CN105126923A - 一种在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料及其制备方法，本发明涉及可见光光催化降解甲醛的木材基材料及其制备方法。本发明要解决现有单一催化剂光催化降解甲醛存在吸收光波长范围小、催化效率低及回收困难的问题。材料在波长为400nm～800nm的可见光照射下可降解甲醛的浓度至0.12mg/m3以内，所述的材料由负载二氧化钛的木材先浸渍到银氨溶液中反应，反应后，取出木材A，得到剩余银氨溶液，再将木材A浸渍到葡萄糖水溶液中反应，然后将剩余银氨溶液加入到浸渍有木材A的葡萄糖水溶液中继续反应，最后清洗干燥得到。方法：一、制备负载二氧化钛的木材；二、浸渍反应。
Description
技术领域
本发明涉及可见光光催化降解甲醛的木材基材料及其制备方法。
背景技术
甲醛是室内环境的重要污染物之一。研究表明甲醛可以通过吸附剂或是催化剂进行降解，如：活性炭、二氧化钛、氧化锌等，然而，单一的催化剂的禁带宽度较宽，仅能吸收波长小于400nm的紫外光，因此为扩大催化剂对光的吸收范围，提高催化剂的催化效率，采用银等金属元素与二氧化钛进行复合，减少电子和空穴的复合，从而提高光催化降解甲醛的效率。此外，一些粉体或颗粒状的催化剂存在着回收困难的问题，阻碍净化环境技术的发展。而木材作为一种天然的有机材料，可作为二氧化钛、银等微纳米粒子的良好载体。同时在木制产品(如：地板、木质家具等)的生产过程中，木材内组分与脲醛树脂发生反应会产生甲醛，同时在使用过程中会持续产生甲醛，造成室内甲醛含量增加。
综上所述，现有单一催化剂光催化降解甲醛的方法存在吸收光波长范围小、催化效率低、回收困难，且不能从根本上解决一部分甲醛释放的问题。
发明内容
本发明要解决现有单一催化剂光催化降解甲醛的方法存在吸收光波长范围小、催化效率低、回收困难，且不能从根本上解决一部分甲醛释放的问题，而提供一种在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料及其制备方法。
一种在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料，在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料在波长为400nm～800nm的可见光照射下可降解甲醛的浓度至0.12mg/m3以内；
所述的在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料由负载二氧化钛的木材先浸渍到银氨溶液中反应，反应后，取出木材A，得到剩余银氨溶液，再将木材A浸渍到葡萄糖水溶液中反应，然后将剩余银氨溶液加入到浸渍有木材A的葡萄糖水溶液中继续反应，得到木材B，最后清洗干燥木材B得到；
所述的葡萄糖水溶液的浓度为0.001mol/L～10mol/L。
一种在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料的制备方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、制备负载二氧化钛的木材：
将硼酸、氟钛酸铵和蒸馏水混合，搅拌均匀，得到混合液，再向混合液中滴加浓度为0.001mol/L～10mol/L的盐酸溶液，直至混合液的pH为3，然后将木材浸渍于pH为3的混合液中，在温度为40℃～110℃的真空烘箱中水热反应5h～20h，反应结束后，用去离子水清洗反应后的木材，并置于烘箱中干燥，即得到负载二氧化钛的木材；
所述的硼酸在混合液中的浓度为0.5mol/L～2mol/L；所述的氟钛酸铵在混合液中的浓度为0.2mol/L～1.8mol/L；
二、浸渍反应：
在搅拌条件下，将质量百分数为20％～40％的氨水逐滴加入到浓度为0.1mol/L～2mol/L的硝酸银水溶液中至澄清透明，得到银氨溶液，然后将负载二氧化钛的木材浸渍于银氨溶液中，反应1h～8h，取出木材A，得到剩余银氨溶液，再将木材A浸渍于浓度为0.001mol/L～10mol/L的葡萄糖水溶液中，反应5min～40min，然后将剩余银氨溶液加入到浸渍有木材A的葡萄糖水溶液中，继续反应10min～100min，得到木材B，用去离子水清洗木材B，并在温度为80℃下干燥24h，得到在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料。
本发明的有益效果是：一、现有的单一的催化剂的禁带宽度较宽，仅能吸收波长小于400nm的紫外光，因此为扩大催化剂对光的吸收范围，提高催化剂的催化效率，本发明中采用银纳米粒子与二氧化钛粒子进行复合，减少电子和空穴的复合，从而提高催化剂降解甲醛的效率，本发明制备的在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料在波长为400nm～800nm的可见光照射下可降解甲醛的浓度至0.12mg/m3以内；
二、本发明的银钛复合薄膜负载的木材基材料在可见光下即可降解甲醛；
三、现有的一些粉体或颗粒状的催化剂存在着回收困难的问题，阻碍净化环境技术的发展。本发明采用天然可再生的木材为基质材料，不仅可解决回收问题，而且不会给环境带来污染；
四、在木制产品(如：地板、木质家具等)的生产过程中，木材内组分与脲醛树脂发生反应会产生甲醛，同时在使用过程中会持续产生甲醛，造成室内甲醛含量增加。本发明以木材为基质材料，负载二氧化钛/银微纳米复合薄膜，可从根本上解决一部分室内甲醛释放的问题；
五、本发明提供的原料来源广泛，制备方法过程简单，工艺容易控制。
本发明用于一种在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料及其制备方法。
附图说明
图1是实施例一制备的在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料的甲醛降解曲线图；
图2是实施例二制备的在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料的甲醛降解曲线图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式所述的在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料在波长为400nm～800nm的可见光照射下可降解甲醛的浓度至0.12mg/m3以内；
所述的在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料由负载二氧化钛的木材先浸渍到银氨溶液中反应，反应后，取出木材A，得到剩余银氨溶液，再将木材A浸渍到葡萄糖水溶液中反应，然后将剩余银氨溶液加入到浸渍有木材A的葡萄糖水溶液中继续反应，得到木材B，最后清洗干燥木材B得到；
所述的葡萄糖水溶液的浓度为0.001mol/L～10mol/L。
本实施方式在甲醛的浓度为1.5mg/m3～10mg/m3的条件下，将暴露面积为8cm2～1.6×105cm2的在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料在波长为400nm～800nm的可见光照射下，在5h～40h内降解甲醛的浓度至0.12mg/m3以内。
本实施方式的有益效果是：一、现有的单一的催化剂的禁带宽度较宽，仅能吸收波长小于400nm的紫外光，因此为扩大催化剂对光的吸收范围，提高催化剂的催化效率，本实施方式中采用银纳米粒子与二氧化钛粒子进行复合，减少电子和空穴的复合，从而提高催化剂降解甲醛的效率，本实施方式制备的在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料在波长为400nm～800nm的可见光照射下可降解甲醛的浓度至0.12mg/m3以内；
二、本实施方式的银钛复合薄膜负载的木材基材料在可见光下即可降解甲醛；
三、现有的一些粉体或颗粒状的催化剂存在着回收困难的问题，阻碍净化环境技术的发展。本实施方式采用天然可再生的木材为基质材料，不仅可解决回收问题，而且不会给环境带来污染；
四、在木制产品(如：地板、木质家具等)的生产过程中，木材内组分与脲醛树脂发生反应会产生甲醛，同时在使用过程中会持续产生甲醛，造成室内甲醛含量增加。本实施方式以木材为基质材料，负载二氧化钛/银微纳米复合薄膜，可从根本上解决一部分室内甲醛释放的问题；
五、本实施方式提供的原料来源广泛，制备方法过程简单，工艺容易控制。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的负载二氧化钛的木材是按以下步骤制备的：将硼酸、氟钛酸铵和蒸馏水混合，搅拌均匀，得到混合液，再向混合液中滴加浓度为0.001mol/L～10mol/L的盐酸溶液，直至混合液的pH为3，然后将木材浸渍于pH为3的混合液中，在温度为40℃～110℃的真空烘箱中水热反应5h～20h，反应结束后，用去离子水清洗反应后的木材，并置于烘箱中干燥，即得到负载二氧化钛的木材；
所述的硼酸在混合液中的浓度为0.5mol/L～2mol/L；所述的氟钛酸铵在混合液中的浓度为0.2mol/L～1.8mol/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：所述的银氨溶液是按以下步骤制备的：在搅拌条件下，将质量百分数为20％～40％的氨水逐滴加入到浓度为0.1mol/L～2mol/L的硝酸银水溶液中至澄清透明，得到银氨溶液。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式所述的一种在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料的制备方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、制备负载二氧化钛的木材：
将硼酸、氟钛酸铵和蒸馏水混合，搅拌均匀，得到混合液，再向混合液中滴加浓度为0.001mol/L～10mol/L的盐酸溶液，直至混合液的pH为3，然后将木材浸渍于pH为3的混合液中，在温度为40℃～110℃的真空烘箱中水热反应5h～20h，反应结束后，用去离子水清洗反应后的木材，并置于烘箱中干燥，即得到负载二氧化钛的木材；
所述的硼酸在混合液中的浓度为0.5mol/L～2mol/L；所述的氟钛酸铵在混合液中的浓度为0.2mol/L～1.8mol/L；
二、浸渍反应：
在搅拌条件下，将质量百分数为20％～40％的氨水逐滴加入到浓度为0.1mol/L～2mol/L的硝酸银水溶液中至澄清透明，得到银氨溶液，然后将负载二氧化钛的木材浸渍于银氨溶液中，反应1h～8h，取出木材A，得到剩余银氨溶液，再将木材A浸渍于浓度为0.001mol/L～10mol/L的葡萄糖水溶液中，反应5min～40min，然后将剩余银氨溶液加入到浸渍有木材A的葡萄糖水溶液中，继续反应10min～100min，得到木材B，用去离子水清洗木材B，并在温度为80℃下干燥24h，得到在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料。
本实施方式的有益效果是：一、现有的单一的催化剂的禁带宽度较宽，仅能吸收波长小于400nm的紫外光，因此为扩大催化剂对光的吸收范围，提高催化剂的催化效率，本实施方式中采用银纳米粒子与二氧化钛粒子进行复合，减少电子和空穴的复合，从而提高催化剂降解甲醛的效率，本实施方式制备的在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料在波长为400nm～800nm的可见光照射下可降解甲醛的浓度至0.12mg/m3以内；
二、本实施方式的银钛复合薄膜负载的木材基材料在可见光下即可降解甲醛；
三、现有的一些粉体或颗粒状的催化剂存在着回收困难的问题，阻碍净化环境技术的发展。本实施方式采用天然可再生的木材为基质材料，不仅可解决回收问题，而且不会给环境带来污染；
四、在木制产品(如：地板、木质家具等)的生产过程中，木材内组分与脲醛树脂发生反应会产生甲醛，同时在使用过程中会持续产生甲醛，造成室内甲醛含量增加。本实施方式以木材为基质材料，负载二氧化钛/银微纳米复合薄膜，可从根本上解决一部分室内甲醛释放的问题；
五、本实施方式提供的原料来源广泛，制备方法过程简单，工艺容易控制。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤二中然后将负载二氧化钛的木材浸渍于银氨溶液中，反应1h～5h，取出木材A，得到剩余银氨溶液。其它与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五之一不同的是：步骤二中再将木材A浸渍于浓度为0.001mol/L～10mol/L的葡萄糖水溶液中，反应5min～30min。其它与具体实施方式四或五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四至六之一不同的是：步骤二中然后将剩余银氨溶液加入到浸渍有木材A的葡萄糖水溶液中，继续反应10min～60min，得到木材B。其它与具体实施方式四至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四至七之一不同的是：步骤一中所述的硼酸在混合液中的浓度为1mol/L～2mol/L。其它与具体实施方式四至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式四至八之一不同的是：步骤二中然后将负载二氧化钛的木材浸渍于银氨溶液中，反应2h，取出木材A，得到剩余银氨溶液。其它与具体实施方式四至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式四至九之一不同的是：步骤二中再将木材A浸渍于浓度为0.001mol/L～10mol/L的葡萄糖水溶液中，反应15min。其它与具体实施方式四至九相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式四至十之一不同的是：步骤二中然后将剩余银氨溶液加入到浸渍有木材A的葡萄糖水溶液中，继续反应20min，得到木材B。其它与具体实施方式四至十相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式四至十一之一不同的是：步骤二中然后将负载二氧化钛的木材浸渍于银氨溶液中，反应1h，取出木材A，得到剩余银氨溶液。其它与具体实施方式四至十一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式四至十二之一不同的是：步骤二中再将木材A浸渍于浓度为0.001mol/L～10mol/L的葡萄糖水溶液中，反应10min。其它与具体实施方式四至十二相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式四至十三之一不同的是：步骤二中然后将剩余银氨溶液加入到浸渍有木材A的葡萄糖水溶液中，继续反应10min，得到木材B。其它与具体实施方式四至十三相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式四至十四之一不同的是：步骤一中再向混合液中滴加浓度为0.1mol/L的盐酸溶液，直至混合液的pH为3。其它与具体实施方式四至十四相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式四至十五之一不同的是：步骤一中然后将木材浸渍于pH为3的混合液中，在温度为100℃的真空烘箱中水热反应6h。其它与具体实施方式四至十五相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式四至十六之一不同的是：步骤一中所述的硼酸在混合液中的浓度为1mol/L；所述的氟钛酸铵在混合液中的浓度为0.5mol/L。其它与具体实施方式四至十六相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式四至十七之一不同的是：步骤二中在搅拌条件下，将质量百分数为25％的氨水逐滴加入到浓度为1mol/L的硝酸银水溶液中至澄清透明，得到银氨溶液。其它与具体实施方式四至十七相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式四至十八之一不同的是：步骤二中再将木材A浸渍于浓度为2mol/L的葡萄糖水溶液中，反应15min。其它与具体实施方式四至十八相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
一种在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、制备负载二氧化钛的木材：
将硼酸、氟钛酸铵和蒸馏水混合，搅拌均匀，得到混合液，再向混合液中滴加浓度为0.1mol/L的盐酸溶液，直至混合液的pH为3，然后将木材浸渍于pH为3的混合液中，在温度为100℃的真空烘箱中水热反应6h，反应结束后，用去离子水清洗反应后的木材，并置于烘箱中干燥，即得到负载二氧化钛的木材；
所述的硼酸在混合液中的浓度为1mol/L；所述的氟钛酸铵在混合液中的浓度为0.5mol/L；
二、浸渍反应：
在搅拌条件下，将质量百分数为25％的氨水逐滴加入到浓度为1mol/L的硝酸银水溶液中至澄清透明，得到银氨溶液，然后将负载二氧化钛的木材浸渍于银氨溶液中，反应2h，取出木材A，得到剩余银氨溶液，再将木材A浸渍于浓度为2mol/L的葡萄糖水溶液中，反应15min，然后将剩余银氨溶液加入到浸渍有木材A的葡萄糖水溶液中，继续反应20min，得到木材B，用去离子水清洗木材B，并在温度为80℃下干燥24h，得到在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料。
将4块体积为20cm×20cm×30cm的在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料在波长为420nm的可见光下照射，在10h内降解一定浓度的甲醛，图1是实施例一制备的在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料的甲醛降解曲线图；由图1可知，在波长为420nm的可见光照射10h后，装置内的甲醛浓度为0.05mg/m3，已达到国家规定的居民住宅室内甲醛标准值(0.08mg/m3)。
实施例二：实施例与实施例一不同的是：步骤二中然后将负载二氧化钛的木材浸渍于银氨溶液中，反应1h，取出木材A，得到剩余银氨溶液，再将木材A浸渍于浓度为2mol/L的葡萄糖水溶液中，反应10min，然后将剩余银氨溶液加入到浸渍有木材A的葡萄糖水溶液中，继续反应10min，得到木材B。其它与实施例一相同。
将4块体积为20cm×20cm×30cm的在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料在波长为420nm的可见光下照射，在10h内降解一定浓度的甲醛，图2是实施例二制备的在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料的甲醛降解曲线图；由图2可知，在波长为420nm的可见光照射10h后，装置内的甲醛浓度为0.11mg/m3，已达到国家规定的公共场所室内甲醛标准值(0.12mg/m3)。
Claims (10)
1.一种在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料，其特征在于在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料在波长为400nm～800nm的可见光照射下可降解甲醛的浓度至0.12mg/m3以内；
所述的在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料由负载二氧化钛的木材先浸渍到银氨溶液中反应，反应后，取出木材A，得到剩余银氨溶液，再将木材A浸渍到葡萄糖水溶液中反应，然后将剩余银氨溶液加入到浸渍有木材A的葡萄糖水溶液中继续反应，得到木材B，最后清洗干燥木材B得到；
所述的葡萄糖水溶液的浓度为0.001mol/L～10mol/L。
2.根据权利要求1所述的一种在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料，其特征在于所述的负载二氧化钛的木材是按以下步骤制备的：将硼酸、氟钛酸铵和蒸馏水混合，搅拌均匀，得到混合液，再向混合液中滴加浓度为0.001mol/L～10mol/L的盐酸溶液，直至混合液的pH为3，然后将木材浸渍于pH为3的混合液中，在温度为40℃～110℃的真空烘箱中水热反应5h～20h，反应结束后，用去离子水清洗反应后的木材，并置于烘箱中干燥，即得到负载二氧化钛的木材；
所述的硼酸在混合液中的浓度为0.5mol/L～2mol/L；所述的氟钛酸铵在混合液中的浓度为0.2mol/L～1.8mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料，其特征在于所述的银氨溶液是按以下步骤制备的：在搅拌条件下，将质量百分数为20％～40％的氨水逐滴加入到浓度为0.1mol/L～2mol/L的硝酸银水溶液中至澄清透明，得到银氨溶液。
4.如权利要求1所述的一种在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料的制备方法，其特征在于一种在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、制备负载二氧化钛的木材：
将硼酸、氟钛酸铵和蒸馏水混合，搅拌均匀，得到混合液，再向混合液中滴加浓度为0.001mol/L～10mol/L的盐酸溶液，直至混合液的pH为3，然后将木材浸渍于pH为3的混合液中，在温度为40℃～110℃的真空烘箱中水热反应5h～20h，反应结束后，用去离子水清洗反应后的木材，并置于烘箱中干燥，即得到负载二氧化钛的木材；
所述的硼酸在混合液中的浓度为0.5mol/L～2mol/L；所述的氟钛酸铵在混合液中的浓度为0.2mol/L～1.8mol/L；
二、浸渍反应：
在搅拌条件下，将质量百分数为20％～40％的氨水逐滴加入到浓度为0.1mol/L～2mol/L的硝酸银水溶液中至澄清透明，得到银氨溶液，然后将负载二氧化钛的木材浸渍于银氨溶液中，反应1h～8h，取出木材A，得到剩余银氨溶液，再将木材A浸渍于浓度为0.001mol/L～10mol/L的葡萄糖水溶液中，反应5min～40min，然后将剩余银氨溶液加入到浸渍有木材A的葡萄糖水溶液中，继续反应10min～100min，得到木材B，用去离子水清洗木材B，并在温度为80℃下干燥24h，得到在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料。
5.根据权利要求4所述的一种在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料的制备方法，其特征在于步骤二中然后将负载二氧化钛的木材浸渍于银氨溶液中，反应1h～5h，取出木材A，得到剩余银氨溶液。
6.根据权利要求4所述的一种在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料的制备方法，其特征在于步骤二中再将木材A浸渍于浓度为0.001mol/L～10mol/L的葡萄糖水溶液中，反应5min～30min。
7.根据权利要求4所述的一种在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料的制备方法，其特征在于步骤二中然后将剩余银氨溶液加入到浸渍有木材A的葡萄糖水溶液中，继续反应10min～60min，得到木材B。
8.根据权利要求4所述的一种在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的硼酸在混合液中的浓度为1mol/L～2mol/L。
9.根据权利要求4所述的一种在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料的制备方法，其特征在于步骤二中然后将负载二氧化钛的木材浸渍于银氨溶液中，反应2h，取出木材A，得到剩余银氨溶液。
10.根据权利要求4所述的一种在可见光照射下降解甲醛的银钛复合薄膜负载的木材基材料的制备方法，其特征在于步骤二中再将木材A浸渍于浓度为0.001mol/L～10mol/L的葡萄糖水溶液中，反应15min。
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