CN104722297A

CN104722297A - 纳米空气净化触媒及其制备方法

Info

Publication number: CN104722297A
Application number: CN201510062459.9A
Authority: CN
Inventors: 吴隐; 黄其佩; 张星; 黄胜超
Original assignee: Guangzhou Xing Bangni Environmental Protection Technology Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Xing Bangni Environmental Protection Technology Co Ltd
Priority date: 2015-02-06
Filing date: 2015-02-06
Publication date: 2015-06-24

Abstract

本发明公开了一种纳米空气净化触媒及其制备方法，所述纳米空气净化触媒按质量百分比，包括以下组分：二氧化钛1%～10%、纳米铂金0.5%～5%、甲基纤维素1%～3%、十二烷基苯磺酸钠0.5%～1.5%、石墨烯1%～20%、烷基硫酸钠1%～10%、羧甲基纤维素1%～5%、纳米负离子粉0.5%～5%、纳米银0.05%～2%，其余为去离子水。本发明所述的纳米级空气净化触媒在有光和无光条件下均能全天24小时持续净化室内空气。

Description

纳米空气净化触媒及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种净化室内装修污染的产品，特别涉及一种去除室内装修有害气体的纳米空气净化触媒及其制备方法。

背景技术

中国儿童卫生保健疾病防治指导中心主任黄耀华在“首届中国室内环境污染与儿童身体健康研讨会”上曾披露：目前中国每年因装修污染引起呼吸道感染而致死的儿童约有210万，且90%的小儿白血病患者家中近期都曾经装修过。

世界卫生组织报告称，室内空气的污染源主要有四个方面，如水泥、涂料、油漆和家具等建材。室内空气中的污染物主要包括甲醛、苯、氨和TVOC等化学污染物，同时还有大量细菌和病毒等寄生于室内环境的病原微生物。苯广泛存在于建筑材料中，尤其是油漆涂料中使用的化学物质对人类健康具有最大的杀伤力。苯可以使人致癌，甚至导致白血病的高发，极低的浓度对人体也会产生危害。甲醛的安全标准是每立方米中含量不超过0.08毫克，时间限度为30分钟，超量或超时则会伤害肺部功能，并可能患上鼻咽癌和白血病。

光触媒是一种以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称，在光的照射下，会产生类似光合作用的光催化反应，产生出氧化能力极强的羟基自由基和超氧阴离子自由基，具有很强的光氧化还原能力，可氧化分解各种有机化合物和部分无机物，因而具有极强的杀菌、除臭、防霉、防污自洁、净化空气的功能。

光触媒用于室外净化空气的能力毋容置疑，但用于室内去除装修污染净化空气则受到了很多因素的限制。目前光触媒已经实现了可见光化，即在日光灯的照射下光触媒也能分解室内的有害气体，但日光灯的照射下光触媒催化效率不高，远远低于室外应用时太阳光照射下的催化效率。室内空间大多都无法接收到太阳光的照射，虽然能接收到日光灯的照射但光照强度也都太微弱。综上所述，将光触媒喷涂于室内进行空气净化时，因无法得到足够的光照而导致效果非常有限。

发明内容

本发明为了解决单一成分二氧化钛光触媒过于依赖光导致净化室内有害气体效率低的问题，制备出真正适合应用于净化室内装修所带来的有害气体，提出了将多项技术关联起来共同发挥作用进而制备出了一种在有光和无光的条件下均可以降解有机有害气体的纳米空气净化触媒，该产品尤其适用于治理室内装修所带来的污染。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种纳米空气净化触媒，按质量百分比，包括以下组分：二氧化钛1%～10%、纳米铂金0.5%～5%、甲基纤维素1%～3%、十二烷基苯磺酸钠0.5%～1.5%、石墨烯1%～20%、烷基硫酸钠1%～10%、羧甲基纤维素 1%～5%、纳米负离子粉0.5%～5%、纳米银0.05%～2%，其余为去离子水。

进一步，其所述二氧化钛为经过改性后具备可见光催化性能的光触媒，其粒径为3～10nm；所述纳米铂金粒径为1～3nm；所述石墨烯粒径为100～200nm；所述纳米负离子粉选用的规格为10000ions，4000目；所述纳米银粒径为20～25nm。

一种纳米空气净化触媒的制备方法，主要包含以下步骤：

步骤一：将经过改性后具备可见光催化性能的二氧化钛加入到去离子水中，超声波分散成凝胶状，加入铂金微粒进行磁力搅拌得到A溶液；

步骤二：将甲基纤维素、十二烷基苯磺酸钠分别加入另一份去离子水中搅拌均匀，在磁力搅拌的状态下缓慢加入石墨烯粉并继续搅拌，然后依次加入烷基硫酸钠、羧甲基纤维素、纳米负离子粉和纳米银并进行磁力搅拌，得到B溶液；

步骤三：将上述A溶液和B溶液混合并进行磁力搅拌，即可制备出纳米空气净化触媒复合溶液。

进一步，其步骤一中，二氧化钛加入到去离子水中，超声波分散的时间为8～15分钟；加入铂金微粒进行磁力搅拌的时间为12～18分钟。

进一步，其步骤二中，在磁力搅拌的状态下加入石墨烯粉并继续搅拌的时间为25～35分钟，然后依次加入烷基硫酸钠、羧甲基纤维素、纳米负离子粉和纳米银并进行磁力搅拌的时间25～35分钟。

进一步，其步骤二中，A溶液与B溶液混合进行磁力搅拌的时间为25～35分钟。

本发明所述纳米空气净化触媒及其制备方法的有益效果是：本发明中的石墨烯具有超强的吸附能力，纳米铂金金属触媒在有光和无光的条件下均可吸收并分解室内的有害气体，二氧化钛光触媒在灯光或太阳光下能有效的降解石墨烯和铂金吸收的有害气体，负离子粉不断产生负离子主动净化室内空气，在有光和无光的条件下该纳米空气净化触媒均可有效的降解室内的有害气体如甲醛、苯系物、氨和总挥发性有机物（TVOC）等。本发明克服了光触媒必须在有光的条件下才能净化室内空气的缺点，集吸附、分解和主动净化为一体，在有光和无光条件下均能全天24小时持续净化室内空气。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式做详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获取的其它实施例，都属于本发明的保护范围。

据研究表明，纳米铂对有机污染物具有良好的催化氧化降解能力。铂金催化剂是用途最广的贵金属催化剂，催化效率高，在低温度下可快速催化氧化降解有机污染物。

石墨烯材料具有独特的物理化学性质，石墨烯与有机污染物之间可形成非常强的络合能力，因而可以吸附有机污染物。但是由于石墨烯在溶液中易团聚，其吸附能力会因此降低。研究人员经过大量实验发现，对石墨烯进行氧化处理在其表面修饰含氧功能基团后，可以提高石墨烯的分散性，进而提高石墨烯的吸附能力，即可以很好地吸附有机污染物，有效去除持久性有机污染物。

纳米银，是利用纳米技术将银纳米化，纳米技术出现，使银在纳米状态下的杀菌能力产生了质的飞跃，极少的纳米银可产生强大的杀菌作用，可在数分钟内杀死650多种细菌，广谱杀菌且无任何的耐药性，能够促进伤口的愈合、细胞的生长及受损细胞的修复，无任何毒性反应，对皮肤也未发现任何刺激反应，是最新一代的天然抗菌剂。

本发明提供的一种纳米空气净化触媒，按质量百分比，包括以下组分：二氧化钛1%～10%、纳米铂金0.5%～5%、甲基纤维素1%～3%、十二烷基苯磺酸钠0.5%～1.5%、石墨烯1%～20%、烷基硫酸钠1%～10%、羧甲基纤维素 1%～5%、纳米负离子粉0.5%～5%、纳米银0.05%～2%，其余为去离子水；其所述二氧化钛为经过改性后具备可见光催化性能的光触媒，其粒径为3～10nm；所述纳米铂金粒径为1～3nm；所述石墨烯粒径为100～200nm；所述纳米负离子粉选用的规格为10000ions，4000目；所述纳米银粒径为20～25nm。

纳米空气净化触媒的制备方法，包含以下步骤：

步骤一：将经过改性后具备可见光催化性能的二氧化钛加入到去离子水中，超声波分散8～15分钟成凝胶状，加入铂金微粒进行磁力搅拌12～18分钟得到A溶液。

步骤二：将甲基纤维素、十二烷基苯磺酸钠分别加入另一份去离子水中搅拌均匀，在磁力搅拌的状态下缓慢加入石墨烯粉并继续搅拌25～35分钟，然后依次加入烷基硫酸钠、羧甲基纤维素、纳米负离子粉和纳米银并进行磁力搅拌25～35分钟，得到B溶液。为了防止石墨烯的团聚，该制备顺序不能颠倒。

步骤三：将上述A溶液和B溶液混合并进行磁力搅拌25～35分钟，即可制备出纳米空气净化触媒复合溶液。

实施例1

步骤一：将100g粒径为5nm的二氧化钛加入到1L去离子水中，超声波分散10分钟成凝胶状，加入50g粒径为1nm的铂金微粒进行磁力搅拌15分钟，得到A溶液。

步骤二：将60g甲基纤维素、18g十二烷基苯磺酸钠分别加入1L去离子水中搅拌均匀，在磁力搅拌的状态下缓慢加入250g粒径为100nm的石墨烯粉并继续搅拌30分钟，然后依次加入60g烷基硫酸钠、40g羧甲基纤维素、20g纳米负离子粉和3g粒径为20nm的纳米银并进行磁力搅拌30分钟，得到B溶液。

步骤三：将上述A溶液和B溶液混合并进行磁力搅拌30分钟，即可制备出纳米空气净化触媒复合溶液S1。

实施例2

步骤一：将50g粒径为5nm的二氧化钛加入到1L去离子水中，超声波分散10分钟成凝胶状，加入25g粒径为1nm的铂金微粒进行磁力搅拌18分钟，得到A溶液。

步骤二：将30g甲基纤维素、15g十二烷基苯磺酸钠分别加入1L去离子水中搅拌均匀，在磁力搅拌的状态下缓慢加入100g粒径为100nm的石墨烯粉并继续搅拌35分钟，然后依次加入40g烷基硫酸钠、70g羧甲基纤维素、50g纳米负离子粉和20g粒径为20nm的纳米银并进行磁力搅拌35分钟，得到B溶液。

步骤三：将上述A溶液和B溶液混合并进行磁力搅拌30分钟，即可制备出纳米空气净化触媒复合溶液S2。

实施例3

步骤一：将125g粒径为5nm的二氧化钛加入到1L去离子水中，超声波分散10分钟成凝胶状，加入50g粒径为1nm的铂金微粒进行磁力搅拌15分钟，得到A溶液。

步骤二：将26g甲基纤维素、15g十二烷基苯磺酸钠分别加入1L去离子水中搅拌均匀，在磁力搅拌的状态下缓慢加入150g粒径为100nm的石墨烯粉并继续搅拌30分钟，然后依次加入30g烷基硫酸钠、28g羧甲基纤维素、80g纳米负离子粉和25g粒径为20nm的纳米银并进行磁力搅拌30分钟，得到B溶液。

步骤三：将上述A溶液和B溶液混合并进行磁力搅拌30分钟，即可制备出纳米空气净化触媒复合溶液S3。

将实施例1-3制备出的空气净化触媒根据室内空气净化产品净化效果测定方法（QB/T2761-2006）分别进行降解测试：

测试方法：用两个1m3实验舱（A舱为空白舱，B舱为实验舱）测试实施例1-3制备出的空气净化触媒分别去除空气中甲醛、苯、氨和TVOC的效果，试验在常温常压下进行。

实验步骤如下：

两个实验舱最大限度净化舱内空气，保证无污染物。

将配置好的一定浓度的有害气体挥发溶液（分别可以产生甲醛、苯、氨和TVOC四种有害气体的挥发溶液）倒入两个烧杯（A1、B1）中，每个烧杯内溶液200mL。

A舱和B舱的试验同时进行。

A舱：将3张1m2的滤纸悬挂在试验舱的中央位置，将A1烧杯放入试验舱内，密闭舱门。

B舱：将30mL空气净化触媒均匀喷涂到3张1m2的滤纸上，悬挂在试验舱的中央位置。将B1烧杯放入试验舱内。

开启A舱和B舱的风扇，搅拌1分钟，使舱内空气分布均匀后，同时关闭两个试验舱的风扇。

开启舱内30W日光灯，日光灯交替处于开关状态，即开2h-关2h-开2h-关2h交替进行直至试验结束。

24小时后对两个试验舱进行浓度采样，分别测试。空白舱A内甲醛、苯、氨和TVOC初始浓度分别记作C'_A1、C'_A2、C'_A3、C'_A4，试验24小时后的浓度分别记作C_A1、C_A2、C_A ³、C_A4。试验舱B内甲醛、苯、氨和TVOC初始浓度分别记作C'_B1、C'_B2、C'_B3、C'_B4，试验24小时后的浓度分别记作C_B1、C_B2、C_B3、C_B4。

降解率计算公式为η=

测试结果如下：

本发明是发明人在长期研究室内空气污染治理和工程实践的基础上，经过反复探索组成配方和不断优化工艺制备过程最终确定下来的。本发明不仅实验测试效果好，也经过了无数室内空气污染治理工程的实践检验。本发明将多种技术关联起来，弥补了各项技术单一运用于室内空气污染治理的不足，相互协同和促进使该发明运用于室内空气污染治理中能够收到优于光触媒的效果。本发明的触媒中，甲基纤维素作起到稳定剂的作用，十二烷基苯磺酸钠作为分散剂，烷基硫酸钠起到渗透剂的作用，纳米银起到抗菌杀菌的作用，石墨烯作为吸附剂，纳米负离子粉能够持续释放负离子，纳米铂金作为金属触媒，二氧化钛作为光触媒。

无光条件下，纳米铂金进行催化分解一段时间后会因触媒中毒而失活，但因为有二氧化钛光催化剂的存在，在有光的时候光触媒会分解纳米铂金上的触媒毒使纳米铂金金属触媒恢复催化活性。二者结合，使本发明的空气净化触媒在日夜交替（即有光-无光-有光-无光）的条件下，不分昼夜的降解室内装修所产生的有害气体。

石墨烯具有超强的吸附性能，使有害气体能够富集于催化剂的表面，有害气体在触媒表面的浓度升高，金属触媒和光触媒的催化效率均得到显著提升。通过渗透剂的作用，将本发明的触媒喷涂于人造板、地毯和窗帘等装修装饰材料时，能迅速渗透到各种材料的内部，使室内装修污染得到更彻底的治理。通过吸附、金属催化分解、光催化分解和负离子净化，室内污染气体如甲醛、苯、氨和TVOC会被持续而彻底的分解掉。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种纳米空气净化触媒，其特征在于：按质量百分比，包括以下组分：二氧化钛1%～10%、纳米铂金0.5%～5%、甲基纤维素1%～3%、十二烷基苯磺酸钠0.5%～1.5%、石墨烯1%～20%、烷基硫酸钠1%～10%、羧甲基纤维素 1%～5%、纳米负离子粉0.5%～5%、纳米银0.05%～2%，其余为去离子水。

2.根据权利要求1所述的纳米空气净化触媒，其特征在于：其所述二氧化钛为经过改性后具备可见光催化性能的光触媒，其粒径为3～10nm；所述纳米铂金粒径为1～3nm；所述石墨烯粒径为100～200nm；所述纳米负离子粉选用的规格为10000ions，4000目；所述纳米银粒径为20～25nm。

3.一种纳米空气净化触媒的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：

步骤1：将经过改性后具备可见光催化性能的二氧化钛加入到去离子水中，超声波分散成凝胶状，加入铂金微粒进行磁力搅拌得到A溶液;

步骤2：将甲基纤维素、十二烷基苯磺酸钠分别加入另一份去离子水中搅拌均匀，在磁力搅拌的状态下缓慢加入石墨烯粉并继续搅拌，然后依次加入烷基硫酸钠、羧甲基纤维素、纳米负离子粉和纳米银并进行磁力搅拌，得到B溶液;

步骤3：将上述A溶液和B溶液混合并进行磁力搅拌，即可制备出纳米空气净化触媒复合溶液。

4. 根据权利要求3所述的纳米空气净化触媒的制备方法，其特征在于：其步骤一中，二氧化钛加入到去离子水中，超声波分散的时间为8～15分钟；加入铂金微粒进行磁力搅拌的时间为12～18分钟。

5.根据权利要求3所述的纳米空气净化触媒的制备方法，其特征在于：其步骤二中，在磁力搅拌的状态下加入石墨烯粉并继续搅拌的时间为25～35分钟，然后依次加入烷基硫酸钠、羧甲基纤维素、纳米负离子粉和纳米银并进行磁力搅拌的时间25～35分钟。

6.根据权利要求3所述的纳米空气净化触媒的制备方法，其特征在于：其步骤二中，A溶液与B溶液混合进行磁力搅拌的时间为25～35分钟。