CN105327699A

CN105327699A - 一种空气净化材料

Info

Publication number: CN105327699A
Application number: CN201410405129.0A
Authority: CN
Inventors: 蒋健
Original assignee: Wuxi Wanshida Down And Feather Filled Products Co Ltd
Current assignee: Wuxi Wanshida Down And Feather Filled Products Co Ltd
Priority date: 2014-08-15
Filing date: 2014-08-15
Publication date: 2016-02-17

Abstract

本发明涉及一种空气净化材料，其制备原料按质量分数含有：无机吸附材料60-90％，纳米二氧化钛10-30％，Pt1-5％，并采用如下方法制备：将无机吸附材料在二氧化钛溶胶和Pt的混合物中浸泡后、烘干、烧结。本发明制得的空气净化材料表面纳米二氧化钛/Pt包覆的均匀，对空气中有害物质的吸附效果好。

Description

一种空气净化材料

技术领域

本发明涉及净化材料，尤其涉及一种用于空气吸附的净化材料。

背景技术

随着人们物质文化生活水平的提高，室内装修已成为时尚，随之而来的便是室内空气的污染越来越严重。而且对于大多数人来说，无论工作、学习或生活，人们的大部分时间都是在室内度过的。尽管大气污染对人体健康的危害早已被人们所认识，但至到二十世纪中期以来人们的注意力才逐渐转移到室内空气污染对人体健康的危害上。室内空气污染的种类多、污染源更广泛，影响因素也很复杂，对人体健康造成的危害往往比室外更严重。室内空气质量研究已经成为环境科学领域内的一个新的重要组成部分，近年来更加引起人们的广泛关注。

目前用于空气污染的处理方法主要有吸附技术、光催化技术、低温等离子体技术及催化氧化技术。

吸附技术是目前应用最广的空气净化技术。吸附技术主要采用活性炭和分子筛等高比表面材料来吸附甲醛，以达到净化空气的目的，但由于吸附材料吸附能力有限，需定期再生或更换，易产生二次污染。

光催化技术主要利用纳米TiO₂作为光催化剂，通过活性氢氧自由基和超氧自由基的作用，在室温条件下就可以分解甲醛。光催化氧化技术对有机污染物的去除具有操作简便、能耗低、氧化能力强、反应条件温和、无二次污染等优点，在空气净化领域有着诱人的应用前景。在紫外光照射下，TiO₂能将室内种类繁多的有害物质催化氧化，但其存在催化剂失活的问题，并且反应速率有待提高。

低温等离子体技术是通过在常压下空气放电产生的低温等离子体中包含电子、离子、氧活性物种和激发态分子等有极高化学活性的物种，打开污染气体分子的化学键，使很多高活化能的化学反应得以发生，从而达到处理室内空气中有机污染物的目的。但是该技术在对空气放电过程中容易产生氮氧化物及臭氧等二次污染物。

热催化氧化技术是在较低的温度下利用催化剂将甲醛完全分解为无害的H₂O和CO₂，也是一种较有应用前景的净化甲醛的方法。但所用的催化剂催化氧化甲醛的操作温度通常远高于室温，难以满足室内空气净化所需的常温常压、能耗低的要求，因此只有开发出室温、常压下能完全氧化甲醛为H₂O和CO₂的材料，才有希望实现催化氧化技术在室内空气甲醛净化方面的实际应用。

以上单一使用一种方法均存在不同方面的问题，那么是否可以将多种方法结合起来以克服单一使用时的缺陷，大大提高空气净化的效果呢？这是目前值得研究的一个课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种吸附与光催化氧化技术相结合的复合技术，以高性能的吸附剂为载体的负载光催化剂，利用吸附剂的极强吸附性能将有害物质富集在TiO₂/Pt周围，克服了吸附技术和光催化氧化技术的缺点，提高了反应速率，达到更理想的污染物去除效果。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种空气净化材料，其制备原料按质量分数含有：无机吸附材料60-90％，例如为63％、68％、72％、78％、84％、89％等，纳米二氧化钛10-40％，例如为12％、16％、20％、24％、28％、33％、37％等，Pt1-5％，例如为1.3％、2％、2.5％、3.2％、3.9％、4.6％等，并采用如下方法制备：

1)将钛酸丁酯溶于无水乙醇中，加入乙酰丙酮，乙酰丙酮作为抑制剂可以延缓钛酸丁酯的强烈水解；

2)搅拌下，加入硝酸水溶液和无水乙醇的混合溶液中得到二氧化钛的溶胶，加入硝酸也可以抑制水解，同时可使胶粒带正电，阻止胶粒的凝聚，可使制得的材料表面包覆的二氧化钛比较均匀；

3)搅拌下将Pt加入步骤2)所得溶胶中；

4)将无机吸附材料浸入步骤2)所得溶胶中；

5)将浸过溶胶的无机材料烘干；

6)将步骤5)所得材料烧结得到无机吸附材料表面包覆纳米二氧化钛/Pt的复合材料。

本发明通过特定的制备方法，使表面的纳米二氧化钛/Pt均匀的包覆在无机吸附材料的表面，将吸附材料和高催化性能的光催化材料结合在一起，以高性能的吸附剂为载体的负载光催化剂，利用吸附剂的极强吸附性能将有害物质富集在TiO₂/Pt周围，可以克服吸附技术和光催化氧化技术的缺点，提高了反应速率，达到更理想的污染物去除效果，同时TiO₂/Pt催化剂具有极强的选择性和实用性。

本发明所述的空气净化材料，步骤1)中钛酸丁酯和乙酰丙酮的质量比为1-5:1，例如为1.3:1、1.7:1、2.2:1、3:1、3.5:1、4.2:1、4.7:1等。

本发明所述的空气净化材料，步骤1)中钛酸丁酯和无水乙醇的质量体积比为20-100g/L，例如为25g/L、32g/L、40g/L、55g/L、67g/L、80g/L、86g/L、92g/L、99g/L等。

本发明所述的空气净化材料，步骤2)中硝酸水溶液的质量分数为15-40％，例如为17％、22％、28％、31％、36％、39％等，硝酸水溶液与无水乙醇的体积比为0.5-4:1，例如为0.8:1、1.2:1、1.8:1、2.5:1、3.2:1、3.8:1等。

本发明所述的空气净化材料，硝酸水溶液中的硝酸和钛酸丁酯的质量比为0.1-0.5:1，例如为0.2:1、0.25:1、0.33:1、0.40:1、0.46:1等。

通过控制反应过程中钛酸丁酯与乙酰丙酮、硝酸及无水乙醇的量，既可以有效抑制水解的进行，又可以使制得的溶胶具有合适的颗粒尺寸，并最终制得符合要求的表面包覆的纳米二氧化钛的尺寸。

本发明所述的空气净化材料，步骤5)中的烘干温度为低于100℃，例如为55℃、60℃、70℃、85℃、90℃、96℃等，优选为80-95℃，烘干的时间为30min以上，例如为40min、55min、1.2h、1.7h、2.5h、3h等，优选为1-2h。

本发明所述的空气净化材料，步骤6)中烧结的过程为：将步骤5)所得材料放入马弗炉中，以2-5℃/min的升温速率升温至200-350℃，例如为220℃、240℃、280℃、320℃、345℃等，保温2-5h，例如为2.1h、2.4h、3h、3.5h、4.2h、4.8h等。此烧结步骤对于产物的性能有着至关重要的影响，2-5℃/min的升温速率可以使制得材料的孔径比较均一，终温及保温时间则可以使制得材料的表面积最大化，也可保证了有效吸附面积最大。

本发明所述的空气净化材料，步骤6)后还进行水洗、烘干操作，烘干的条件与步骤5)中的相同。

本发明所述的空气净化材料，步骤4)-6)重复2次以上，例如为4次、6次等，优选为3-5次。多次进行浸泡、烘干、烧结可得到不同厚度的二氧化钛涂层。

本发明所述的空气净化材料，所述的无机吸附材料为活性炭或分子筛，优选比表面积为1000-2500m²/g，例如为1100m²/g、1500m²/g、1800m²/g、2000m²/g、2300m²/g等的无机吸附材料。

优选地，所述的纳米二氧化钛的平均粒径为3-100nm，例如为6nm、15nm、30nm、50nm、70nm、90nm等，优选为5-20nm。选择该粒径范围既可以使制得材料具有极好的表面活性，使催化效应明显，还可使材料具有极好的反应选择性。

本发明采用吸附法和光催化氧化法相结合的技术，克服了吸附技术和光催化氧化技术的缺点，提高了反应速率，达到更理想的污染物去除效果，同时催化剂具有极强的选择性和实用性。

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

一种空气净化材料，其制备原料按质量分数含有：无机吸附材料60-90％，纳米二氧化钛10-40％，Pt1-5％，并采用如下方法制备：

1)将钛酸丁酯溶于无水乙醇中，加入乙酰丙酮；其中，钛酸丁酯和乙酰丙酮的质量比为1-5:1，钛酸丁酯和无水乙醇的质量体积比为20-100g/L；

2)搅拌下，加入硝酸水溶液和无水乙醇的混合溶液中得到二氧化钛的溶胶；硝酸水溶液的质量分数为15-40％，硝酸水溶液与无水乙醇的体积比为0.5-4:1，硝酸水溶液中的硝酸和钛酸丁酯的质量比为0.1-0.5:1；

3)搅拌下，将Pt加入步骤2)所得溶胶中；

4)将比表面积为1000-2500m²/g的无机吸附材料浸入步骤3)所得溶胶中；

5)将浸过溶胶的无机材料烘干；其中，烘干温度为低于100℃，优选为80-95℃，烘干的时间为30min以上，优选为1-2h；

6)将步骤5)所得材料烧结得到无机吸附材料表面包覆平均粒径为3-100nm的纳米二氧化钛的复合材料，烧结的过程为：将步骤5)所得材料放入马弗炉中，以2-5℃/min的升温速率升温至200-350℃，保温2-5h；

任选进行水洗、烘干操作，步骤4)-6)可进行2次以上。

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

实施例1

一种空气净化材料，其制备原料按质量分数含有：无机吸附材料60％，纳米二氧化钛39％，Pt1％，并采用如下方法制备：

1)将钛酸丁酯溶于无水乙醇中，加入乙酰丙酮；其中，钛酸丁酯和乙酰丙酮的质量比为1:1，钛酸丁酯和无水乙醇的质量体积比为100g/L；

2)搅拌下，加入硝酸水溶液和无水乙醇的混合溶液中得到二氧化钛的溶胶；硝酸水溶液的质量分数为40％，硝酸水溶液与无水乙醇的体积比为0.5:1，硝酸水溶液中的硝酸和钛酸丁酯的质量比为0.5:1；

3)搅拌下将Pt加入步骤2)所得溶胶中；

4)将比表面积为2500m²/g的活性炭浸入步骤3)所得溶胶中；

5)将浸过溶胶的无机材料烘干；其中，烘干温度为95℃，烘干的时间为45min；

6)将步骤5)所得材料烧结得到无机吸附材料表面包覆平均粒径为5nm的纳米二氧化钛的复合材料，烧结的过程为：将步骤5)所得材料放入马弗炉中，以2℃/min的升温速率升温至350℃，保温3h；

烧结材料进行水洗、烘干操作，步骤4)-6)进行2次。

实施例2

一种空气净化材料，其制备原料按质量分数含有：无机吸附材料86％，纳米二氧化钛10％，Pt4％，并采用如下方法制备：

1)将钛酸丁酯溶于无水乙醇中，加入乙酰丙酮；其中，钛酸丁酯和乙酰丙酮的质量比为5:1，钛酸丁酯和无水乙醇的质量体积比为20g/L；

2)搅拌下，加入硝酸水溶液和无水乙醇的混合溶液中得到二氧化钛的溶胶；硝酸水溶液的质量分数为15％，硝酸水溶液与无水乙醇的体积比为4:1，硝酸水溶液中的硝酸和钛酸丁酯的质量比为0.1:1；

3)搅拌下将Pt加入步骤2)所得溶胶中；

4)将比表面积为1000m²/g的4A分子筛浸入步骤3)所得溶胶中；

5)将浸过溶胶的无机材料烘干；其中，烘干温度为80℃，烘干的时间为2h；

6)将步骤5)所得材料烧结得到无机吸附材料表面包覆平均粒径为90nm的纳米二氧化钛的复合材料，烧结的过程为：将步骤5)所得材料放入马弗炉中，以5℃/min的升温速率升温至200℃，保温5h。

实施例3

一种空气净化材料，其制备原料按质量分数含有：无机吸附材料75％，纳米二氧化钛23％，Pt2％，并采用如下方法制备：

1)将钛酸丁酯溶于无水乙醇中，加入乙酰丙酮；其中，钛酸丁酯和乙酰丙酮的质量比为2:1，钛酸丁酯和无水乙醇的质量体积比为50g/L；

2)搅拌下，加入硝酸水溶液和无水乙醇的混合溶液中得到二氧化钛的溶胶；硝酸水溶液的质量分数为25％，硝酸水溶液与无水乙醇的体积比为2:1，硝酸水溶液中的硝酸和钛酸丁酯的质量比为0.3:1；

3)搅拌下将Pt加入步骤2)所得溶胶中；

4)将比表面积为1500m²/g的活性炭浸入步骤3)所得溶胶中；

5)将浸过溶胶的无机材料烘干；其中，烘干温度为85℃，烘干的时间为1.5h；

6)将步骤5)所得材料烧结得到无机吸附材料表面包覆平均粒径为30nm的纳米二氧化钛的复合材料，烧结的过程为：将步骤5)所得材料放入马弗炉中，以3℃/min的升温速率升温至300℃，保温3h；

烧结材料进行水洗、烘干操作，步骤4)-6)进行3次。

比较例1

比表面积为1500m²/g的活性炭。

比较例2

平均粒径为5nm的纳米二氧化钛光催化剂。

比较例3

一种空气净化材料，其制备原料按质量分数含有：无机吸附材料75％，纳米二氧化钛25％，并采用如下方法制备：

3)将比表面积为1500m²/g的活性炭浸入步骤2)所得溶胶中；

4)将浸过溶胶的无机材料烘干；其中，烘干温度为85℃，烘干的时间为1.5h；

5)将步骤4)所得材料烧结得到无机吸附材料表面包覆平均粒径为30nm的纳米二氧化钛的复合材料，烧结的过程为：将步骤4)所得材料放入马弗炉中，以3℃/min的升温速率升温至300℃，保温3h；

烧结材料进行水洗、烘干操作，步骤3)-5)进行3次。

将实施例1-3制得的复合材料和比较例1、2、3的材料，在同样条件下对某室内空气进行吸附试验，结果表明：12小时甲醛及氨的清除率实施例1-3均在95％以上，比较例1和2均不足70％，比较例3低于90％；12小时总挥发性有机化合物的清除率实施例1-3均在90％以上，比较例1和2均不足50％，比较例3低于85％。

可见，本发明的复合材料取得了非常好的空气净化效果，尤其是对甲醛取得了优异的效果。

申请人声明，所属技术领域的技术人员在上述实施例的基础上，将上述实施例某组分的具体含量点值，与发明内容部分的技术方案相组合，从而产生的新的数值范围，也是本发明的记载范围之一，本申请为使说明书简明，不再罗列这些数值范围。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种空气净化材料，其特征在于，其制备原料按质量分数含有：无机吸附材料60-90％，纳米二氧化钛10-40％，Pt1-5％，并采用如下方法制备：

1)将钛酸丁酯溶于无水乙醇中，加入乙酰丙酮；

2)搅拌下，加入硝酸水溶液和无水乙醇的混合溶液，得到二氧化钛的溶胶；

3)将Pt加入步骤2)所得溶胶中；

4)将无机吸附材料浸入步骤3)所得溶胶中；

5)将浸过溶胶的无机材料烘干；

2.如权利要求1所述的空气净化材料，其特征在于，步骤1)中钛酸丁酯和乙酰丙酮的质量比为1-5:1。

3.如权利要求1所述的空气净化材料，其特征在于，步骤1)中钛酸丁酯和无水乙醇的质量体积比为20-100g/L。

4.如权利要求1所述的空气净化材料，其特征在于，步骤2)中硝酸水溶液的质量分数为15-40％，硝酸水溶液与无水乙醇的体积比为0.5-4:1。

5.如权利要求1所述的空气净化材料，其特征在于，硝酸水溶液中的硝酸和钛酸丁酯的质量比为0.1-0.5:1。

6.如权利要求1所述的空气净化材料，其特征在于，步骤5)中的烘干温度为低于100℃，优选为80-95℃，烘干的时间为30min以上，优选为1-2h。

7.如权利要求1所述的空气净化材料，其特征在于，步骤6)中烧结的过程为：将步骤5)所得材料放入马弗炉中，以2-5℃/min的升温速率升温至200-350℃，保温2-5h。

8.如权利要求1所述的空气净化材料，其特征在于，步骤6)后还进行水洗、烘干操作，烘干的条件与步骤5)中的相同。

9.如权利要求1-8任一项所述的空气净化材料，其特征在于，步骤4)-6)重复2次以上，优选为3-5次。

10.如权利要求1-9任一项所述的空气净化材料，其特征在于，所述的无机吸附材料为活性炭或分子筛，优选比表面积为1000-2500m²/g的无机吸附材料；

优选地，所述的纳米二氧化钛的平均粒径为3-100nm，优选为5-20nm。