CN103447051A - 一种Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料及利用其制作香烟过滤嘴的方法 - Google Patents
一种Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料及利用其制作香烟过滤嘴的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种无毒能利用太阳光杀菌的新型香烟过滤嘴的制备方法，采用Sol-gel法制备稳定的铁离子掺杂TiO2溶胶，经超声波处理，使二氧化钛粒子能进入竹炭内部孔隙，经焙烧后制备具有光催化活性、负载在竹炭上的纳米级二氧化钛。达到制备出既无毒又能利用太阳光杀菌的新型香烟过滤嘴的目的。本发明所制备的Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料，在加入极少量双氧水情况下，在太阳光下具有高效杀菌的能力。实验表明，在液相中，目标物选择含有微生物较多的医疗污水，复合材料加入量20g/l，利用太阳光照射10min后，能去除绝大多数微生物。
Description
技术领域
本发明涉及香烟过滤嘴用催化剂，涉及一种Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料的制备方法及采用该材料制备香烟过滤嘴。Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料具有很好的吸附功能，加入极少量的双氧水后在太阳光下具有非常好的杀菌效果，使人们吸烟更卫生、更环保，而且过滤嘴用材料可以回收利用，成本很低。
背景技术
吸烟是危害人体健康的一大陋习，而戒烟对绝大多数烟民来说不太可能，为此香烟行业进行了不断改革，如过滤嘴香烟的诞生。研究表明，吸烟不但危害自身健康而且还危害周围人群健康。全世界每年由于吸烟导致的损失高达数万亿元。
中国发明专利——申请号为201010602751.2涉及“一种香烟过滤嘴用纳米催化剂的制备方法”。该专利将纳米二氧化钛、铁与铜、钴或锌混合，然后将混合物加入水中得到混合物水溶液，再向混合物水溶液中加入表面活性剂和聚丙烯酸粘合剂，在90℃下搅拌得到过滤嘴用纳米催化剂，然后将催化剂均匀喷洒在过滤嘴的纤维中，该种过滤嘴可有效降低香烟对人体健康带来的危害。但是用该方法制得的催化剂存在如下几个问题：①、将纳米二氧化钛及各种物质加入水中，纳米材料在液相中易团聚，而团聚后的二氧化钛光催化活性大大降低；②、未给出降解选用的是何种光源；③、并未指出降解用二氧化钛的晶型。国际上一般认为不同晶型的二氧化钛光催化降解活性如下：锐钛矿型>金红石型>板钛矿型。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料的制备方法及采用该材料制备香烟过滤嘴的方法，利用复合光催化剂吸附及降解污染物能减少吸烟对人们健康的影响，利用此方法制得的香烟过滤嘴具有健康，卫生，环保等优点。
技术方案
一种Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料，其特征在于原料成份为：1份的钛酸丁酯、0.3～0.4份浓度为0.21mol/L的硝酸铁溶液、0.5份冰乙酸、3～4份无水乙醇，竹炭，所述份数为体积份。
一种制备权利要求1所述的Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将1份的钛酸丁酯、3～4份无水乙醇的体积份配比加入容器中搅拌均匀，制成A溶液；再将0.3～0.4份浓度为0.21mol/L的硝酸铁溶液、1～2份无水乙醇、0.5份冰乙酸的体积份配比加入容器中搅拌均匀，制成B溶液；
步骤2：将B溶液加入A溶液中，边加边搅拌，滴加完成后继续搅拌以形成溶胶，将溶胶陈化5h左右，得到透明溶胶；
步骤3：将竹炭投入到步骤2制得的透明溶胶中，搅拌之后在32℃下频率为45KHz的超声下处理1h使溶胶进入竹炭内部孔隙，之后取出竹炭在80℃下干燥；所述竹炭的加入量以能够被溶胶浸没为准；
步骤4：从步骤3的干燥箱中取出竹炭在管式炉中氮气氛围下在550℃下焙烧3h得到Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料。
所述步骤2中B液加入A液时的滴加速度为1滴/s。
一种采用所述Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料制备的香烟过滤嘴，其特征在于：香烟过滤嘴层次结构两个外层的醋酸纤维中间夹层为Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料颗粒。
一种制备所述香烟过滤嘴的方法，其特征在于：将Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料粉碎成为颗粒状，利用制烟设备按照权利要求3的结构进行卷制。
有益效果
本发明提出的一种Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料的制备方法及采用该材料制备香烟过滤嘴的方法，采用Sol-gel法制备稳定的改性TiO2溶胶，经超声波处理，使二氧化钛粒子能进入竹炭内部孔隙，经焙烧后制备具有光催化活性、负载在竹炭上的纳米级二氧化钛。
本发明专利所制备的Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料，在加入极少量双氧水情况下，在太阳光下具有高效杀菌的能力。实验表明，在液相中，目标物选择含有微生物较多的医疗污水，复合材料加入量20g/l，利用太阳光照射10min后，能去除绝大多数微生物。
附图说明
图1：本发明方法的流程图
图2：实验所选焙烧温度所得TiO2的XRD图，可知TiO2粉体晶型为锐钛矿、而且衍射峰窄，强度高，表明颗粒结晶完整。
图3：Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料的微观扫描图，可以看到复合材料孔隙结构发达，表面负载有TiO2粒子和银粒子；
图4：所发明的过滤嘴香烟层次结构简图。
图5：在光学显微镜下观察复合材料杀菌情况，a，b图为处理前，可以发现镜头中含有许多微生物，c，d图为处理后，可以发现镜头中微生物几乎被杀灭殆尽，视野中很难找到微生物。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
实施例1：①、制备活化竹炭的步骤：将一定量竹炭在100～200℃无氧环境下焙烧2h获得活化竹炭，待用；②、将1份的钛酸丁酯、3份无水乙醇的体积份配比加入一干洁容器中搅拌均匀，制成A溶液，再将0.3份浓度为0.21mol/L的硝酸铁溶液、1份无水乙醇、0.5份冰乙酸的体积份配比加入一干洁容器中搅拌均匀，制成B溶液；③、将B液缓慢加入A液中，边加边搅拌，滴加完成后继续搅拌约30min形成稳定的溶胶，将溶胶陈化约5h待用；④、将步骤①制备的活化竹炭投入到步骤③制得的陈化溶胶后，在32℃下频率为45KHz的超声条件下处理1h使溶胶进入竹炭内部孔隙，之后取出竹炭在80℃下干燥；⑤、从步骤④的干燥箱中取出竹炭在管式炉中氮气氛围下、在550℃下焙烧3h即得Fe3+/TiO2/竹炭催化剂，将其浸入浓度为0.01mol/L硝酸银溶液中暗室处理一段时间，之后在太阳光下或紫外灯下处理，取出复合材料干燥后即得Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料；⑥、从步骤⑤得到复合材料将其粉碎至合适粒径，利用卷烟机等制烟设备将一定粒径的Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料加入烟嘴中，通过控制Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料的粒径和加入量来控制烟嘴的吸阻和弹性。⑦、取一滴医疗污水制片在显微镜下观察污水中微生物，记录微生物形貌特征；⑧、向100ml一定浓度医疗污水中加入0.2ml质量分数为30%的双氧水，然后用稀硫酸将体系pH调成酸性；⑨、将2g制成的Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料加入医疗污水，太阳光处理10分钟后，取一滴医疗污水制片在显微镜下观察污水中微生物，观察微生物去除效果，记录数据。
实施例2：①、制备活化竹炭的步骤：将一定量竹炭在100～200℃无氧环境下焙烧2h获得活化竹炭，待用；②、将1份的钛酸丁酯、3份无水乙醇的体积份配比加入一干洁容器中搅拌均匀，制成A溶液，再将0.4份浓度为0.21mol/L的硝酸铁溶液、1份无水乙醇、0.5份冰乙酸的体积份配比加入一干洁容器中搅拌均匀，制成B溶液；③、将B液缓慢加入A液中，边加边搅拌，滴加完成后继续搅拌约30min形成稳定的溶胶，将溶胶陈化约5h待用；④、将步骤①制备的活化竹炭投入到步骤③制得的陈化溶胶后，在32℃下频率为45KHz的超声条件下处理1h使溶胶进入竹炭内部孔隙，之后取出竹炭在80℃下干燥；⑤、从步骤④的干燥箱中取出竹炭在管式炉中氮气氛围下、在550℃下焙烧3h即得Fe3+/TiO2/竹炭催化剂，将其浸入浓度为0.01mol/L硝酸银溶液中暗室处理一段时间，之后在太阳光下或紫外灯下处理，取出复合材料干燥后即得Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料；⑥、从步骤⑤得到复合材料将其粉碎至合适粒径，利用卷烟机等制烟设备将一定粒径的Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料加入烟嘴中，通过控制Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料的粒径和加入量来控制烟嘴的吸阻和弹性。⑦、取一滴医疗污水制片在显微镜下观察污水中微生物，记录微生物形貌特征；⑧、向100ml一定浓度医疗污水中加入0.3ml质量分数为30%的双氧水，然后用稀硫酸将体系pH调成酸性；⑨、将2g制成的Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料加入医疗污水，太阳光处理10分钟后，取一滴医疗污水制片在显微镜下观察污水中微生物，观察微生物去除效果，记录数据。
Claims (4)
1.一种Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料，其特征在于原料成份为：1份的钛酸丁酯、0.3～0.4份浓度为0.21mol/L的硝酸铁溶液、0.5份冰乙酸、3～4份无水乙醇、1～3份浓度为0.01mol/L～0.02mol/L硝酸银溶液和竹炭，所述份数为体积份。
2.一种制备权利要求1所述的Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将1份的钛酸丁酯、3～4份无水乙醇的体积份配比加入容器中搅拌均匀，制成A溶液；再将0.3～0.4份浓度为0.21mol/L的硝酸铁溶液、1～2份无水乙醇、0.5份冰乙酸的体积份配比加入容器中搅拌均匀，制成B溶液；
步骤2：将B溶液加入A溶液中，边加边搅拌，滴加完成后继续搅拌以形成溶胶，将溶胶陈化5h左右，得到透明溶胶；
步骤3：将竹炭投入到步骤2制得的透明溶胶中，搅拌之后在32℃下频率为45KHz的超声下处理1h使溶胶进入竹炭内部孔隙，之后取出竹炭在80℃下干燥；所述竹炭的加入量以能够被溶胶浸没为准；
步骤4：从步骤3的干燥箱中取出竹炭在管式炉中氮气氛围下在550℃下焙烧3h得到Fe3+/TiO2/竹炭复合材料。
步骤5：将步骤4得到的Fe3+/TiO2/竹炭复合材料浸入0.01mol/L～0.02mol/L的硝酸银溶液中，利用聚光器在太阳光下处理或直接在紫外灯下处理2h，取出复合材料，在80℃下干燥，得到Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料。
3.一种采用权利要求1所述Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料所制备的香烟过滤嘴，其特征在于：香烟过滤嘴层次结构两个外层的醋酸纤维中间夹层为Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料颗粒。
4.一种制备权利要求3所述香烟过滤嘴的方法，其特征在于：将Fe3+/Ag/TiO2/竹炭复合材料粉碎成为颗粒状，利用制烟设备按照权利要求3的结构进行卷制。
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