CN105833842A - 颗粒状非贵金属高效一体式空气净化复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种颗粒状非贵金属高效一体式空气净化复合材料的配方及制备工艺，属于吸附催化与空气污染治理技术领域。其特征在于以沸石、海泡石、多孔活性炭材料、堇青石或自制载体为催化剂载体，以一种或几种非贵金属氧化物为活性组分以及含氮有机助剂，采用浸渍法制备而成，所述催化剂为柱形颗粒状，所述非贵金属氧化物负载量为12~15wt%，含氮有机助剂含量为2.0~4.0wt%。该材料在常温常湿条件下可一体式高效吸附净化空气中的甲醛、TVOC、苯、甲苯、二甲苯、臭氧、二氧化硫、二氧化氮、硫化氢和氨气，综合净化率不低于95%，适合于如办公室、写字楼、起居室、商场、医院、酒店等场所的一体式空气净化处理。

Description

颗粒状非贵金属高效一体式空气净化复合材料

技术领域

本发明为一种颗粒状非贵金属高效一体式空气净化复合材料的制备，涉及吸附催化与空气污染治理技术领域，属于多种非贵金属氧化物间协同吸附催化多种空气中的气态污染物。

背景技术

70年代以来，在西方发达国家，生活和工作在舒适的建筑物中的人们通常被不明原因的病症所困扰，头痛、眼干以及头晕恶心，注意力难以集中和对气味敏感等等，而一旦离开所处的建筑物不久，这些难以承受的现象就会自动消失掉，研究者将其称之为“致病建筑综合症”（SBS）。通过各国学者持续不断的跟踪测试，终于发现这种病症的幕后黑手就是室内空气污染。

室内空气污染物按其性质可以分为非生物污染与生物及微生物污染两类。非生物污染物其自身又包括了很多种污染物，又可以将其分为物理污染物和化学污染物等。物理性污染主要指由室内外地基、建筑材料所产生的放射性污染和室内外的噪声、室内家电设备的磁辐射等。而化学污染物由建筑材料、装饰材料、家用化学品、香烟雾以及燃烧产物等产生。除此以外，室内还存在粉尘和可吸入颗粒物（PM2.5，PM10）等的污染。生物及微生物污染指由生活垃圾、空调、室内花卉、宠物、地毯、家具等产生的污染，包括细菌、病菌、尘螨等。

化学性污染主要来自室内装潢、家具、厨具、餐具、玩具、清洁剂、消毒剂、杀虫喷雾剂、煤气热水器、化妆品、某些蚊香、烟草、厨房油烟、煤烟、气体燃料、日用垃圾等等物品。它们会散发出甲苯、二甲苯、醋酸乙酯、甲苯二乙氰酸酯、氯乙烯、甲醛等挥发性有机物和氨、一氧化碳、一氧化氮、二氧化碳、二氧化硫等无机化合物。这些对人体健康都有危害。医学研究表明，对人体有害的化学物质可导致上呼吸道刺激症状，如鼻干发痒、堵塞流涕、打喷嚏、嗅觉下降、咽喉烧灼感或异物感，甚至咳嗽声哑。随着局部呼吸道粘膜免疫调节异常和吞噬、清除病毒、细菌等异物的功能下降，很容易诱发下呼吸道即气管、支气管及肺部的炎症反应和感染，累及整个呼吸系统。尤其是芳香烃类等两种以上化学物质蓄积时，可致中毒症状，不仅损伤局部粘膜，还可能出现耳鼻咽喉的异常表现，进而影响全身。

生物性污染主要来自寄生于地毯、沙发、被褥、衣物、毛绒玩具中的螨虫及其它细菌；家庭饲养的花鸟鱼虫和猫狗宠物中的病原微生物、寄生虫等。来自于室尘、地毯、鸟兽羽毛以及枕头、被褥等床上用品中的螨虫、真菌在医学上称为过敏原，常可引发人体过敏反应，最常见的是过敏性鼻炎和过敏性皮肤病。

目前室内空气污染治理，最有效的方法还是使用空气净化器，其可快速高效的去除室内常见污染物。空气净化器中有多种不同的技术和介质，常用的空气净化技术有：HEPA高效过滤技术、静电集尘技术；低温非对称等离子体空气净化技术、负离子技术、负氧离子技术、活性氧技术；吸附技术、分子络合技术、光催化技术、催化氧化技术等；而主要的净化材料有：HEPA滤网，TiO₂光触媒、活性炭及其纤维、贵金属催化剂、高锰酸钾、净化喷剂等。目前HEPA滤网基本可满足室内除尘的需求，而对于室内气态污染物和微生物污染治理方式则各有不同效果也千差万别，且厂家大都采用多模块拼装方式，如杀菌模块+活性炭吸附模块+光催化模块等，市面上多功能一体式空气污染处理材料并未见相关报道。作为净化器最核心的净化材料，现有文献报道则大都针对单一功能进行材料开发，如除甲醛催化氧化材料，苯催化氧化材料，TVOC光催化材料等，高效杀菌材料等。同时，各种有害气体的技术和产品都存在一定的局限性，所以需要研制、开发出一体式空气污染处理材料，使用简单，可长期有效的净化去除空气中的甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨气、臭氧、TVOC、硫化氢、二氧化氮和二氧化硫等有毒有害气体，不需要紫外光，成本较低，无二次污染，净化效果显著持久，从而全面提高室内空气环境质量。

发明内容

本发明为一种颗粒状非贵金属高效一体式空气净化复合材料的制备，以多孔性吸附无机材料为催化剂载体，所述的催化剂载体进行酸处理，配制10%硝酸和10%双氧水的混合溶液，将上述载体浸渍其中8 h，取出后于80-120^oC干燥，同时以一种或几种非贵金属氧化物为活性组分，及含氮有机助剂，采用浸渍法制备，通过混料、搅拌、挤压成型、陈化、干燥和焙烧，得到柱形颗粒状产物，得到颗粒状非贵金属高效一体式空气净化复合材料。该材料在常温常湿条件下可一体式高效吸附净化空气中的甲醛、TVOC、苯、甲苯、二甲苯、臭氧、二氧化硫、二氧化氮、硫化氢和氨气，综合净化率不低于95%，适合于如办公室、写字楼、起居室、商场、医院、酒店等场所的一体式空气净化处理。

所述的多孔性吸附无机材料为沸石、海泡石、多孔性炭材料、堇青石的一种或者几种的混合。

所述的颗粒状非贵金属高效一体式空气净化复合材料，以一种或几种非贵金属氧化物为活性组分，如氧化镁、氧化铝、氧化硅、氧化锰、氧化铁、氧化钴、氧化镍、氧化铜、氧化锌、氧化锆、氧化镧或氧化铈中的一种或几种混合。

所述浸渍法以金属硝酸盐或酯盐为原料，配制成一定浓度的金属盐溶液，并将上述载体浸渍其中3~6 h，取出干燥、焙烧所得，所述非贵金属氧化物负载量为12~15wt%。

所述的含氮有机助剂为乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠盐、乙二胺四乙酸二钾盐、聚氨酯单体、聚酰胺单体、精氨酸、赖氨酸及组氨酸的一种或几种，含量为2.0~4.0wt%。

具体实施方式

以下通过实例进一步说明本发明：

实施例 1

准确称取51 g氧化硅、35 g氧化铝和14g氧化镁，混合搅拌均匀，并添加10g高岭土，1.0g羧甲基纤维素，0.5 ml石蜡油和一定量的水，搅拌成泥状，挤压成柱形颗粒状，经24 h陈化，80^oC，4 h干燥，1350 ^oC，4 h高温焙烧获得堇青石柱形颗粒状载体；将上述蜂窝状堇青石载体浸渍于含有10%的硝酸溶液中2 h，取出后经60^oC，2 h干燥即可。根据该载体吸水率，配制一定浓度的硝酸锰和硝酸镧混合溶液，将上述载体浸渍于该溶液中4h，取出后自然晾干，并与80^oC，2h干燥，与500^oC，4h空气气氛焙烧，制得颗粒状非贵金属高效一体式空气净化复合材料。

取制得的颗粒状非贵金属高效一体式空气净化复合材料500 g填于蜂窝板内，蜂窝板装于自制净化器中，风量300 m³/h，进风速度1.5 m/s，于30 m³国家标准净化仓内测试，温度18～22 ℃，湿度50～80% RH，污染物释放浓度为国标允许浓度的8~12倍，甲醛、TVOC、苯、甲苯、二甲苯、臭氧、二氧化硫、二氧化氮、硫化氢和氨气去除效率测试周期为1h，净化效果见表1。

实施例 2

准确称取51 g氧化硅、35 g氧化铝和14g氧化镁，混合搅拌均匀，并添加10g高岭土，1.0g羧甲基纤维素，0.5 ml石蜡油和一定量的水，搅拌成泥状，挤压成柱形颗粒状，经24 h陈化，80^oC，4h干燥，1350^oC，4h高温焙烧获得柱形颗粒状载体；将上述蜂柱形颗粒状载体浸渍于含有10%的硝酸溶液中6h，取出后经100^oC，1h干燥即可。根据该载体吸水率，配制一定浓度的正硅酸四乙酯和硝酸镍混合溶液，将上述载体浸渍于该溶液中6h，取出后自然晾干，并与100^oC，1h干燥，与250^oC，6 h空气气氛焙烧，制得颗粒状非贵金属高效一体式空气净化复合材料。

取制得的颗粒状非贵金属高效一体式空气净化复合材料500 g填于蜂窝板内，蜂窝板装于自制净化器中，风量300 m³/h，进风速度1.5 m/s，于30 m³国家标准净化仓内测试，温度18～22 ℃，湿度50～80% RH，污染物释放浓度为国标允许浓度的8~12倍，甲醛、TVOC、苯、甲苯、二甲苯、臭氧、二氧化硫、二氧化氮、硫化氢和氨气去除效率测试周期为1h，净化效果见表1。

实施例 3

准确称取100 g沸石粉末，添加20 g高岭土，1.5 g羧甲基纤维素，0.5 ml石蜡油和一定量的水，混合搅拌均匀成泥状，挤压成柱形颗粒状，经24 h陈化，80^oC，4h干燥，500^oC，4h高温焙烧即可；将上述柱形颗粒状沸石载体浸渍于含有10%双氧水溶液中4h，取出后于80^oC，2h干燥即可；根据该载体吸水率，配制一定浓度的硝酸铜和硝酸铁混合溶液，将上述载体浸渍于该溶液中2h，取出后自然晾干，并与60^oC， 2h干燥，与350^oC， 2h空气气氛焙烧，制得颗粒状非贵金属高效一体式空气净化复合材料。

取制得的颗粒状非贵金属高效一体式空气净化复合材料500 g填于蜂窝板内，蜂窝板装于自制净化器中，风量300 m³/h，进风速度1.5 m/s，于30 m³国家标准净化仓内测试，温度18～22 ℃，湿度50～80% RH，污染物释放浓度为国标允许浓度的8~12倍，甲醛、TVOC、苯、甲苯、二甲苯、臭氧、二氧化硫、二氧化氮、硫化氢和氨气去除效率测试周期为1h，净化效果见表1。

实施例 4

准确称取100 g海泡石粉末，添加20 g高岭土，1.5 g羧甲基纤维素，0.5 ml石蜡油和一定量的水，混合搅拌均匀成泥状，挤压成柱形颗粒状，陈化24h，80^oC，4h干燥，600^oC，6h高温焙烧即可；将上述柱形颗粒状沸石载体浸渍于含有10%硝酸和10%双氧水混合溶液中6h，取出后于800^oC，2h干燥即可；根据该载体吸水率，配制一定浓度的硝酸铈和硝酸锆混合溶液，将上述载体浸渍于该溶液中4h，取出后自然晾干，并与80^oC， 2h干燥，与300^oC， 4h空气气氛焙烧，制得颗粒状非贵金属高效一体式空气净化复合材料。

取制得的颗粒状非贵金属高效一体式空气净化复合材料500 g填于蜂窝板内，蜂窝板装于自制净化器中，风量300 m³/h，进风速度1.5 m/s，于30 m³国家标准净化仓内测试，温度18～22 ℃，湿度50～80% RH，污染物释放浓度为国标允许浓度的8~12倍，甲醛、TVOC、苯、甲苯、二甲苯、臭氧、二氧化硫、二氧化氮、硫化氢和氨气去除效率测试周期为1h，净化效果见表1。

实施例 5

准确称取80 g活性炭和20 g海泡石粉末，添加15 g高岭土，1.5 g羧甲基纤维素，0.5 ml石蜡油和一定量的水，混合搅拌均匀成泥状，挤压成柱形颗粒状，陈化24h，80^oC，4h干燥，并与氮气气氛下300^oC，4h焙烧；将上述柱形颗粒状载体浸渍于含有10%的硝酸和10%双氧水混合溶液中4h，取出后于8^oC， 2h干燥。根据该载体吸水率，配制一定浓度的硝酸钴和硝酸铝混合溶液，将上述载体浸渍于该溶液中3h，取出后自然晾干，并与80^oC，1h干燥，与200^oC，6h氮气气氛条件下焙烧，制得颗粒状非贵金属高效一体式空气净化复合材料。

取制得的颗粒状非贵金属高效一体式空气净化复合材料500 g填于蜂窝板内，蜂窝板装于自制净化器中，风量300 m³/h，进风速度1.5 m/s，于30 m³国家标准净化仓内测试，温度18～22 ℃，湿度50～80% RH，污染物释放浓度为国标允许浓度的8~12倍，甲醛、TVOC、苯、甲苯、二甲苯、臭氧、二氧化硫、二氧化氮、硫化氢和氨气去除效率测试周期为1h，净化效果见表1。

实施例 6

准确称取80 g活性炭和20 g海泡石粉末，添加15 g高岭土，1.5 g羧甲基纤维素，0.5 ml石蜡油和一定量的水，混合搅拌均匀成泥状，挤压成柱形颗粒状，陈化24h，80^oC，4h干燥，并与氮气气氛下300^oC，4h焙烧；将上述柱形颗粒状载体浸渍于含有10%的硝酸和10%双氧水混合溶液中4h，取出后于8^oC， 2h干燥。根据该载体吸水率，配制一定浓度的硝酸镁和硝酸锌混合溶液，将上述载体浸渍于该溶液中2h，取出后自然晾干，并与80^oC，2h干燥，与400^oC，2h氮气气氛条件下焙烧，制得颗粒状非贵金属高效一体式空气净化复合材料。

取制得的颗粒状非贵金属高效一体式空气净化复合材料500 g填于蜂窝板内，蜂窝板装于自制净化器中，风量300 m³/h，进风速度1.5 m/s，于30 m³国家标准净化仓内测试，温度18～22 ℃，湿度50～80% RH，污染物释放浓度为国标允许浓度的8~12倍，甲醛、TVOC、苯、甲苯、二甲苯、臭氧、二氧化硫、二氧化氮、硫化氢和氨气去除效率测试周期为1h，净化效果见表1。

表1 国标30m³舱内材料常温去除常见污染物性能

Claims (5)

1.一种颗粒状非贵金属高效一体式空气净化复合材料，其特征在于：以多孔性吸附无机材料为催化剂载体，所述的催化剂载体进行酸处理，配制10%硝酸和10%双氧水的混合溶液，将上述载体浸渍其中8h，取出后于80-120^oC干燥，同时以一种或几种非贵金属氧化物为活性组分，及含氮有机助剂，采用浸渍法制备，通过混料、搅拌、挤压成型、陈化、干燥和焙烧，得到柱形颗粒状产物，得到颗粒状非贵金属高效一体式空气净化复合材料。

2.如权利要求1所述的颗粒状非贵金属高效一体式空气净化复合材料，其特征在于：所述的多孔性吸附无机材料为沸石、海泡石、多孔性炭材料、堇青石的一种或者几种的混合。

3.如权利要求1所述的颗粒状非贵金属高效一体式空气净化复合材料，其特征在于：以一种或几种非贵金属氧化物为活性组分，如氧化镁、氧化铝、氧化硅、氧化锰、氧化铁、氧化钴、氧化镍、氧化铜、氧化锌、氧化锆、氧化镧或氧化铈中的一种或几种混合。

4.如权利要求1所述的颗粒状非贵金属高效一体式空气净化复合材料，其特征在于：所述浸渍法以金属硝酸盐或酯盐为原料，配制成一定浓度的金属盐溶液，并将上述载体浸渍其中3~6 h，取出干燥、焙烧所得，所述非贵金属氧化物负载量为12~15wt%。

5.如权利要求1所述的颗粒状非贵金属高效一体式空气净化复合材料，其特征在于：所述的含氮有机助剂为乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠盐、乙二胺四乙酸二钾盐、聚氨酯单体、聚酰胺单体、精氨酸、赖氨酸及组氨酸的一种或几种，含量为2.0~4.0wt%。