CN106390871A - 共掺杂纳米二氧化钛溶胶及改性hepa滤网 - Google Patents

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Abstract

本发明属于空气净化技术领域，具体涉及共掺杂纳米二氧化钛溶胶及改性HEPA滤网。该滤网由共掺杂纳米二氧化钛溶胶均匀地涂覆于HEPA滤网表面，涂覆厚度为100～130um，于75～90℃烘干得到。该溶胶中引入了掺杂氮元素、银离子和造孔剂，具有实现紫外光红移、可见光吸收致光催化和无光源抗菌等功能；改性HEPA滤网不仅仅具有单一的吸附作用，还可以有效地降解甲醛、苯、氨、氡、TVOC等污染物，并能有效杀灭病原微生物。

Description

共掺杂纳米二氧化钛溶胶及改性HEPA滤网
技术领域
本发明属于空气净化技术领域，具体涉及共掺杂纳米二氧化钛溶胶及改性HEPA滤网。
背景技术
室内污染物如甲醛、苯、氨、氡、TVOC等的浓度虽然不高，但当人体长时间处于这种环境下，会严重危害人体健康。目前净化此类挥发性污染物的方法常用的有两种：一种是吸附法，即利用有吸附能力的多孔物质（如活性炭、HEPA滤网等）将污染物从气相中转移至吸附剂上，但该方法不能将污染物降解，且吸附剂吸附饱和后必须进行再处理才能继续使用；另一种是光催化净化法，它是利用光催化剂在紫外线或可见光照射下生成的空穴，具有氧化分解能力，在室温下可将有机污染物分解为CO2和H2O等无机物，反应条件温和。
纳米二氧化钛制备技术是 20 世纪 70 年代发展起来的一项高新技术，1972年Fujishima和Honda发现在n型TiO2半导体电极上，水发生了光电催化分解现象，自此人们不断的发现纳米二氧化钛所具备的一系列特性和优点：在一定能量的光照条件下，可将环境中许多有毒有机污染物氧化分解为 CO2、H2O 或简单的无机物，同时还具有自洁净、杀菌、防雾、除臭等功能，是一种环境友好材料。近来纳米技术的发展给光催化材料研究带来了新的机遇，使得纳米二氧化钛在废水废气处理、降解有机污染物、空气净化、防雾及自清洁功能等方面的应用越来越受到人们的重视。然而，由于TiO2是宽禁带半导体，只能响应短波长的紫外线部分，而对于太阳光谱中占绝大多数的可见光部分则未能有效利用。
本发明旨在将吸附法与光催化净化法相结合，研发一种共掺杂纳米二氧化钛溶胶，以及由该溶胶改性的HEPA滤网，使得溶胶和滤网实现可见光吸收致光催化和无光源抗菌的功效。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供共掺杂纳米二氧化钛溶胶，所述溶胶按照下述步骤制备得到：
（1）、在搅拌条件下，将钛酸丁酯滴加入无水乙醇中，滴加完成后，再滴加浓盐酸，继续搅拌40～50min后，得到混合溶液；所述钛酸丁酯、无水乙醇和浓盐酸的体积比为5︰12～15︰0.95～1.05；
（2）、将上述混合溶液滴加入去离子水中并不断搅拌，待滴加完成后，继续搅拌1.0～1.5h，然后超声15～20min，得到浅黄色澄清溶胶；所述混合溶液中钛酸丁酯与去离子水的体积比为1︰5～6.5；
（3）、向上述溶胶中依次加入聚乙二醇、六亚甲基四胺和硝酸银，搅拌1.0～1.2h，得到纳米溶胶；所述六亚甲基四胺中的氮与钛酸丁酯中钛的摩尔比为1.0～2.5︰100，所述硝酸银中的银与钛酸丁酯中钛的摩尔比为0.2～0.6︰100，所述聚乙二醇与溶胶的质量比为4～6︰100。
其中，上述共掺杂纳米二氧化钛溶胶中，步骤（1）～（3），所述搅拌的转速为500～800rpm。
其中，上述共掺杂纳米二氧化钛溶胶中，步骤（1）和（2）中，所述滴加的速度为1～3滴/s。
其中，上述共掺杂纳米二氧化钛溶胶中，步骤（1）中所述浓盐酸中HCl的质量分数为37～40%。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供改性HEPA滤网，该滤网由下述方法制备得到：将上述共掺杂纳米二氧化钛溶胶均匀地涂覆于HEPA滤网表面，涂覆厚度为100～130um，于75～90℃烘干即可。
本发明的有益效果是：1、本发明共掺杂纳米二氧化钛溶胶中引入了掺杂氮元素、银离子和造孔剂，TiO2溶胶粒子粒径为40～160nm，该溶胶具有实现紫外光红移、可见光吸收致光催化和无光源抗菌等功能；该溶胶无毒无害、对人体安全可靠，处理的最终产物为二氧化碳、水和其他无害物质，不会产生二次污染； 2、由共掺杂纳米二氧化钛溶胶改性的HEPA滤网，集吸附作用、共掺杂纳米二氧化钛的光催化效应和杀菌作用于一身，将其应用在空气净化领域，不仅仅具有单一的吸附作用，还可以有效地降解甲醛、苯、氨、氡、TVOC等污染物，并能有效杀灭病原微生物；并且，在处理污染过程中，产品本身不会发生变化和损耗，在光的照射下可以持续不断的净化污染物，具有时间持久、持续作用的优点；利用取之不尽的太阳能和灯光就能将环境污染物在低浓度状态下清除净化。
具体实施方式
本发明提供了共掺杂纳米二氧化钛溶胶，所述溶胶按照下述步骤制备得到：
（1）、在搅拌条件下，将钛酸丁酯滴加入无水乙醇中，滴加完成后，再滴加浓盐酸，继续搅拌40～50min后，得到混合溶液；所述钛酸丁酯、无水乙醇和浓盐酸的体积比为5︰12～15︰0.95～1.05；
（2）、将上述混合溶液滴加入去离子水中并不断搅拌，待滴加完成后，继续搅拌1.0～1.5h，然后超声15～20min，得到浅黄色澄清溶胶；所述混合溶液中钛酸丁酯与去离子水的体积比为1︰5～6.5；
（3）、向上述溶胶中依次加入聚乙二醇、六亚甲基四胺和硝酸银，搅拌1.0～1.2h，得到纳米溶胶；所述六亚甲基四胺中的氮与钛酸丁酯中钛的摩尔比为1.0～2.5︰100，所述硝酸银中的银与钛酸丁酯中钛的摩尔比为0.2～0.6︰100，所述聚乙二醇与溶胶的质量比为4～6︰100。
其中，上述共掺杂纳米二氧化钛溶胶中，步骤（1）～（3），所述搅拌的转速为500～800rpm。
其中，上述共掺杂纳米二氧化钛溶胶中，步骤（1）和（2）中，所述滴加的速度为1～3滴/s。
其中，上述共掺杂纳米二氧化钛溶胶中，步骤（1）中所述浓盐酸中HCl的质量分数为37～40%。
其中，上述共掺杂纳米二氧化钛溶胶，纳米二氧化钛粒径为40～160nm，该溶胶引入了掺杂氮元素、银离子和造孔剂（聚乙二醇），造孔剂和掺杂成份均匀地分布在纳米二氧化钛的网格中，使得该溶胶具有实现紫外光红移、可见光吸收致光催化和无光源抗菌等功能。该溶胶可单独使用，如可作为喷剂喷涂或者直接刷涂在家具、墙面、车具等的表面，也能起到很好的降解甲醛、苯、氨、氡、TVOC等污染物、杀灭病原微生物的作用。
进一步的，本发明还提供了改性HEPA滤网，该滤网由下述方法制备得到：将上述共掺杂纳米二氧化钛溶胶均匀地涂覆于HEPA滤网表面，涂覆厚度为100～130um，于75～90℃烘干即可。
以下结合具体实施例对本发明作进一步解释和说明，但并不因此限定本发明的保护范围。
实施例1
改性HEPA滤网由下述方法制备得到：
将共掺杂纳米二氧化钛溶胶均匀地涂覆于HEPA滤网表面，涂覆厚度为100um，于80℃烘干即可。其中，共掺杂纳米二氧化钛溶胶按照下述步骤制得：
（1）、在搅拌（转速为500rpm）条件下，将钛酸丁酯滴加（滴加的速度为1～3滴/s）入无水乙醇中，滴加完成后，再滴加（滴加的速度为1～3滴/s）浓盐酸（HCl的质量分数为37%），继续搅拌（转速为500rpm）40min后，得到混合溶液；所述钛酸丁酯、无水乙醇和浓盐酸的体积比为5︰12︰1.05；
（2）、将上述混合溶液滴加（滴加的速度为1～3滴/s）入去离子水中并不断搅拌（转速为500rpm），待滴加完成后，继续搅拌1.0h，然后超声15min，得到浅黄色澄清溶胶；所述混合溶液中钛酸丁酯与去离子水的体积比为1︰5；
（3）、向上述溶胶中依次加入聚乙二醇、六亚甲基四胺和硝酸银，搅拌（转速为800rpm）1.0h，得到纳米溶胶；所述六亚甲基四胺中的氮与钛酸丁酯中钛的摩尔比为1.25︰100，所述硝酸银中的银与钛酸丁酯中钛的摩尔比为0.3︰100，所述聚乙二醇与溶胶的质量比为4︰100。
对上述共掺杂纳米二氧化钛溶胶进行去除有害物质性能测试、杀菌性能测试：
A、去除有害物质性能测试方法依据QB/T2761-2006《室内空气净化产品净化效果测试方法》，测试该共掺杂纳米二氧化钛溶胶分解TVOC、甲醛和氨气的性能，结果分别为：99.1%、94.8%和91.8%。
B、杀菌性能测试方法依据QB/T2738-2005日化产品抗菌抑菌效果的评价方法标准，测试该共掺杂纳米二氧化钛溶胶的杀菌性能，其对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌以及白色念珠菌的杀菌率均达到99.992%。
对上述改性HEPA滤网进行去除有害物质性能测试、杀菌性能测试：
A、去除有害物质性能测试方法依据QB/T2761-2006《室内空气净化产品净化效果测试方法》，测试改性HEPA滤网分解TVOC、甲醛和氨气的性能，结果分别为：99.6%、95.8%和92.6%。
B、杀菌性能测试方法依据QB/T2738-2005日化产品抗菌抑菌效果的评价方法标准，测试该改性HEPA滤网的杀菌性能，其对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌以及白色念珠菌的杀菌率均达到99.998%。
实施例2
改性HEPA滤网由下述方法制备得到：
将共掺杂纳米二氧化钛溶胶均匀地涂覆于HEPA滤网表面，涂覆厚度为120um，于90℃烘干即可。其中，共掺杂纳米二氧化钛溶胶按照下述步骤制得：
（1）、在搅拌（转速为500rpm）条件下，将钛酸丁酯滴加（滴加的速度为1～3滴/s）入无水乙醇中，滴加完成后，再滴加（滴加的速度为1～3滴/s）浓盐酸（HCl的质量分数为40%），继续搅拌（转速为500rpm）40min后，得到混合溶液；所述钛酸丁酯、无水乙醇和浓盐酸的体积比为5︰15︰0.95；
（2）、将上述混合溶液滴加（滴加的速度为1～3滴/s）入去离子水中并不断搅拌（转速为500rpm），待滴加完成后，继续搅拌1.0h，然后超声20min，得到浅黄色澄清溶胶；所述混合溶液中钛酸丁酯与去离子水的体积比为1︰6；
（3）、向上述溶胶中依次加入聚乙二醇、六亚甲基四胺和硝酸银，搅拌（转速为800rpm）1.0h，得到纳米溶胶；所述六亚甲基四胺中的氮与钛酸丁酯中钛的摩尔比为1.25︰100，所述硝酸银中的银与钛酸丁酯中钛的摩尔比为0.5︰100，所述聚乙二醇与溶胶的质量比为6︰100。
对上述共掺杂纳米二氧化钛溶胶进行去除有害物质性能测试、杀菌性能测试：
A、去除有害物质性能测试方法依据QB/T2761-2006《室内空气净化产品净化效果测试方法》，测试该共掺杂纳米二氧化钛溶胶分解TVOC、甲醛和氨气的性能，结果分别为：99.8%、93.6%和93.0%。
B、杀菌性能测试方法依据QB/T2738-2005日化产品抗菌抑菌效果的评价方法标准，测试该共掺杂纳米二氧化钛溶胶的杀菌性能，其对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌以及白色念珠菌的杀菌率均达到99.990%。
对上述改性HEPA滤网进行去除有害物质性能测试、杀菌性能测试：
A、去除有害物质性能测试方法依据QB/T2761-2006《室内空气净化产品净化效果测试方法》，测试改性HEPA滤网分解TVOC、甲醛和氨气的性能，结果分别为：99.6%、94.8%和93.6%。
B、杀菌性能测试方法依据QB/T2738-2005日化产品抗菌抑菌效果的评价方法标准，测试该改性HEPA滤网的杀菌性能，其对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌以及白色念珠菌的杀菌率均达到99.999%。
最后，应当说明的是，以上列举的仅是本发明的若干具体实施例。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.共掺杂纳米二氧化钛溶胶，其特征在于，所述溶胶按照下述步骤制备得到：
（1）、在搅拌条件下，将钛酸丁酯滴加入无水乙醇中，滴加完成后，再滴加浓盐酸，继续搅拌40～50min后，得到混合溶液；所述钛酸丁酯、无水乙醇和浓盐酸的体积比为5︰12～15︰0.95～1.05；
（2）、将上述混合溶液滴加入去离子水中并不断搅拌，待滴加完成后，继续搅拌1.0～1.5h，然后超声15～20min，得到浅黄色澄清溶胶；所述混合溶液中钛酸丁酯与去离子水的体积比为1︰5～6.5；
（3）、向上述溶胶中依次加入聚乙二醇、六亚甲基四胺和硝酸银，搅拌1.0～1.2h，得到纳米溶胶；所述六亚甲基四胺中的氮与钛酸丁酯中钛的摩尔比为1.0～2.5︰100，所述硝酸银中的银与钛酸丁酯中钛的摩尔比为0.2～0.6︰100，所述聚乙二醇与溶胶的质量比为4～6︰100。
2.根据权利要求1所述的共掺杂纳米二氧化钛溶胶，其特征在于，步骤（1）～（3），所述搅拌的转速为500～800rpm。
3.根据权利要求1所述的共掺杂纳米二氧化钛溶胶，其特征在于，步骤（1）和（2）中，所述滴加的速度为1～3滴/s。
4.根据权利要求1所述的共掺杂纳米二氧化钛溶胶，其特征在于，步骤（1）中所述浓盐酸中HCl的质量分数为37～40%。
5.改性HEPA滤网，其特征在于，该滤网由下述方法制备得到：将权利要求1～4任一项所述的共掺杂纳米二氧化钛溶胶均匀地涂覆于HEPA滤网表面，涂覆厚度为100～130um，于75～90℃烘干即可。
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