CN104549271B - 一种矿棉板及其制备方法 - Google Patents

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本申请提供一种矿棉板，所述矿棉板中的矿棉纤维负载有纳米级的氧化亚铜。本申请还提供矿棉板的制备方法。本发明实施例的矿棉板，以新型半导体材料氧化亚铜作为光催化功能材料，将纳米尺度的氧化亚铜分散于矿棉吸声装饰板中，以照明灯光作为激发光源，进行可见光区光催化除菌抑菌，实现室内空气净化。相对于二氧化钛为代表的光催化材料，避免了紫外光对人体的伤害，且节省了特定激发光源装置。

Description

一种矿棉板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种矿棉板，尤其涉及一种光催化除菌抑菌的矿棉板及其制备方法。
背景技术
微生物污染室内环境，作为一个重要的公共健康问题，正日益引起人们的重视。微生物对室内环境的污染常会引发一系列的综合症，如过敏反应，感染性疾病，哮喘等。因此，控制微生物传播或消除微生物的各种各样的方法已得到广泛的开发研究，如室外空气过滤、过滤微生物、通过加压控制隔离、紫外线辐照消毒、臭氧处理、化学氧化处理等。然而这些处理技术都存在一定的局限性，能量消耗高，或对环境产生二次污染，对微生物很难彻底清除或破坏，不能产生长期效果。鉴于此，一种新的先进的灭菌方法如光催化技术已初步得到发展，但在用于建筑室内清洁方面，尚属空白。光催化技术作为一项新的环境能源技术，具有能耗低、操作简便、反应条件温和、可减少二次污染、可连续工作等优点，日益受到人们的重视。目前，光催化技术在有机污染物的处理、可再生燃料的生产、有机物的合成等方面得到了广泛的发展。
二氧化钛作为半导体光催化剂的典型代表，在环境净化领域已得到了很大的发展，近年来也出现不少的文献与专利，利用二氧化钛的光催化活性，用于杀菌抗菌。然而，众所周知，二氧化钛具有较大的禁带宽度，只有在紫外光的辐照下方能被激发而发生光催化反应，由于紫外光线对人体会产生一定的危害，并且对太阳光的利用率太低，其应用受到一定程度的限制。
氧化亚铜，作为一种新型的半导体光催化材料，因其具有相对较窄的禁带宽度（2.2eV），在室内照明用的可见光辐照下即可被激发，近年来在有机污染物的光催化降解处理方面倍受青睐。尽管如此，氧化亚铜在光催化除菌抑菌方面的应用，尤其用于室内空气净化，目前尚属空白。
发明内容
本申请提供了一种矿棉板，所述矿棉板中的矿棉纤维负载有纳米级的氧化亚铜。
优选地，所述氧化亚铜与矿棉纤维的比例为：0.50-1.50毫摩尔/克矿棉纤维。
优选地，所述氧化亚铜的粒径为80-120nm。
优选地，所述矿棉板的原料包括如下组分：水溶性铜盐、还原剂、表面活性剂、矿棉纤维、粘土、淀粉。
优选地，所述水溶性铜盐与矿棉纤维的比例为1-3毫摩尔/克矿棉纤维；
所述还原剂与矿棉纤维的比例为0.8-3毫摩尔/克矿棉纤维；
所述表面活性剂：矿棉纤维：粘土：淀粉的重量比例为（0.25-0.4）：（100-150）：（18-27）：（10-15）。
优选地，所述矿棉板的原料还包括絮凝剂，所述絮凝剂与矿棉纤维的重量比例为（1-2.5）：（100-150）。
优选地，所述絮凝剂为硫酸铝、聚丙烯酰胺、氯化铁、硫酸亚铁和聚合氯化铝中的一种或几种。
优选地，所述水溶性铜盐为硫酸铜、氯化铜、硝酸铜和乙酸铜中的一种或几种。
优选地，所述还原剂为水合联氨、亚硫酸钠、乙醛、连二亚硫酸钠和葡萄糖中的一种或几种。
优选地，所述表面活性剂为聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇和聚丙烯酸中的一种或几种。
本申请还提供了一种上述的矿棉板的制备方法，包括如下步骤：
首先配制水溶性铜盐溶液，然后在搅拌状态下，加入表面活性剂和矿棉纤维，待矿棉纤维在溶液中基本分散后，加入还原剂在碱性条件下进行氧化还原反应，接着加入粘土，淀粉，继续搅拌，过滤，成形干燥，得到所述矿棉板。
优选地，在所述继续搅拌之后，过滤之前，还包括如下步骤：
加入絮凝剂，搅拌，
所述絮凝剂与矿棉纤维的重量比例为（1-2.5）：（100-150）。
优选地，所述水溶性铜盐与矿棉纤维的比例为1-3毫摩尔/克；所述还原剂与矿棉纤维的比例为0.8-3毫摩尔/克矿棉；所述表面活性剂：矿棉纤维：粘土：淀粉的重量比例为（0.25-0.4）：（100-150）：（18-27）：（10-15）。
优选地，所述水溶性铜盐溶液的浓度为20-60毫摩尔/升。
优选地，所述氧化还原反应的温度为25-80℃，pH值为11-13。
本发明的优点是：
1、本发明实施例的矿棉板，以新型半导体材料氧化亚铜作为光催化功能材料，将纳米尺度的氧化亚铜负载到矿棉纤维，然后分散于矿棉吸声装饰板中，以照明灯光作为激发光源，进行可见光区光催化除菌抑菌，实现室内空气净化。相对于二氧化钛为代表的光催化材料，避免了紫外光对人体的伤害，且节省了特定激发光源装置。
采用光催化技术进行除菌抑菌，相对紫外线辐照消毒、臭氧处理、化学氧化处理等更具环保性，大大减少了因使用不当等原因而造成对人体伤害的风险，同时避免了二次污染的产生；相对室外空气过滤、过滤微生物技术来说，光催化技术是持久有效的。
2、氧化亚铜在潮湿空气中易氧化，而且不溶水，因此很难均匀地分散在材料中，尤其是纳米级的氧化亚铜。本发明通过氧化还原反应将氧化亚铜负载于矿棉纤维，然后再将矿棉纤维均匀地分散于矿棉板中，这样成功地将一定比例的光催化纳米级的氧化亚铜均匀分散在矿棉板中，制备具有优异除菌抑菌功能的室内装饰保温材料，实现室内空气净化。
具体实施方式
实施例1
首先配制一定浓度的硫酸铜溶液（50毫摩尔/升）2升，然后在搅拌状态下，加入0.1克表面活性剂聚乙烯基吡咯烷酮和40克矿棉纤维，待矿棉纤维在溶液中基本分散后，加入50毫升1.0摩尔/升的水合联氨，并在pH值为11-13、温度为25℃条件下进行氧化还原反应30分钟，接着加入粘土7.5克，淀粉4克，继续搅拌，最后加入硫酸铝1.0克，搅拌1分钟后过滤，成形，100℃干燥1小时后得到光催化除菌抑菌的矿棉板，在矿棉板中的氧化亚铜含量为1.25毫摩尔/克矿棉纤维。
矿棉板经扫描电子显微镜检测后，矿棉纤维负载的氧化亚铜颗粒的粒径在100nm左右。
实施例2
首先配制一定浓度的氯化铜溶液（60毫摩尔/升）2升，然后在搅拌状态下，加入0.1克聚乙烯基吡咯烷酮和40克矿棉纤维，待矿棉纤维在溶液中基本分散后，加入60毫升1.0摩尔/升的水合联氨，并在pH值为11-13、室温（25℃）条件下进行氧化还原反应30分钟，接着加入粘土7.5克，淀粉4克，继续搅拌，最后加入硫酸铝1.0克，搅拌1分钟后过滤，成形，100℃干燥1小时后得到光催化除菌抑菌的矿棉板，在矿棉板中的氧化亚铜含量为1.50毫摩尔/克矿棉纤维。
矿棉板经扫描电子显微镜检测后，矿棉纤维负载的氧化亚铜颗粒的粒径在120nm左右。
实施例3
配制一定浓度的硝酸铜溶液（40毫摩尔/升）2升，在搅拌状态下，加入0.1克聚丙烯酸和40克矿棉纤维，待矿棉纤维在溶液中基本分散后，加入60毫升2.0摩尔/升的葡萄糖，并在pH值为11-13、温度为80℃条件下进行氧化还原反应30分钟，接着加入粘土7.5克，淀粉4克，继续搅拌，最后加入硫酸铝1.0克，搅拌1分钟后过滤，成形，100℃干燥1小时后得到光催化除菌抑菌的矿棉板，在矿棉板中的氧化亚铜含量为1.00毫摩尔/克矿棉纤维。
矿棉板经扫描电子显微镜检测后，矿棉纤维负载的氧化亚铜颗粒的粒径在120nm左右。
实施例4
首先配制一定浓度的乙酸铜溶液（30毫摩尔/升）2升，然后在搅拌状态下，加入0.1克聚乙二醇和40克矿棉纤维，待矿棉纤维在溶液中基本分散后，加入90毫升1.0摩尔/升的亚硫酸钠，并在pH值为11-13、温度为80℃条件下进行氧化还原反应30分钟，接着加入粘土7.5克，淀粉4克，继续搅拌，最后加入聚丙烯酰胺1.0克，搅拌1分钟后过滤，成形，100℃干燥1小时后得到光催化除菌抑菌的矿棉板，在矿棉板中的氧化亚铜含量为0.75毫摩尔/克矿棉纤维。
矿棉板经扫描电子显微镜检测后，矿棉纤维负载的氧化亚铜颗粒的粒径在80nm左右。
实施例5
首先配制一定浓度的硫酸铜溶液（20毫摩尔/升）2升，然后在搅拌状态下，加入0.1克聚乙烯基吡咯烷酮和40克矿棉纤维，待矿棉纤维在溶液中基本分散后，加入20毫升1.0摩尔/升的水合联氨，并在pH值为11-13、室温（25℃）下进行氧化还原反应30分钟，接着加入粘土7.5克，淀粉4克，继续搅拌，最后加入硫酸铝1.0克，搅拌1分钟后过滤，成形，100℃干燥1小时后得到光催化除菌抑菌的矿棉板，在矿棉板中的氧化亚铜含量为0.50毫摩尔/克矿棉纤维。
矿棉板经扫描电子显微镜检测后，矿棉纤维负载的氧化亚铜颗粒的粒径在80nm左右。
测试例
取实施例1-5制备的矿棉板，参照国标GB/T 21510-2008和GB/T 23763-2009，以20W的节能灯作为激发光源，以具有代表性的革兰氏阴、阳性菌―大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为杀灭对象，于37℃温度下进行24小时的光催化灭菌实验，然后检测杀灭率，其结果见表1。
表1
大肠杆菌杀灭率 金黄色葡萄球菌杀灭率
实施例1 95% 96%
实施例2 91% 94%
实施例3 94% 96%
实施例4 92% 93%
实施例5 87% 89%
由上表知，本发明实施例制得的矿棉板具有优良的光催化活性，能够有效杀灭空气中的细菌，其中，氧化亚铜的含量为1.25毫摩尔/克时，该矿棉板具有相对最佳的光催化灭菌活性，对大肠杆菌的灭活率在95%以上，对金黄色葡萄球菌灭活率在96%以上。
因此本发明的功能型矿棉板具有较好的经济性和高效性。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种矿棉板，其特征在于，所述矿棉板中的矿棉纤维负载有纳米级的氧化亚铜，并且所述矿棉板的原料包括如下组分：水溶性铜盐、还原剂、表面活性剂、矿棉纤维、粘土、淀粉和絮凝剂，所述絮凝剂与矿棉纤维的重量比例为(1-2.5)：(100-150)。
2.根据权利要求1所述的矿棉板，其中，所述氧化亚铜与矿棉纤维的比例为：0.50-1.50毫摩尔/克矿棉纤维。
3.根据权利要求1或2所述的矿棉板，其中，所述氧化亚铜的粒径为80-120nm。
4.根据权利要求1所述的矿棉板，其中，所述水溶性铜盐与矿棉纤维的比例为1-3毫摩尔/克矿棉纤维；
所述还原剂与矿棉纤维的比例为0.8-3毫摩尔/克矿棉纤维；
所述表面活性剂：矿棉纤维：粘土：淀粉的重量比例为(0.25-0.4)：(100-150)：(18-27)：(10-15)。
5.根据权利要求1所述的矿棉板，其中，所述絮凝剂为硫酸铝、聚丙烯酰胺、氯化铁、硫酸亚铁和聚合氯化铝中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的矿棉板，其中，所述还原剂为水合联氨、亚硫酸钠、乙醛、连二亚硫酸钠和葡萄糖中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的矿棉板，其中，所述表面活性剂为聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇和聚丙烯酸中的一种或几种。
8.一种如权利要求1-7中任意一项所述的矿棉板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
首先配制水溶性铜盐溶液，然后在搅拌状态下，加入表面活性剂和矿棉纤维，待矿棉纤维在溶液中分散后，加入还原剂并在碱性条件下进行氧化还原反应，接着加入粘土，淀粉，继续搅拌，加入絮凝剂，搅拌，过滤，成形干燥，得到所述矿棉板。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其中，所述水溶性铜盐溶液的浓度为20-60毫摩尔/升。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其中，所述氧化还原反应的温度为25-80℃，pH值为11-13。
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