CN105597722A

CN105597722A - 复合材料及其制备方法

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Publication number: CN105597722A
Application number: CN201510733966.0A
Authority: CN
Inventors: 王钰
Original assignee: Midea Group Co Ltd; Guangdong Midea Refrigeration Equipment Co Ltd
Current assignee: Midea Group Co Ltd; GD Midea Air Conditioning Equipment Co Ltd
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2016-05-25

Abstract

本发明公开了复合材料及其制备方法，其中，复合材料包括：云母片基体；水滑石层，所述水滑石层形成在所述云母片基体的外表面的至少一部分上；三氧化二铝层，所述铝溶胶层形成在所述云母片基体与所述水滑石层之间，并将所述云母片基体与水滑石层进行结合。本发明上述实施例的复合材料具有低温催化还原气态污染物，修复阴离子污染水体和螯合重金属的作用，进而可有用于室温空气和水体的净化处理。

Description

复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于无机非金属类功能材料技术领域，特别涉及一种复合材料及其制备方法。

背景技术

室内空气净化技术与通常的处理空气污染物技术显著不同的是，室内空气净化技术必须满足室温操作，能耗低，材料可再生循环使用等实际要求。催化氧化技术是脱除甲醛的一种重要方法，但依目前结果看来，室温完全氧化甲醛仅在几种贵金属催化剂上得以实现专利CN101380574和CN101612578。光催化技术是一种在常温常压下使用的高级氧化技术，以TiO₂纳米粉体或薄膜作为光催化剂，以紫外灯为光源，对污染物进行光催化氧化脱除。但由于室内空气中醛类和苯系物污染物的浓度一般低于1.25mg/m³，对如此低浓度的污染物，光催化脱除效果不佳。吸附净化技术是利用活性炭、分子筛、活性氧化铝等大比表面的多孔吸附材料对污染物进行吸附处理。但其受吸附容量和空气中水分子等竞争吸附的影响，会很快失效，并且存在二次污染，再生困难的问题。因此，目前用于净化的材料还有待进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有空气和水体净化功能的复合材料及其制备方法。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种复合材料，包括：云母片基体；水滑石层，所述水滑石层形成在所述云母片基体的外表面的至少一部分上；三氧化二铝层，所述铝溶胶层形成在所述云母片基体与所述水滑石层之间，并将所述云母片基体与水滑石层进行结合。根据本发明上述实施例的复合材料具有低温催化还原气态污染物，修复阴离子污染水体和螯合重金属的作用，进而可有用于室温空气和水体的净化处理。

另外，根据本发明上述实施例的复合材料还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明实施例的复合材料，还可以进一步包括：金属膜，所述金属膜形成在所述水滑石层的外表面的至少一部分上。

根据本发明的一些实施例，所述三氧化二铝层是由铝溶胶经过焙烧后得到。

根据本发明的一些实施例，所述金属膜由Au、Pt、Ag、Pd、Cu、W、Ta、C、Mo、WC、TiC中的至少一种形成。

根据本发明的另一方面，本发明还提出了一种前面所述的复合材料的制备方法，根据本发明的实施例的复合材料的制备方法包括：

(1)将云母片与铝溶胶混合，使所述云母片表面形成铝溶胶层；

(2)制备镁盐和铝盐的混合盐溶液；

(3)制备氢氧化钠和碳酸钠的混合碱溶液；

(4)将步骤(1)中处理后的云母片置于所述混合盐溶液中，并随着搅拌，向所述混合盐溶液中滴加所述混合碱溶液；

(5)将步骤(4)中制备得到的混合物进行晶化，以便在所述云母片的表面形成水滑石层；以及

(6)将步骤(5)中制备得到的混合物进行过滤、水洗、干燥和焙烧，以便获得所述复合材料。

该方法在云母片上原位生长片层结构的水滑石，复合方法简单、制备条件温和，制备得到的所述水滑石与云母片复合物结合牢固，不易脱落，稳定性高，便于工业化大规模推广应用。根据本发明上述实施例的方法制备得到的复合材料可以有效用于室温下吸附气态污染物，达到净化空气的目的，同时该复合材料可进行热再生处理，进而可以克服现有的吸附材料失效快，再生困难等缺陷。

另外，根据本发明上述实施例的复合材料的制备方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的，进一步包括：(7)通过真空溅射法向所述复合材料的表面溅射活性金属原子，以便沉积形成金属膜。由此可以进一步提高复合材料的净化空气和水体作用。

根据本发明的一些实施例，在步骤(1)中，将所述云母片与所述铝溶胶按照为10:1-5:1的质量比进行混合。由此可以在云母片表面形成质地均匀、厚度适宜的铝溶胶层。

根据本发明的一些实施例，所述混合盐溶液中镁盐的浓度为0.02-1.5mol/L。

根据本发明的一些实施例，所述混合盐溶液中镁离子与铝离子的摩尔比为2-4:1。由此可以进一步促进水滑石的形成。

根据本发明的一些实施例，所述混合碱溶液是通过将氢氧化钠溶液和碳酸钠溶液混合制备得到的，其中，所述氢氧化钠溶液的起始浓度为0.05-4mol/L，所述碳酸钠溶液的起始浓度为0.005-0.6mol/L。根据本发明的一些实施例，所述混合碱液中[OH^-]的浓度为0.05-4mol/L，[OH^-]/[CO₃ ^2-]的摩尔比为14-18。由此，通过采用上述混合碱溶液，可以有效对混合盐溶液的pH值进行调节，进而便于得到水滑石，并负载于涂敷有铝溶胶的云母片表面。

根据本发明的一些实施例，所述晶化是在20-120摄氏度的温度下放置2-48小时完成的。由此可以便于水滑石的形成。

根据本发明的一些实施例，所述活性金属原子为Au、Pt、Ag、Pd、Cu、W、Ta、C、Mo、WC和TiC中的至少一种。由此可以进一步提高复合材料的净化效果。

附图说明

图1是根据本发明实施例的复合材料的结构示意图。

图2是根据本发明实施例的制备复合材料的流程图。

图3是根据本发明实施例的制备复合材料的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种复合材料，下面参考图1详细描述本发明实施例的复合材料。根据本发明的具体实施例的复合材料包括：云母片基体10、水滑石层20，三氧化二铝层30，其中，水滑石层20形成在云母片基体10的外表面的至少一部分上；三氧化二铝层30形成在云母片基体10与0水滑石层20之间，并将云母片基体与水滑石层进行结合。

根据本发明上述实施例的复合材料具有低温催化还原气态污染物，修复阴离子污染水体和螯合重金属的作用，进而可有用于室温空气和水体的净化处理。上述实施例的复合材料以廉价的云母片为基体，水滑石负载体，能够利用云母片有无污染、绝缘、耐电压性能好、传热效果好等特点提高复合材料的再生效率，同时利用云母片和水滑石的协同作用，有效解决了低温催化还原气态污染物、修复阴离子污染水体和螯合重金属阳离子等技术问题。

根据本发明的具体实施例，如图1所示，上述复合材料还可以进一步包括：金属膜40，金属膜40形成在水滑石层20的外表面的至少一部分上。由此可以进一步提高复合材料的净化作用。

根据本发明的具体实施例，三氧化二铝层30是由铝溶胶经过焙烧后得到。

根据本发明的具体实施例，金属膜40由Au、Pt、Ag、Pd、Cu、W、Ta、C、Mo、WC、TiC中的至少一种形成。由此可以进一步提高复合材料的螯合重金属阳离子的作用，进而提高复合材料净化空气和水体的效果。金属膜能够负载在比表面积相当大的载体上，且能高度分散，所以仅用少量贵金属或过渡金属(0.1-1wt％)就可以达到较高的催化活性，进而提高净化空气和水体的效果。

根据本发明的另一方面，本发明提出了一种复合材料的制备方法，根据本发明的实施例的复合材料的制备方法包括：(1)将云母片与铝溶胶混合，使所述云母片表面形成铝溶胶层；(2)制备镁盐和铝盐的混合盐溶液；(3)制备氢氧化钠和碳酸钠的混合碱溶液；(4)将步骤(1)中处理后的云母片置于所述混合盐溶液中，并随着搅拌，向所述混合盐溶液中滴加所述混合碱溶液；(5)将步骤(4)中制备得到的混合物进行晶化，以便在所述云母片的表面形成水滑石层；以及(6)将步骤(5)中制备得到的混合物进行过滤、水洗、干燥和焙烧，以便获得所述复合材料。

本发明通过将铝溶胶涂覆在云母片表面，利用所述云母片较大的比表面积以及所述铝溶胶易吸附和较强的粘结能力等特点，有利于所述铝溶胶与所述云母片形成稳定、牢固的界面；通过将所述涂覆铝溶胶的云母片置于所述镁盐和铝盐的混合盐溶液，在控制所述混合盐液PH值制备片状结构水滑石的过程中，利用所述铝溶胶带电荷特点实现水滑石片状结构在云母片表面原位生长和沉积；以及，通过过滤、水洗的办法除掉多余的与所述涂覆铝溶胶云母片粘结较弱的所述水滑石和或水溶液，并利用干燥和焙烧的方法除去多余的水分和或溶液以便得到所述复合材料。该方法在所述云母片上原位生长片层结构的水滑石，复合方法简单、制备条件温和，制备得到的所述水滑石与云母片复合物结合牢固，不易脱落，稳定性高，便于工业化大规模推广应用。根据本发明上述实施例的方法制备得到的复合材料可以有效用于室温下吸附气态污染物，达到净化空气的目的，同时该复合材料可进行热再生处理，进而可以克服现有的吸附材料失效快，再生困难等缺陷。

下面参考图2和图3详细描述本发明实施例复合材料的制备方法。

S100：云母片涂胶

根据本发明的具体实施例，首先将云母片与铝溶胶混合，使云母片表面形成铝溶胶层。进而可以在云母片表面带有一层负离子，便于后续将带有正电荷的水滑石与其形成牢固的化学键，进而使得水滑石能够与云母片结合，有效地制备得到复合材料。

根据本发明的具体实施例，可以将云母片与所述铝溶胶按照为10:1-5:1的质量比进行混合。由此通过将云母片与铝溶胶按照10:1-5:1的质量比进行混合，可以进一步地提高云母片表面活性，便于水滑石原位生长与结合。发明人还发现，云母片与铝溶胶质量比高于10:1-5:1，由此水滑石原位生长较少，且与云母片基体结合不牢固，易脱落；云母片与铝溶胶质量比低于10:1-5:1，由此云母片上铝溶胶涂覆过高，不仅影响上述云母片透明性，还造成资源浪费，提高生产成本。根据本发明的具体实施例，优选地，云母片与铝溶胶的质量比为7:1。由此可以进一步提高复合材料的产品质量。

S200：负载水滑石层

根据本发明的具体实施例，进一步地，包括：(2)制备镁盐和铝盐的混合盐溶液；(3)制备氢氧化钠和碳酸钠的混合碱溶液；(4)将步骤(1)中处理后的云母片置于所述混合盐溶液中，并随着搅拌，向所述混合盐溶液中滴加所述混合碱溶液；(5)将步骤(4)中制备得到的混合物进行晶化，以便在所述云母片的表面形成水滑石层。

由此，发明人通过将水滑石的制备过程与负载云母片表面的过程进行结合，使得水滑石在形成过程中均匀地负载在表面涂覆有铝溶胶的云母片表面，进而制备得到复合材料。通过采用上述方法有效地解决了水滑石与云母片的结合难题。

根据本发明的具体实施例，上述用于制备水滑石的混合盐溶液中的镁盐和铝盐可以采用硝酸盐、硫酸盐、氯化物等。根据本发明的具体实施例，上述采用的混合盐溶液中镁盐的浓度为0.02-1.5mol/L，优选0.05-1.2mol/L，更优选1.0mol/L。由此可以进一步提高生成的水滑石的品质。混合盐溶液中镁离子与铝离子的摩尔比为2-4:1，优选3:1。由此可以进一步提高生成的水滑石的品质。

根据本发明的具体实施例，上述混合碱溶液是通过将氢氧化钠溶液和碳酸钠溶液混合制备得到的，其中，氢氧化钠溶液的起始浓度为0.05-4mol/L，碳酸钠溶液的起始浓度为0.005-0.6mol/L。根据本发明的具体实施例，所述混合碱液中[OH^-]的浓度为0.05-4mol/L，[OH^-]/[CO₃ ^2-]的摩尔比为14-18。由此，通过采用上述混合碱溶液，可以有效对混合盐溶液的pH值进行调节，进而便于得到水滑石，并负载于涂敷有铝溶胶的云母片表面。根据本发明的具体实施例，优选地，混合碱液中[OH^-]的浓度为1.5-3mol/L，优选地，[OH^-]/[CO₃ ^2-]的摩尔比为16，由此可以进一步使得随着水滑石的形成均匀地富集在云母片的表面，进而得到复合材料，使得复合材料具有净化空气和水体的作用。

根据本发明的具体实施例，上述晶化是在20-120摄氏度的温度下放置2-48小时完成的。由此将所述混合物通过所述晶化在20-120摄氏度的温度下放置2-48小时完成，可以进一步地在所述混合物表面形成所述具有层状结构的水滑石涂层；发明人还发现，上述晶化温度不小于120摄氏度时所述水滑石在所述云母片表面容易发生团聚现象，最后得到的水滑石粒径不均匀、原子排列不规整；上述晶化温度不高于20摄氏度，晶化反应无法发生。根据本发明的具体实施例，晶化的条件可以优选为在70摄氏度的温度下放置12小时完成的。由此可以进一步提高水滑石的品质，能够使其均匀地，平铺于云母片的表面。

S300：溅射金属膜

根据本发明的具体实施例，上述实施例的复合材料的制备方法进一步包括：通过真空溅射法向上述复合材料的表面溅射活性金属原子，以便沉积形成金属膜。金属膜能够负载在比表面积相当大的载体上，且能高度分散，所以仅用少量贵金属或过渡金属(0.1–1wt％)就可以达到较高的催化活性，进而提高净化空气和水体的效果。由此通过在复合材料的表面形成金属膜，进而可以进一步提高所述复合材料净化空气、修复阴离子污染水体和螯合重金属阳离子的作用和效果。

根据本发明的具体实施例，上述活性金属原子可以为Au、Pt、Ag、Pd、Cu、W、Ta、C、Mo、WC和TiC中的至少一种。

根据本发明上述实施例的复合材料的制备方法，创新的以价廉易得的云母片为基质，水滑石原位生长于云母片的表面，利用云母片和水滑石的协同作用，有效解决了低温催化还原气态污染物、修复阴离子污染水体和螯合重金属阳离子等技术问题。此外，本发明实施例的制备方法还具有操作简单，条件温和等优点。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种复合材料，其特征在于，包括：

云母片基体；

水滑石层，所述水滑石层形成在所述云母片基体的外表面的至少一部分上；

三氧化二铝层，所述铝溶胶层形成在所述云母片基体与所述水滑石层之间，并将所述云母片基体与水滑石层进行结合。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，进一步包括：

金属膜，所述金属膜形成在所述水滑石层的外表面的至少一部分上。

3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述三氧化二铝层是由铝溶胶经过焙烧后得到。

4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述金属膜由Au、Pt、Ag、Pd、Cu、W、Ta、C、Mo、WC和TiC中的至少一种形成。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

(2)制备镁盐和铝盐的混合盐溶液；

(3)制备氢氧化钠和碳酸钠的混合碱溶液；

6.根据权利要求5所述的复合材料的制备方法，其特征在于，进一步包括：

(7)通过真空溅射法向所述复合材料的表面溅射活性金属原子，以便沉积形成金属膜。

7.根据权利要求5所述的复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，将所述云母片与所述铝溶胶按照为10:1-5:1的质量比进行混合。

8.根据权利要求5所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述混合盐溶液中镁盐的浓度为0.02-1.5mol/L。

9.根据权利要求5所述用于空气净化的复合材料的制备方法，其特征在于，所述混合盐溶液中镁离子与铝离子的摩尔比为2-4:1。

10.根据权利要求5所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述混合碱溶液是通过将氢氧化钠溶液和碳酸钠溶液混合制备得到的，其中，所述氢氧化钠溶液的起始浓度为0.05-4mol/L，所述碳酸钠溶液的起始浓度为0.005-0.6mol/L。

11.根据权利要求10所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述混合碱液中[OH^-]的浓度为0.05-4mol/L，[OH^-]/[CO₃ ^2-]的摩尔比为14-18。

12.根据权利要求5所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述晶化是在20-120摄氏度的温度下放置2-48小时完成的。

13.根据权利要求5所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述活性金属原子为Au、Pt、Ag、Pd、Cu、W、Ta、C、Mo、WC和TiC中的至少一种。