CN106116672A - 一种室内空气净化用泡沫陶瓷制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种室内空气净化用泡沫陶瓷制备方法，属于陶瓷科技材料技术领域。针对粉末状的TiO2光催化剂可吸入而对人体健康造成不利的影响和易流失难重复使用的问题，本发明提供了一种室内空气净化用泡沫陶瓷制备方法。本发明使用软质聚氨酯泡沫体为骨架，经碱浸泡去除网络间膜，提高表面粗糙度，再用羧甲基纤维素钠溶液改善表面得润湿性，提高泡沫体的挂浆能力，用陶瓷浆料一次浸浆，多次淋浆后，制得陶瓷生坯，高温烧结后得到碳化硅泡沫陶瓷，利用多巴胺的自聚产生粘性将经SiO2改性二氧化钛纳米粉体粘附在碳化硅泡沫陶瓷表面，制得室内空气净化用泡沫陶瓷。
Description
技术领域
本发明涉及一种室内空气净化用泡沫陶瓷制备方法，属于陶瓷科技材料技术领域。
背景技术
由于人们80%的时间呆在室内，室内空气的质量直接影响人类健康，因此近年来室内空气质量越来越受到人们的关注。室内污染物包括CO、氮氧化物和挥发性有机化合物，它们给人体健康带来众多负面影响。 更为重要的是，考虑到节能， 现代建筑的空气密闭性大都较高，但这种减少吸入新鲜空气的设计直接导致室内各种污染物的累积。有些家用电器，如燃气灶和热水器，在使用的时候会涉及到煤、油和天然气的燃烧，特别是通风较差的情况下会成为室内主要的污染源。常规的治理技术，包括吸附和过滤，其成本相对较高，也不适用于低浓度污染物的治理。因此，很有必要开发一种新型的技术以降低室内污染物的浓度和保持一个清洁的室内空气环境，从而保障人们的身体健康。
光催化是去除室内空气污染物的有效方法。例如，TiO2、钛酸铋和钛酸锶等具有强氧化能力和稳定的光催化活性，因而是高效的光催化剂。一般而言，通常报道的TiO2光催化剂是高度分散的、或悬浮于液体介质中的细小颗粒或粉末。然而，粉末状的TiO2光催化剂不适宜于室内空气净化，因为它变得可吸入而对人体健康造成不利的影响。在空气污染日益猖獗的今天，因为纳米二氧化钛光催化技术可以降解一些小分子的有机物和无机物，并把他们转化成完全无害的的无机小分子，且因为它稳定性强，可重复使用的优点，所以在处理空气污染的方面相较传统的方法有着环保、节能的优势。但因为它的物理性质决定它易流失难重复使用，所以把它牢固负载制成复合光催化材料尤其重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对粉末状的TiO2光催化剂可吸入而对人体健康造成不利的影响和易流失难重复使用的问题，本发明提供了一种室内空气净化用泡沫陶瓷制备方法。本发明使用软质聚氨酯泡沫体为骨架，经碱浸泡去除网络间膜，提高表面粗糙度，再用羧甲基纤维素钠溶液改善表面得润湿性，提高泡沫体的挂浆能力，用陶瓷浆料一次浸浆，多次淋浆后，制得陶瓷生坯，高温烧结后得到碳化硅泡沫陶瓷，利用多巴胺的自聚产生粘性将经SiO2改性二氧化钛纳米粉体粘附在碳化硅泡沫陶瓷表面，制得室内空气净化用泡沫陶瓷。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）取软质聚氨酯泡沫体剪裁成圆片状，在60~65℃恒温水浴下，浸泡在质量浓度为10%氢氧化钠溶液中2~3h，取出软质聚氨酯泡沫体，用去离子水洗涤2~3次后，置入烘箱中干燥30~40min后，在60~65℃恒温水浴下，浸泡在质量浓度为1~2%羧甲基纤维素钠溶液中1~2h，取出，得表面预处理软质聚氨酯泡沫体，备用；
（2）按重量份数计，分别称取80~85份碳化硅粉末，4~5份高岭土，4~5份膨润土，1.5~2.0份滑石，5~6份氧化铝，加入粉碎机粉碎，过400目筛，将过筛后的粉末混合均匀，向混合粉末中，加入50~55份去离子水，搅拌混合1~2h后，加入15~16份磷酸二氢铝，搅拌1~2h，得陶瓷浆料；
（3）将上述步骤（1）制备的表面预处理软质聚氨酯泡沫体浸入上述浆料2~3min，取出，用辊压机压去多余浆料，置入95~100℃真空干燥箱中干燥12~15min，放置在铁丝网过滤板上，用上述陶瓷浆料对泡沫体淋浆，待泡沫体上浆料不再流出，转入干燥箱中干燥12~15min，重复上述淋浆操作3~4次，得碳化硅陶瓷生坯；
（4）将上述碳化硅陶瓷生坯置入马弗炉，以2℃/min升温至600℃，保持温度0.5~1h后，再以5℃/min继续升温至1400℃，保持温度2~3h，自然冷却，得碳化硅泡沫陶瓷；
（5）量取10~12mL钛酸四丁酯缓慢滴入1~2mL乙酰丙酮与35~36mL无水乙醇混合液中，搅拌30~40min后，分别加入2~3mL正硅酸乙酯，20~25mL无水乙醇，0.5~0.8mL质量浓度为37%浓盐酸，20~30mL去离子水，搅拌1~2h形成溶胶，将溶胶陈化3~5h，过滤，用去离子水洗涤滤渣3~5次后，将滤渣置入80~85℃鼓风干燥箱中干燥10~12h，取出研磨成粉，将粉末置于500~550℃马弗炉中加热2~3h，转入粉碎机粉碎，过400目筛，得经SiO2改性二氧化钛纳米粉体；
（6）分别称取2.5~3.0g盐酸多巴胺，220~250mL甲基丙烯酸甲酯，28~32mL甲基丙烯酸，0.1~0.3g过氧化钠，搅拌均匀，在95~100℃下加热5~6h，冷却，加入2~3g上述经SiO2改性二氧化钛纳米粉体，搅拌1~2h，浸泡上述步骤（4）制备的碳化硅泡沫陶瓷30~40min，将泡沫陶瓷取出，置入60~70℃烘箱干燥2~3h，用去离子水洗涤泡沫陶瓷3~5次，得室内空气净化用泡沫陶瓷。
本发明的应用方法是：将本发明制备的室内空气净化用泡沫陶瓷放入40m2房间窗台，经阳光照射2~3h后，室内NO转化率为90~95%，室内甲醛及芳香化合物去除率为80~85%。
本发明的有益技术效果是：
（1）本发明制备的室内空气净化用泡沫陶瓷的多孔和网状结构使TiO2表面和气体反应物有充分的接触，有效提高NO降解速率，且粉末状的TiO2很好的固定在泡沫陶瓷表面；
（2）本发明制备的室内空气净化用泡沫陶瓷有绿色、节能和环保的光催化降解空气污染的效果。
具体实施方式
取软质聚氨酯泡沫体剪裁成圆片状，在60~65℃恒温水浴下，浸泡在质量浓度为10%氢氧化钠溶液中2~3h，取出软质聚氨酯泡沫体，用去离子水洗涤2~3次后，置入烘箱中干燥30~40min后，在60~65℃恒温水浴下，浸泡在质量浓度为1~2%羧甲基纤维素钠溶液中1~2h，取出，得表面预处理软质聚氨酯泡沫体，备用；按重量份数计，分别称取80~85份碳化硅粉末，4~5份高岭土，4~5份膨润土，1.5~2.0份滑石，5~6份氧化铝，加入粉碎机粉碎，过400目筛，将过筛后的粉末混合均匀，向混合粉末中，加入50~55份去离子水，搅拌混合1~2h后，加入15~16份磷酸二氢铝，搅拌1~2h，得陶瓷浆料；将上述制备的表面预处理软质聚氨酯泡沫体浸入上述浆料2~3min，取出，用辊压机压去多余浆料，置入95~100℃真空干燥箱中干燥12~15min，放置在铁丝网过滤板上，用上述陶瓷浆料对泡沫体淋浆，待泡沫体上浆料不再流出，转入干燥箱中干燥12~15min，重复上述淋浆操作3~4次，得碳化硅陶瓷生坯；将上述碳化硅陶瓷生坯置入马弗炉，以2℃/min升温至600℃，保持温度0.5~1h后，再以5℃/min继续升温至1400℃，保持温度2~3h，自然冷却，得碳化硅泡沫陶瓷；量取10~12mL钛酸四丁酯缓慢滴入1~2mL乙酰丙酮与35~36mL无水乙醇混合液中，搅拌30~40min后，分别加入2~3mL正硅酸乙酯，20~25mL无水乙醇，0.5~0.8mL质量浓度为37%浓盐酸，20~30mL去离子水，搅拌1~2h形成溶胶，将溶胶陈化3~5h，过滤，用去离子水洗涤滤渣3~5次后，将滤渣置入80~85℃鼓风干燥箱中干燥10~12h，取出研磨成粉，将粉末置于500~550℃马弗炉中加热2~3h，转入粉碎机粉碎，过400目筛，得经SiO2改性二氧化钛纳米粉体；分别称取2.5~3.0g盐酸多巴胺，220~250mL甲基丙烯酸甲酯，28~32mL甲基丙烯酸，0.1~0.3g过氧化钠，搅拌均匀，在95~100℃下加热5~6h，冷却，加入2~3g上述经SiO2改性二氧化钛纳米粉体，搅拌1~2h，浸泡上述制备的碳化硅泡沫陶瓷30~40min，将泡沫陶瓷取出，置入60~70℃烘箱干燥2~3h，用去离子水洗涤泡沫陶瓷3~5次，得室内空气净化用泡沫陶瓷。
实例1
取软质聚氨酯泡沫体剪裁成圆片状，在60℃恒温水浴下，浸泡在质量浓度为10%氢氧化钠溶液中2h，取出软质聚氨酯泡沫体，用去离子水洗涤2次后，置入烘箱中干燥30min后，在60℃恒温水浴下，浸泡在质量浓度为1%羧甲基纤维素钠溶液中1h，取出，得表面预处理软质聚氨酯泡沫体，备用；按重量份数计，分别称取80份碳化硅粉末，4份高岭土，4份膨润土，1.5份滑石，5份氧化铝，加入粉碎机粉碎，过400目筛，将过筛后的粉末混合均匀，向混合粉末中，加入50份去离子水，搅拌混合1h后，加入15份磷酸二氢铝，搅拌1h，得陶瓷浆料；将上述制备的表面预处理软质聚氨酯泡沫体浸入上述浆料2min，取出，用辊压机压去多余浆料，置入95℃真空干燥箱中干燥12min，放置在铁丝网过滤板上，用上述陶瓷浆料对泡沫体淋浆，待泡沫体上浆料不再流出，转入干燥箱中干燥12min，重复上述淋浆操作3次，得碳化硅陶瓷生坯；将上述碳化硅陶瓷生坯置入马弗炉，以2℃/min升温至600℃，保持温度0.5h后，再以5℃/min继续升温至1400℃，保持温度2h，自然冷却，得碳化硅泡沫陶瓷；量取10mL钛酸四丁酯缓慢滴入1mL乙酰丙酮与35mL无水乙醇混合液中，搅拌30min后，分别加入2mL正硅酸乙酯，20mL无水乙醇，0.5mL质量浓度为37%浓盐酸，20mL去离子水，搅拌1h形成溶胶，将溶胶陈化3h，过滤，用去离子水洗涤滤渣3次后，将滤渣置入80℃鼓风干燥箱中干燥10h，取出研磨成粉，将粉末置于500℃马弗炉中加热2h，转入粉碎机粉碎，过400目筛，得经SiO2改性二氧化钛纳米粉体；分别称取2.5g盐酸多巴胺，220mL甲基丙烯酸甲酯，28mL甲基丙烯酸，0.1g过氧化钠，搅拌均匀，在95℃下加热5h，冷却，加入2g上述经SiO2改性二氧化钛纳米粉体，搅拌1h，浸泡上述制备的碳化硅泡沫陶瓷30min，将泡沫陶瓷取出，置入60℃烘箱干燥2h，用去离子水洗涤泡沫陶瓷3次，得室内空气净化用泡沫陶瓷。
本发明的应用方法是：将本发明制备的室内空气净化用泡沫陶瓷放入40m2房间窗台，经阳光照射2h后，室内NO转化率为90%，室内甲醛及芳香化合物去除率为80%。
实例2
取软质聚氨酯泡沫体剪裁成圆片状，在62℃恒温水浴下，浸泡在质量浓度为10%氢氧化钠溶液中2.5h，取出软质聚氨酯泡沫体，用去离子水洗涤2次后，置入烘箱中干燥35min后，在62℃恒温水浴下，浸泡在质量浓度为1%羧甲基纤维素钠溶液中1.5h，取出，得表面预处理软质聚氨酯泡沫体，备用；按重量份数计，分别称取82份碳化硅粉末，4份高岭土，4份膨润土，1.5份滑石，5份氧化铝，加入粉碎机粉碎，过400目筛，将过筛后的粉末混合均匀，向混合粉末中，加入52份去离子水，搅拌混合1.5h后，加入15份磷酸二氢铝，搅拌1.5h，得陶瓷浆料；将上述制备的表面预处理软质聚氨酯泡沫体浸入上述浆料2min，取出，用辊压机压去多余浆料，置入98℃真空干燥箱中干燥13min，放置在铁丝网过滤板上，用上述陶瓷浆料对泡沫体淋浆，待泡沫体上浆料不再流出，转入干燥箱中干燥13min，重复上述淋浆操作3次，得碳化硅陶瓷生坯；将上述碳化硅陶瓷生坯置入马弗炉，以2℃/min升温至600℃，保持温度0.8h后，再以5℃/min继续升温至1400℃，保持温度2.5h，自然冷却，得碳化硅泡沫陶瓷；量取11mL钛酸四丁酯缓慢滴入1.5mL乙酰丙酮与35mL无水乙醇混合液中，搅拌35min后，分别加入2.5mL正硅酸乙酯，22mL无水乙醇，0.7mL质量浓度为37%浓盐酸，25mL去离子水，搅拌1.5h形成溶胶，将溶胶陈化4h，过滤，用去离子水洗涤滤渣4次后，将滤渣置入82℃鼓风干燥箱中干燥11h，取出研磨成粉，将粉末置于520℃马弗炉中加热2.5h，转入粉碎机粉碎，过400目筛，得经SiO2改性二氧化钛纳米粉体；分别称取2.8g盐酸多巴胺，240mL甲基丙烯酸甲酯，30mL甲基丙烯酸，0.2g过氧化钠，搅拌均匀，在98℃下加热5.5h，冷却，加入2.5g上述经SiO2改性二氧化钛纳米粉体，搅拌1.5h，浸泡上述制备的碳化硅泡沫陶瓷35min，将泡沫陶瓷取出，置入65℃烘箱干燥2.5h，用去离子水洗涤泡沫陶瓷4次，得室内空气净化用泡沫陶瓷。
本发明的应用方法是：将本发明制备的室内空气净化用泡沫陶瓷放入40m2房间窗台，经阳光照射2.5h后，室内NO转化率为92%，室内甲醛及芳香化合物去除率为82%。
实例3
取软质聚氨酯泡沫体剪裁成圆片状，在65℃恒温水浴下，浸泡在质量浓度为10%氢氧化钠溶液中3h，取出软质聚氨酯泡沫体，用去离子水洗涤3次后，置入烘箱中干燥40min后，在65℃恒温水浴下，浸泡在质量浓度为2%羧甲基纤维素钠溶液中2h，取出，得表面预处理软质聚氨酯泡沫体，备用；按重量份数计，分别称取85份碳化硅粉末，5份高岭土，5份膨润土，2份滑石，6份氧化铝，加入粉碎机粉碎，过400目筛，将过筛后的粉末混合均匀，向混合粉末中，加入55份去离子水，搅拌混合2h后，加入16份磷酸二氢铝，搅拌2h，得陶瓷浆料；将上述制备的表面预处理软质聚氨酯泡沫体浸入上述浆料3min，取出，用辊压机压去多余浆料，置入100℃真空干燥箱中干燥15min，放置在铁丝网过滤板上，用上述陶瓷浆料对泡沫体淋浆，待泡沫体上浆料不再流出，转入干燥箱中干燥15min，重复上述淋浆操作4次，得碳化硅陶瓷生坯；将上述碳化硅陶瓷生坯置入马弗炉，以2℃/min升温至600℃，保持温度1h后，再以5℃/min继续升温至1400℃，保持温度3h，自然冷却，得碳化硅泡沫陶瓷；量取12mL钛酸四丁酯缓慢滴入2mL乙酰丙酮与36mL无水乙醇混合液中，搅拌40min后，分别加入3mL正硅酸乙酯，25mL无水乙醇，0.8mL质量浓度为37%浓盐酸，30mL去离子水，搅拌2h形成溶胶，将溶胶陈化5h，过滤，用去离子水洗涤滤渣5次后，将滤渣置入85℃鼓风干燥箱中干燥12h，取出研磨成粉，将粉末置于550℃马弗炉中加热3h，转入粉碎机粉碎，过400目筛，得经SiO2改性二氧化钛纳米粉体；分别称取3.0g盐酸多巴胺，250mL甲基丙烯酸甲酯，32mL甲基丙烯酸，0.3g过氧化钠，搅拌均匀，在100℃下加热6h，冷却，加入3g上述经SiO2改性二氧化钛纳米粉体，搅拌2h，浸泡上述制备的碳化硅泡沫陶瓷40min，将泡沫陶瓷取出，置入70℃烘箱干燥3h，用去离子水洗涤泡沫陶瓷5次，得室内空气净化用泡沫陶瓷。
本发明的应用方法是：将本发明制备的室内空气净化用泡沫陶瓷放入40m2房间窗台，经阳光照射3h后，室内NO转化率为95%，室内甲醛及芳香化合物去除率为85%。
Claims (1)
1.一种室内空气净化用泡沫陶瓷制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）取软质聚氨酯泡沫体剪裁成圆片状，在60~65℃恒温水浴下，浸泡在质量浓度为10%氢氧化钠溶液中2~3h，取出软质聚氨酯泡沫体，用去离子水洗涤2~3次后，置入烘箱中干燥30~40min后，在60~65℃恒温水浴下，浸泡在质量浓度为1~2%羧甲基纤维素钠溶液中1~2h，取出，得表面预处理软质聚氨酯泡沫体，备用；
（2）按重量份数计，分别称取80~85份碳化硅粉末，4~5份高岭土，4~5份膨润土，1.5~2.0份滑石，5~6份氧化铝，加入粉碎机粉碎，过400目筛，将过筛后的粉末混合均匀，向混合粉末中，加入50~55份去离子水，搅拌混合1~2h后，加入15~16份磷酸二氢铝，搅拌1~2h，得陶瓷浆料；
（3）将上述步骤（1）制备的表面预处理软质聚氨酯泡沫体浸入上述浆料2~3min，取出，用辊压机压去多余浆料，置入95~100℃真空干燥箱中干燥12~15min，放置在铁丝网过滤板上，用上述陶瓷浆料对泡沫体淋浆，待泡沫体上浆料不再流出，转入干燥箱中干燥12~15min，重复上述淋浆操作3~4次，得碳化硅陶瓷生坯；
（4）将上述碳化硅陶瓷生坯置入马弗炉，以2℃/min升温至600℃，保持温度0.5~1h后，再以5℃/min继续升温至1400℃，保持温度2~3h，自然冷却，得碳化硅泡沫陶瓷；
（5）量取10~12mL钛酸四丁酯缓慢滴入1~2mL乙酰丙酮与35~36mL无水乙醇混合液中，搅拌30~40min后，分别加入2~3mL正硅酸乙酯，20~25mL无水乙醇，0.5~0.8mL质量浓度为37%浓盐酸，20~30mL去离子水，搅拌1~2h形成溶胶，将溶胶陈化3~5h，过滤，用去离子水洗涤滤渣3~5次后，将滤渣置入80~85℃鼓风干燥箱中干燥10~12h，取出研磨成粉，将粉末置于500~550℃马弗炉中加热2~3h，转入粉碎机粉碎，过400目筛，得经SiO2改性二氧化钛纳米粉体；
（6）分别称取2.5~3.0g盐酸多巴胺，220~250mL甲基丙烯酸甲酯，28~32mL甲基丙烯酸，0.1~0.3g过氧化钠，搅拌均匀，在95~100℃下加热5~6h，冷却，加入2~3g上述经SiO2改性二氧化钛纳米粉体，搅拌1~2h，浸泡上述步骤（4）制备的碳化硅泡沫陶瓷30~40min，将泡沫陶瓷取出，置入60~70℃烘箱干燥2~3h，用去离子水洗涤泡沫陶瓷3~5次，得室内空气净化用泡沫陶瓷。
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