～4小时后得到分子自组装多孔蛭石空气净化材料。

2.根据权利要求1所述的一种分子自组装多孔蛭石空气净化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)醇为异丙醇、异丁醇或异戊二醇。

3.根据权利要求1所述的一种分子自组装多孔蛭石空气净化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)表面活性剂为二甲胺聚醚改性有机硅表面活性剂、阳离子Gemini表面活性剂、醇醚键联结型阳离子Gemini表面活性、羧基化聚醚有机硅表面活性剂、聚氧乙烯醚链三头季铵盐表面活性剂、或甲基丙烯酸酯基双季铵盐表面活性剂、JF-008阳离子氟表面活性剂、FC-2阳离子氟表面活性剂。

4.根据权利要求1所述的一种分子自组装多孔蛭石空气净化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)或(2)蛭石为天然蛭石、酸改性蛭石、碱改性蛭石、四甲铵改性蛭石、十六烷基三甲基铵离子改性蛭石、十二烷基三甲基铵离子改性蛭石、二十八烷基二甲基铵离子蛭石、四甲基铵离子改性蛭石、三甲基苯基铵离子改性蛭石、三甲基苄基铵离子改性蛭石、三乙基苯基铵离子改性蛭石或十六烷基吡啶离子改性蛭石。

5.根据权利要求1所述的一种分子自组装多孔蛭石空气净化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)溶胶为纳米二氧化钛水溶胶、纳米氧化锌溶胶、纳米氧化钨溶胶、纳米硫化镉溶胶或纳米硅酸铋溶胶、纳米钨酸铋溶胶或二硫化钼掺杂硫化镉溶胶。

6.根据权利要求1所述的一种分子自组装多孔蛭石空气净化材料的制备方法，其特征在于：所制得的分子自组装多孔蛭石空气净化材料应用于潜艇、医院病房、汽车内部装饰和室内装饰领域。