CN103752257A - 一种吸附甲醛的空气净化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吸附甲醛的空气净化剂及其制备方法，所述的吸附甲醛的空气净化剂的主要吸附活性组分是具有铝酸铜晶相的铜铝复合氧化物。作为本发明的进一步改进，所述的吸附甲醛的空气净化剂的吸附活性组分还包括有金属元素，金属元素为锰、钻、锌、镍和铁的中一种或几种的混合物。本发明采用具有铝酸铜晶相的铜铝复合氧化物作为甲醛的吸附剂活性成分，该氧化物的孔结构很发达，比表面积大且热稳定性好，且孔结构相对于吸附甲醛的空气来讲较氧化铝更为合适，因而对甲醛小分子的吸附性能良好，而氧化物中的具有强吸电子能力的铜原子，可与甲醛的羰基相结合，从而进一步提高对甲醛的吸附效果。

Description

一种吸附甲醛的空气净化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种吸附净化剂，尤其涉及一种吸附甲醛的空气净化剂，本发明还涉及了该吸附甲醛的空气净化剂的制备方法。

背景技术

近年来，大量人为制造和释放的有害化学气体使人们赖以生存的环境空气受到严重污染。在人居建筑物以及载人车辆等相对封闭的室内环境中，由于建筑材料、装修材料、家具粘合剂以及家电、办公器材等的大量使用，空气污染尤为严重。据统计，室内空气化学污染一般为室外污染的几十倍，特殊情况下可达数百倍，可检测到的有害挥发性有机物有300种之多，其中近20多种具有强致癌致突变作用，据报道我国每年由于室内空气污染引起的死亡人数为十余万人。其中以苯系污染物造成的血液病、白血病、孕妇流产、新生婴儿畸形等案例以及甲醛等污染物造成的人体不适现象最为多见。可见室内环境空气污染已危及人类健康，其中以甲醛等污染物造成的人体不适现象已广为人知。

调查表明，人们每天处于居室、办公室、车辆等室内环境的时间平均为21.5小时，接近全部生命时间的90％。因此，研究室内有毒有害物质的净化技术，提高室内空气质量，已经成为当前国内外科技发展中重要课题之一。

目前，室内空气的净化技术主要有臭氧处理、光催化降解、负离子处理以及吸附净化技术等技术。其中，光催化降解需要足够强的紫外光，催化效率低，不足以起到理想的净化作用；臭氧技术对人体会造成一定的伤害，不宜在有人的地方使用；负离子技术只能局部优化室内空气，对整个室内空气的净化效果有限。欧美等发达国家几十年的应用经验表明，吸附净化技术是室内空气吸附净化技术中最重要最有效的方法。

室内空气的吸附净化技术大多利用活性炭作为吸附剂，其内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强。但是活性炭是一种非极性吸附剂，其吸附非极性物质的能力较强，

对极性物质的吸附能力很小，因此它的吸附仅是一种物理吸附，因此其虽能吸附甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨气、一氧化碳、二氧化硫、苯并铊等大量类型不同的污染物，但是效果不显著，因此无法使室内空气达到净化要求。尤其是甲醛等小分子且具有酸性特性的物质，活性炭的吸附效果是十分有限的。因此，亟需开发一种效率较高的解决室内甲醛污染的净化剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种吸附量大、稳定性好的吸附甲醛的空气净化剂。

本发明的另一目的是提供一种工艺简单的吸附甲醛的空气净化剂的制备方法。

本发明提供一种吸附甲醛的空气净化剂，其特征是：所述的吸附甲醛的空气净化剂的主要吸附活性组分是具有铝酸铜晶相的铜铝复合氧化物。铝酸铜相比于单纯的氧化铜或氧化铝有更好的吸附净化性能，因为铝酸铜既保持了铝氧化物的发达孔结构，而同时铜原子具有更强的吸附电子的能力为吸附甲醛提供了新的吸附位。

本发明所述的铜铝复合氧化物中的铜和铝的摩尔比为1∶100～10∶1，将铜和铝的摩尔比控制在该范围内，这样使该铜铝复合氧化物能够形成稳定的铝酸铜晶相，倘若铜和铝的两者的摩尔比大于上述比例则分别形成CuO和Al2O3晶相，相应铝酸铜的含量很少，对于甲醛的吸附性能有所降低。

本发明可作进一步改进，即在吸附甲醛的空气净化剂的吸附活性组分中添加其他金属元素，所述的其他金属元素为锰、钴、锌、镍和铁的中一种或几种的混合物。所述的其他金属元素的摩尔百分含量为吸附净化剂总质量的10-40％。在吸附净化剂中，这些金属元素以金属氧化物、酸式氧化物或碱式氧化物的形式存在，可以起到增加金属氧化物中的活性吸附位，进而增强其对于甲醛的吸附净化作用。

本发明还提供了一种吸附甲醛的空气净化剂的制备方法，其包括以下步骤：

(1)按比例取铜盐和铝盐溶于水，并于25～60～C的水浴加热搅拌充分溶解，制成铜盐和铝盐的混合溶液；

(2)另取无机碱搅拌溶解在水中，制成无机碱溶液；

(3)将上述铜盐和铝盐的混合溶液与无机碱溶液在不断搅拌下进行并流共沉淀滴

定，滴定完成后得到悬浮液，继续进行充分搅拌；然后将悬浮液在25～60℃条件下陈化2-4小时；

(4)悬浮液过滤，滤渣用去离子水洗涤后，先在温度100-140℃条件下烘干，再在300～1200℃焙烧5～15小时，得到吸附甲醛的空气净化剂。

上述技术方案中，步骤(1)中除取铜盐和铝盐外，还可增加其他金属元素盐，其中所述的其他金属元素为锰、钴、锌、镍和铁的中一种或几种的混合物，所述的其他金属元素的摩尔百分含量为吸附净化剂总质量的10-40％。步骤(2)中所述的无机碱为氢氧化物、碳酸盐、碱式碳酸盐和氨水中的一种或几种的混合物。其中无机碱可选用氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢钠和氨水中的一种或几种的混合物。

步骤(3)中在进行并流共沉淀滴定时，应控制流速保证两溶液同时滴定完毕，滴定完毕后，继续进行充分的搅拌。

与现有技术相比，本发明的优点是：

本发明采用具有铝酸铜晶相的铜铝复合氧化物作为甲醛的吸附剂活性成分，该氧化物的孔结构很发达，比表面积大且热稳定性好，且孔结构相对于吸附甲醛的空气较氧化铝更为合适，因而对甲醛小分子的吸附性能良好，而氧化物中的具有强吸电子能力的铜原子，可与甲醛的羰基相结合，从而进一步提高对甲醛的吸附效果。

(2)本发明的吸附净化剂采用并流共沉淀法制备，操作时金属盐溶液和无机碱溶液同时滴入形成的浓度相近，两者反应生成沉淀的环境趋于中性，使金属盐和碱溶液反应先形成氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、碱式碳酸盐、水合氢氧化物等氧化物等复合氧化物的前驱物，从而得到较好的沉淀效果，制备出来的吸附净化剂的金属结合稳定性以及晶相稳定性较高，吸附效果比较稳定，产品质量高。

(3)本发明制备方法中的步骤(4)为金属氧化物晶相形成的过程，洗涤过程分离掉沉淀混合物中夹杂的金属盐或者无机碱，避免最后热处理过程中形成杂质相。

具体实施方式

以下结合实施例和对比例对本发明进行阐述，而本发明的保护范围并非仅仅局限于以下实施例。所述技术领域的普通技术人员依据本发明公开的内容，均可实现本发明的目的。

实施例1

按下述步骤制备吸附甲醛的空气净化剂：

(1)称取37.5g硝酸铝和19.9g醋酸铜，加入200ml水于30℃的水浴加热进行搅拌溶解，得到硝酸铝和醋酸铜的混合溶液；

(2)称取20g氢氧化钠，加入100ml水进行溶解，得到氢氧化钠溶液；

(3)将硝酸铝、醋酸铜的混合溶液和氢氧化钠溶液分别置于滴液漏斗中，滴液漏斗下面放置一有100mL水的烧杯，将搅拌桨置于烧杯内，打开搅拌器，在不断搅拌下进行并流共沉淀滴定，控制流速保证两溶液同时滴定完毕，滴定完毕后，继续进行充分的搅拌，并室温陈化4小时；

(4)对悬浮液进行抽滤，滤渣用去离子水洗涤两次，然后置于100℃的烘箱中进行干燥，再将干燥后的粉末放入马弗炉中，在温度500℃条件下焙烧10小时，得到吸附甲醛的空气净化剂样品，标记为A。

取8g吸附甲醛的空气净化剂A置于800升玻璃密封舱中，用移液管量取1ml甲醛加入到玻璃密封舱中，然后将舱盖密封，每隔一小时进行甲醛浓度的分析。甲醛浓度的分析采用Interscan 4160型甲醛分析仪进行，并且采用分光光度法进行标定，甲醛的吸附净化结果列于表1。

实施例2

按下述步骤制备吸附甲醛的空气净化剂：

(1)称取23.5gli肖酸铝和19.9g醋酸铜，加入200ml水于35℃的水浴加热进行搅拌溶解，得到硝酸铝和醋酸铜的混合溶液；

(2)称取32.01g碳酸钠，加入100ml水进行溶解，得到碳酸钠溶液；

(3)将金属盐混合溶液和碳酸钠溶液分别置于滴液漏斗中，滴液漏斗下面放置一有100mL水的烧杯，将搅拌桨置于烧杯内，打开搅拌器，在不断搅拌下进行并流共沉淀滴定，控制流速保证两溶液同时滴定完毕，滴定完毕后，继续进行充分的搅拌，并在20℃温度下陈化4小时；

(4)对悬浮液进行抽滤，滤渣用去离子水洗涤两次，然后置于120℃的烘箱中进行干燥，再将干燥后的粉末放入马弗炉中，在温度300℃条件下焙烧10小时，得到吸附甲醛的空气净化剂样品，标记为B。

按实施例1中的方法进行甲醛的吸附净化效果测试，结果列于表1。

实施例3

按下述步骤制备吸附甲醛的空气净化剂：

(1)称取37.5g硝酸铝和9.9g醋酸铜，加入200ml水于30℃的水浴加热进行搅拌解，得到硝酸铝和醋酸铜的混合溶液；

(2)称取16g氢氧化钠，加X100ml水进行溶解，得到氢氧化钠溶液；(3)将金属盐混合溶液和氢氧化钠溶液分别置于滴液漏斗中，滴液漏斗下面放置一有100mL水的烧杯，将搅拌桨置于烧杯内，打开搅拌器，在不断搅拌下进行并流共沉淀滴定，控制流速保证两溶液同时滴定完毕，滴定完毕后，继续进行充分的搅拌，并在40℃温度下陈化4小时；

(4)对悬浮液进行抽滤，滤渣用去离子水洗涤两次，然后置于120℃的烘箱中进行干燥，再将干燥后的粉末放入马弗炉中，在温度800℃条件下焙烧10小时，得到吸附甲醛的空气净化剂样品，标记为C。

按实施例1中的方法进行甲醛的吸附净化效果测试，结果列于表1。

实施例4

按下述步骤制备吸附甲醛的空气净化剂：

(1)分别称取3.75g硝酸铝、1.99g硫酸铜和0.20g醋酸锰、0.20g醋酸镍、0.20g醋酸钴共同溶解，加入200ml水于40℃的水浴加热进行搅拌溶解，得到硝酸铝和醋酸铜的混合溶液；

(2)称取10.5g碳酸钠，加入100ml水进行溶解，得到碳酸钠溶液；

(3)将金属盐混合溶液和碳酸钠溶液分别置于滴液漏斗中，滴液漏斗下面放置一有100mL水的烧杯，将搅拌桨置于烧杯内，打开搅拌器，在不断搅拌下进行并流共沉淀滴定，控制流速保证两溶液同时滴定完毕，滴定完毕后，继续进行充分的搅拌，并室温陈化2小时；

(4)对悬浮液进行抽滤，滤渣用去离子水洗涤两次，然后置于120℃的烘箱中进行干燥，再将干燥后的粉末放入马弗炉中，在温度1200℃条件下焙烧10小时，得到吸附甲醛的空气净化剂样品，标记为D。

按实施例1中的方法进行甲醛的吸附净化效果测试，结果列于表1。

实施例5

按下述步骤制备吸附甲醛的空气净化剂：

(1)分别称取3.75g硝酸铝、1.99g硫酸铜、0.20g硫酸锰共同溶解，加入200ml水于30℃的水浴加热进行搅拌溶解，得到硝酸铝和醋酸铜的混合溶液；

(2)称取10.25g碳酸钠，加入100ml水进行溶解，得到碳酸钠溶液；(3)将金属盐混合溶液和碳酸钠溶液分别置于滴液漏斗中，滴液漏斗下面放置一有100mL水的烧杯，将搅拌桨置于烧杯内，打开搅拌器，在不断搅拌下进行并流共沉淀滴定，控制流速保证两溶液同时滴定完毕，滴定完毕后，继续进行充分的搅拌，并室温阵化3小时；

(4)对悬浮液进行抽滤，滤渣用去离子水洗涤两次，然后置于140℃的烘箱中进行干燥，再将干燥后的粉末放入马弗炉中，在温度900℃条件下焙烧10小时，得到吸附甲醛的空气净化剂样品，标记为E。按实施例1中的方法进行甲醛的吸附净化效果测试，结果列于表1。

表1

表1可以看出，本发明提供的吸附甲醛的空气净化剂对甲醛的吸附效果均好于活性炭的吸附效果。

Claims (7)

1.一种吸附甲醛的空气净化剂，其特征是：所述的吸附甲醛的空气净化剂的主要吸附活性组分是具有铝酸铜晶相的铜铝复合氧化物。

2.根据权利要求1所述的吸附甲醛的空气净化剂，其特征是：所述的铜铝复合氧化物中的铜和铝的摩尔比为1∶100-10∶1。

3.根据权利要求1或2所述的吸附甲醛的空气净化剂，其特征是：所述的吸附甲醛的空气净化剂的吸附活性组分还包括有其他金属元素。

4.根据权利要求3所述的吸附甲醛的空气净化剂，其特征是：所述的其他金属元素为锰、钴、锌、镍和铁的中一种或几种的混合物。

5.根据权利要求4所述的吸附甲醛的空气净化剂，其特征是：所述的其他金属元素的摩尔百分含量为吸附净化剂总质量的10-40％。

6.一种权利要求1或2所述的吸附甲醛的空气净化剂的制备方法，其包括以下步骤：

(1)按比例取铜盐和铝盐溶于水，并于25～60℃的水浴加热搅拌充分溶解，制成铜盐和铝盐的混合溶液；

(2)另取无机碱搅拌溶解在水中，制成无机碱溶液：

(3)将上述铜盐和铝盐的混合溶液与无机碱溶液在不断搅拌下进行并流共沉淀滴定，滴定完成后得到悬浮液，继续进行充分搅拌；然后将悬浮液在25-60℃条件下陈化2-4小时；

(4)悬浮液过滤，滤渣用去离子水洗涤后，先在温度100-140℃条件下烘干，再在300-1200℃焙烧5-15小时，得到吸附甲醛的空气净化剂。

7.根据权利要求6所述的吸附甲醛的空气净化剂的制备方法，其特征是：步骤(1)中除取铜盐和铝盐外，还取有其他金属元素盐；所述的其他金属元素的摩尔百分含量为吸附净化剂总质量的10-40％进行并流共沉淀滴定时，应控制流速保证两溶液同时滴定完毕，滴定完毕后，继续进行充分的搅拌。