CN105148836A - 一种催化分解型空气净化材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种催化分解型空气净化材料及其制备方法，其制备方法包括以下步骤：1)将粘结剂、透气胶、CuO纳米棒、椰壳活性炭粉和纳米光敏金属氧化物、活性MnO₂纳米棒与水均匀混合，制得混合浆料；所述混合浆料中粘结剂、透气胶、CuO纳米棒、椰壳活性炭粉、纳米光敏金属氧化物、活性MnO₂纳米棒和水按重量比为(0.6～1)：(2～8)：(0～1)：(0～1):(0～0.9):10：(20～30)；2)通过浸泡法、喷涂法或涂层法等方法将步骤1)中所制的混合浆料附着于基材上，在80℃～110℃条件下烘干，即制得催化分解型空气净化材料。本发明空气净化材料制备工艺简单，易于工业化生产，空气净化效果卓越，宜于推广应用。

Description

一种催化分解型空气净化材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及空气净化技术领域，具体是一种催化分解型空气净化材料及其制备方法，该空气净化材料可吸附、分解甲醛、乙醛、苯、甲苯、VOCs、氮氧化物等污染性气体。

背景技术

近年来，空气污染问题一直是亟待解决的问题，空气中超标的醛类污染物、苯系物、硫化物、一氧化碳(CO)和氮氧化物等是影响人类健康的有害气体。能源、化工、冶金、交通等行业燃用化石燃料(煤、石油、气油等)所释放的烟气中含有大量的SO₂和NO_x，对大气造成严重污染。此外，人类活动产生的各种粉尘，还有气候恶化造成的沙尘等固体悬浮颗粒对环境空气的污染，以及来自各类装饰材料和日用化学品的可挥发性有机污染物越来越多地进入住宅和公共建筑物，导致人居环境污染急剧增加，人类致癌比例不断升高，因而解决室内空气污染问题，是提高人们健康指数的必要手段。

调查显示，我国90％的新装居室和95％的新装办公场所存在甲醛、乙醛、苯、甲苯、VOCs气体污染物超标现象。由于绝大部分人类活动在室内进行，所以室内环境污染对人们健康和人口重量造成极大的危害。世界卫生组织的一项统计显示，室内环境污染造成的疾病负担超过室外同级别污染造成负担的6倍。上世纪九十年代，我国每年由室内环境污染引起的超额死亡数达11万人，超额门诊数达13万人次，超额急诊数达150万人次，因此而造成的经济损失超过100亿美元。

为适应人们对空气重量的要求，市场上出现了各种类型的空气净化器，目前国内外公认的空气净化方法主要是利用吸附法和静电法对污染物进行去除，采用活性炭等多孔材料来吸附空气中的有害气体，并带有负离子发生器产生一定量的负离子。但是，活性炭对甲醛、乙醛、苯、VOCs、氮氧化物等的清除效果不是很理想，且活性炭的吸附容量有限，在吸附达到饱和以后，就会出现污染物穿透现象。这时，吸附材料不仅丢失对污染物的吸附特性，所吸附的有害污染物反而会造成二次污染，成为新的污染源。

目前国内外已经开始研究利用纳米光触媒技术净化室内空气。将纳米光触媒和吸附剂结合，利用吸附剂的吸附性能以及纳米光催化剂在常温下即能将有害气体分解为无害气体的特性来净化室内空气。如:用活性炭或活性炭纤维作光催化剂的载体制备净化材料等。但由于这类光催化作用仅在紫外光的照射下才能发挥作用，而室内环境很难满足紫外光照条件，因此采用这种方式制成的材料目前实用性不强，且成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种催化分解型空气净化材料，该材料空气净化能力强、作用稳定、可循环使用、无需光照、无需加热，适用范围广、应用方便。

为实现上述目的，本发明设计一种催化分解型空气净化材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将粘土、透气胶、CuO纳米棒、椰壳活性炭粉和纳米光敏金属氧化物、活性MnO₂纳米棒与水均匀混合，制得混合浆料。所述混合浆料中粘结剂、透气胶、CuO纳米棒、椰壳活性炭粉、纳米光敏金属氧化物、活性MnO₂纳米棒和水按重量比为(0.6～1)：(2～8)：(0～1)：(0～1):(0～0.9):10：(20～30)；

2)通过浸泡法、喷涂法或涂层法等方法将步骤1)所制的混合浆料附着于基材上，在80℃～110℃条件下烘干，制得催化分解型空气净化材料。

进一步的，本发明设计一种催化分解型空气净化材料，其特征在于，其制备原料包括粘结剂、透气胶、CuO纳米棒、椰壳活性炭粉和纳米光敏金属氧化物、活性MnO₂纳米棒和水，各种原料的重量比为(0.6～1)：(2～8)：(0～1)：(0～1):(0～0.9):10：(20～30)；采用所述的制备原料和上述的制备方法，即得所述的催化分解型空气净化材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：该空气净化材料不仅能利用物理吸附性将有害气体吸附至材料表面，还能使有害气体与材料之间形成化学吸附，并通氧化物的高效催化氧化作用，将有害气体分解成二氧化碳和水，达到彻底净化空气的目的。该空气净化材料的制备工艺简单，易于工业化生产。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明，但本发明并不仅限于下述实施例。

一种催化分解型空气净化材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将粘土、透气胶、CuO纳米棒、椰壳活性炭粉和纳米光敏金属氧化物、活性MnO₂纳米棒与水均匀混合，制得混合浆料。所述混合浆料中粘结剂、透气胶、CuO纳米棒、椰壳活性炭粉、纳米光敏金属氧化物、活性MnO₂纳米棒和水按重量比为(0.6～1)：(2～8)：(0～1)：(0～1):(0～0.9):10：(20～30)；

2)通过浸泡法、喷涂法或涂层法等方法将步骤1)所制的混合浆料附着于基材上，在80℃～110℃条件下烘干，制得催化分解型空气净化材料。

一种催化分解型空气净化材料，其特征在于，其制备原料包括粘结剂、透气胶、CuO纳米棒、椰壳活性炭粉和纳米光敏金属氧化物、活性MnO₂纳米棒和水，各种原料的重量比为(0.6～1)：(2～8)：(0～1)：(0～1):(0～0.9):10：(20～30)；采用所述的制备原料和上述的制备方法，即得所述的催化分解型空气净化材料。

所述活性MnO₂纳米棒制备方法为：分别将重量比为1:(1～1.5):(0.1～0.5):(6.0～6.5)的正7价锰盐、正2价锰盐、碱和蒸馏水混合搅拌，将其混合液转入带有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内，再加入蒸馏水调节至反应釜内衬体积的60％-70％，密封，升温至140～180℃，反应4h，反应结束后抽滤，并放置于真空干燥箱中，从室温加热至140～180℃，恒温反应一定时间，自然冷却至室温，即制得活性MnO₂纳米棒；所得的活性MnO₂纳米棒为α/β型、γ/β型、α/γ型或α/β/γ型，优选的是α/β型活性MnO₂纳米棒。

所述CuO纳米棒方法为：先将1L1mol/L的尿素溶液缓慢滴加至等体积的1mol/L的2价铜盐溶液中，将其混合溶液转入带有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内，再加入蒸馏水调节至反应釜内衬体积的60％-70％，密封，升温至100～140℃，反应4h，反应结束后抽滤，并放置于真空干燥箱中，从室温加热至60～80℃，恒温反应一定时间，自然冷却至室温，即可制得CuO纳米棒，优选的是粒径为40nm～60nm的CuO纳米棒。

所述正7价锰盐为高锰酸钾。

所述正2价锰盐为醋酸锰、硫酸锰、硝酸锰、氯化锰中的一种，优选的是醋酸锰。

所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠中的一种或多种，优选的是氢氧化钠。

所述正2价铜盐为醋酸铜、硫酸铜、硝酸铜、氯化铜中的一种，优选的是硫酸铜；

所述粘结剂为1000～3000目的活性γ-Al₂O₃、沸石粉、活性凹土或高岭土中的一种或几种，优选的是凹凸棒土。

所述纳米光敏金属氧化物为TiO₂、ZnO、SiO₂中的一种或几种，粒径为20nm～50nm，优选的而是纳米ZnO。

所述透气胶包括水性光油、硅溶胶、EVA乳液中的一种或几种。

所述基材为海绵、水刺布、铝基蜂窝、工业纸湿帘、瓦楞湿帘、PP纸拉网湿帘、陶瓷蜂窝等材料，优选的是铝基蜂窝。

所述催化分解型空气净化材料附着方法包括浸泡、喷涂、涂层等方法，优选的是喷涂法和浸泡法。

实施例1

本实施例提供一种催化分解型空气净化材料及其制备方法，具体为：

1)分别将重量比为1:1:0.1:6的高锰酸钾、硫酸锰、氢氧化钠和蒸馏水混合搅拌，将其混合液转入带有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内，再加入蒸馏水调节至反应釜内衬体积的60％，密封，升温至140℃，反应4h，反应结束后抽滤，并放置于真空干燥箱中，从室温加热至180℃，恒温反应6h，自然冷却至室温，即制得α/β型活性MnO₂纳米棒。

2)先将1L1mol/L的尿素溶液缓慢滴加至等体积的1mol/L的2价铜盐溶液中，将其混合溶液转入带有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内，再加入蒸馏水调节至反应釜内衬体积的60％，密封，升温至100℃，反应4h，反应结束后抽滤，并放置于真空干燥箱中，从室温加热至60℃，恒温反应一定时间，自然冷却至室温，即制得CuO纳米棒。

3)将凹凸棒土、硅溶胶、CuO纳米棒、椰壳活性炭粉和纳米二氧化锌、α/β型活性MnO₂纳米棒与水均匀混合，制得混合浆料。其中混合浆料中水、硅溶胶、凹凸棒土、CuO纳米棒、椰壳活性炭粉、纳米二氧化锌、α/β活性MnO₂纳米棒按重量比为20：2：0.6：0.1：0.2:0.2:10均匀混合制得混合浆料。通过浸泡法将所述混合浆料附着于工业纸湿帘基材上，在80℃条件下烘干，即得所述的催化分解型空气净化材料。其净化效率如表1所示。

实施例2

本实施例提供一种催化分解型空气净化材料及其制备方法，具体为：

1)分别将重量比为1:1.1:0.2:6.1高锰酸钾、醋酸锰、氢氧化钾和蒸馏水混合搅拌，将其混合溶液转入带有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内，再加入蒸馏水调节至反应釜内衬体积的65％，密封，升温至150℃，反应4h，反应结束后抽滤，并放置于真空干燥箱中，从室温加热至150℃，恒温反应6h，自然冷却至室温，即制得β/γ型活性MnO₂纳米棒。

2)先将1L1mol/L的尿素溶液缓慢滴加至等体积的1mol/L的2价铜盐溶液中，将其混合溶液转入带有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内，再加入蒸馏水调节至反应釜内衬体积的65％，密封，升温至110℃，反应4h，反应结束后抽滤，并放置于真空干燥箱中，从室温加热至70℃，恒温反应一定时间，自然冷却至室温，即制得CuO纳米棒。

3)将沸石粉、硅溶胶、CuO纳米棒、椰壳活性炭粉和纳米二氧化钛、β/γ活性MnO₂纳米棒与水均匀混合，制得混合浆料。其中混合浆料中水、硅溶胶、沸石粉、CuO纳米棒、椰壳活性炭粉、纳米二氧化钛、β/γ活性MnO₂纳米棒按重量比为25：4：0.7：0.4：0.4:0.3:10均匀混合制得混合浆料。通过喷涂法将所述混合浆料附着于铝基蜂窝基材上，在90℃条件下烘干，制得所述催化分解型空气净化材料。其净化效率如表1所示。

实施例3

本实施例提供一种催化分解型空气净化材料及其制备方法，具体为：

1)分别将重量比为1:1.3:0.3:6.3的高锰酸钾、氯化锰、氢氧化钠和蒸馏水混合搅拌，将其混合溶液转入带有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内，再加入蒸馏水调节至反应釜内衬体积的67％，密封，升温至150℃，反应4h，反应结束后抽滤，并放置于真空干燥箱中，从室温加热至150℃，恒温反应6h，自然冷却至室温，即制得α/γ型活性MnO₂纳米棒。

2)先将1L1mol/L的尿素溶液缓慢滴加至等体积的1mol/L的2价铜盐溶液中，将其混合溶液转入带有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内，再加入蒸馏水调节至反应釜内衬体积的68％，密封，升温至130℃，反应4h，反应结束后抽滤，并放置于真空干燥箱中，从室温加热至70℃，恒温反应一定时间，自然冷却至室温，即制得CuO纳米棒。

3)将高岭土、水性光油、CuO纳米棒、椰壳活性炭粉、纳米二氧化硅、α/γ活性MnO₂纳米棒与水均匀混合，制得混合浆料。其中混合浆料中水、透气胶、粘土、CuO纳米棒、椰壳活性炭粉、纳米二氧化钛、纳米MnO₂按重量比纳米MnO₂溶液中，混合溶液中水、水性光油、高岭土、CuO纳米棒、椰壳活性炭粉、纳米二氧化硅、α/γ活性MnO₂纳米棒按重量比为28：5：0.8：0.6：0.5:0.7:10均匀混合制的混合浆料。通过涂层法将所述混合浆料附着于PP瓦楞湿帘基材上，在100℃条件下烘干，制得所述催化分解型空气净化材料。其净化效率如表1所示。

实施例4

本实施例提供一种催化分解型空气净化材料及其制备方法，具体为：

1)分别将重量比为1:1.5:0.5:6.5的高锰酸钾、硫酸锰、氢氧化钠和蒸馏水混合搅拌，将其混合溶液转入带有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内，再加入蒸馏水调节至反应釜内衬体积的70％，密封，升温至180℃，反应4h，反应结束后抽滤，并放置于真空干燥箱中，从室温加热至180℃，恒温反应6h，自然冷却至室温，即制α/β/γ型活性MnO₂纳米棒。

2)先将1L1mol/L的尿素溶液缓慢滴加至等体积的1mol/L的2价铜盐溶液中，将其混合溶液转入带有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内，再加入蒸馏水调节至反应釜内衬体积的70％，密封，升温值140℃，反应4h，反应结束后抽滤，并放置于真空干燥箱中，从室温加热至80℃，恒温反应一定时间，自然冷却至室温，即制得CuO纳米棒。

3)将凹凸棒土、水性光油、CuO纳米棒、椰壳活性炭粉、纳米二氧化钛、α/β/γ型活性MnO₂纳米棒与水均匀混合，制得混合浆料。其中混合浆料中水、水性光油、凹凸棒土、CuO纳米棒、椰壳活性炭粉、纳米二氧化钛、α/β/γ型活性MnO₂纳米棒按重量比为30：8：1：(0～1)：1:0.9:10均匀混合制的混合浆料。通过浸泡法将所述混合浆料附着于PP拉网湿帘基材上，在80℃条件下烘干，制得所述的催化分解型空气净化材料。其净化效率如表1所示。

对比样：水、水性光油、凹凸棒土、市购普通纳米CuO、椰壳活性炭粉、纳米二氧化钛、市购普通纳米MnO₂按重量比为30：8：1：(0～1)：1:0.9:10均匀混合制得混合浆料。通过浸泡法将所述混合浆料附着于PP拉网湿帘基材上，在80℃条件下烘干，制得所述的催化分解型空气净化材料。其净化效率如表1所示。

将上述实施例1～4中制得的催化分解型空气净化材料、对比样和活性炭进行性能测试，测试依据《GB/T18801-2008空气净化器》所述实验环境进行。

测试所用仪器设备：30m³标准测试实验室、美的吊扇、温湿度计、莱克家用空气净化器KJ701-3空气净化机、美国Interscan公司的甲醛分析Interscan4160-19.99m。

测试方法：将所制得的催化分解型空气净化材料裁剪成L395mm*W280mm*H12mm样品，，然后装入净化机中，用塑料袋罩住整个净化机；最后在30m³测试实验室中注入一定量的检测溶液，加热使之完全挥发后，关闭加热器，同时开启搅拌风机搅拌5min，抽样测其初始浓度，撤去净化机上的塑料袋，开启净化风机并开始计时，记录60min后的气体净化情况。测试结果如表1所示：

表1净化性能测试结果

从表1中的测试结果可知，本发明催化分解型空气净化材料在常温无光照条件下即可净化甲醛、乙醛、苯、VOCs、氮氧化物等污染性气体。其中，甲醛净化率≥90％.h^-1，乙醛净化率≥90％.h^-1，苯净化率≥85％.h^-1，一氧化氮净化率≥80％.h^-1，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌抗菌效率≥99.9％.h^-1，是一种高活性催化氧化空气净化材料，可广泛应用于空气净化领域。

本发明所描述的具体实施例只用于对本发明的空气净化材料的制备方法的具体实现过程的详细描述，而不是对本发明的空气净化材料的制备方法的限定。任何对此方法进行的修饰与改良，在专利范围或范畴内同类或相近物质的替代与使用，均属于本发明专利保护范围。

Claims (10)

1.一种催化分解型空气净化材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将粘结剂、透气胶、CuO纳米棒、椰壳活性炭粉和纳米光敏金属氧化物、活性MnO₂纳米棒与水均匀混合，制得混合浆料；所述混合浆料中粘结剂、透气胶、CuO纳米棒、椰壳活性炭粉、纳米光敏金属氧化物、活性MnO₂纳米棒和水按重量比为(0.6～1)：(2～8)：(0～1)：(0～1):(0～0.9):10：(20～30)；

2)通过浸泡法、喷涂法或涂层法等方法将步骤1)中所制的混合浆料附着于基材上，在80℃～110℃条件下烘干，即制得催化分解型空气净化材料。

2.根据权利要求1所述的催化分解型空气净化材料的制备方法，其特征在于，所述活性MnO₂纳米棒制备方法为：分别将质量比为1:(1～1.5):(0.1～0.5):(6.0～6.5)的正7价锰盐、正2价锰盐、碱和蒸馏水混合搅拌，将其混合液转入带有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内，再加入蒸馏水调节至反应釜内衬体积的60％-70％，密封，升温至140～180℃，反应4h，反应结束后抽滤，并放置于真空干燥箱中，从室温加热至140～180℃，恒温反应6h，自然冷却至室温，即制得所述的活性MnO₂纳米棒；所得的活性MnO₂纳米棒为α/β型、γ/β型、α/γ型或α/β/γ型。

3.根据权利要求1所述的催化分解型空气净化材料的制备方法，其特征在于，所述CuO纳米棒的制备方法为：先将1L1mol/L的尿素溶液缓慢滴加至等体积的1mol/L的2价铜盐溶液中，将其混合液转入带有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内，再加入蒸馏水调节至反应釜内衬体积的60％-70％，密封，升温至100～140℃，反应4h，反应结束后抽滤，并放置于真空干燥箱中，从室温加热至60～80℃，恒温反应6h，自然冷却至室温，即制得所述的CuO纳米棒。

4.根据权利要求2所述的催化分解型空气净化材料的制备方法，其特征在于：

1)所述正7价锰盐为高锰酸钾；

2)所述正2价锰盐为醋酸锰、硫酸锰、硝酸锰、氯化锰中的一种；

3)所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠中的一种或多种。

5.根据权利要求3所述一种催化分解型空气净化材料的制备方法，其特征在于：所述正2价铜盐为醋酸铜、硫酸铜、硝酸铜、氯化铜中的一种。

6.根据权利要求1所述的催化分解型空气净化材料的制备方法，其特征在于：所述粘结剂为1000～3000目的活性γ-Al₂O₃、沸石粉、活性凹土、高岭土中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的催化分解型空气净化材料的制备方法，其特征在于，所述纳米光敏金属氧化物为TiO₂、ZnO、SiO₂中的一种或几种，粒径为20nm～50nm。

8.根据权利要求1所述的催化分解型空气净化材料的制备方法，其特征在于，所述透气胶包括水性光油、硅溶胶、EVA乳液中的一种或几种。

9.根据权利要求1所述的催化分解型空气净化材料的制备方法，其特征在于，所述基材为海绵、水刺布、铝基蜂窝、工业纸湿帘、瓦楞湿帘、PP纸拉网湿帘、陶瓷蜂窝等材料。

10.一种催化分解型空气净化材料，其特征在于，其制备原料包括粘结剂、透气胶、CuO纳米棒、椰壳活性炭粉和纳米光敏金属氧化物、活性MnO₂纳米棒和水，各原料的重量比为(0.6～1)：(2～8)：(0～1)：(0～1):(0～0.9):10：(20～30)；采用上述制备原料及各原料的重量比和权利要求1-9任一项所述的催化分解型空气净化材料的制备方法即得所述催化分解型空气净化材料。