CN107198966A - 含有纳米矿物质的复合空气净化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含有纳米矿物质的复合空气净化剂及其制备方法，该发明研究不同原料及制备工艺对复合空气净化剂性能的影响，通过研究增加海泡石内外表面积的方法，提高海泡石的催化性能和吸附性能，使海泡石达到适宜作空气净化剂；同时优选各原料及改进加工工艺，可以主动吸纳污染物到复合空气净化剂及的孔道中，而且还可以保证其在微米尺度中与催化剂进行充分的接触，从而使催化降解效果得到很大程度的提高；本发明具有有效率高、降解效率稳定等优点。所述制备方法包括以下步骤：制备改性海泡石；S2：将改性海泡石、碳纳米管、负离子粉、二氧化钛光触媒溶胶混合均匀，得到混合料；S3：将混合料采用制粒机进行造粒，焙烧活化。

Description

含有纳米矿物质的复合空气净化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及空气净化剂技术领域，尤其涉及一种含有纳米矿物质的复合空气净化剂及其制备方法。
背景技术
当今社会人类创造了前所未有的物质财富，加速推进了文明发展进程，同时也出现了环境污染、生态破坏等重大问题，从而可能威胁全人类未来的生存与发展。环境污染问题是本世纪人类最关注的焦点之一，这一问题解决得好坏直接影响到人类的生存与可持续发展。中国作为世界上最大的发展中国家，环境与可持续发展问题则显得尤为重要。但一提起环境污染问题人们似乎更关注较易感觉到的室外空气和水的污染，认为只要降低污染源的排放量，净化了空气和水源，重新获得“蓝天碧水”就可以高枕无忧了。其实不然，随着人们生活水平的提高，室内空气质量对人体健康的影响已成为引起社会普遍关注的重要环境问题之一。随着对室内环境保护意识的不断增强，人们迫切希望有一个安全、舒适、健康的生活空间。然而相当一部分居室和写字楼经过无序的装修、装饰后或在建设过程中疏于环境卫生管理，处于严重的室内污染之中。
据世界卫生组织调查结果显示，世界上30％的新建和重修的建筑物中发现室内空气有害健康，这些被污染的室内空气已经导致全球性的人口发病率和死亡率的增加，室内空气污染己被列入对公众健康危害的五种环境因素之一。国际上一些室内环境专家提醒人们，在经历了工业革命带来的“煤烟型污染”和“光化学烟雾型污染”之后，现代人已经进入了以“室内空气污染”为标志的第三个污染时期。
空气质量与人体健康密切相关，保证室内空气质量对提高劳动效率、降低社会成本和提高国民健康水平都有一定的作用。提高室内空气质量，不论对社会还是个人都将大有裨益。真正实现了环境效益、经济效益和社会效益的统一。未来的国际竞争是人才竞争，也是体能的竞争，没有健康的体魄和充沛的精力，无法适应时代的节奏。居室环境相对于大气环境更直接地影响着人们的身心健康，改善居室环境己成为具有深远意义的研究课题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种含有纳米矿物质的复合空气净化剂及其制备方法。
本发明是这样实现的：
一种含有纳米矿物质的复合空气净化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：将海泡石、聚乙二醇、硝酸盐、水在温度为60-80℃下搅拌1-5小时，离心，弃上清液将沉淀物干燥24-48小时，研磨成目粉末，得到改性海泡石；
S2：将改性海泡石、碳纳米管、负离子粉、二氧化钛光触媒溶胶混合均匀，得到混合料；
S3：将混合料采用制粒机进行造粒，粒度为0.2-1mm，在50-60℃下干燥5-15小时，然后在240-260℃下焙烧活化1-5小时即得。
作为一种改进的方案，一种含有纳米矿物质的复合空气净化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：将45-55重量份海泡石、5-15重量份聚乙二醇、0.3-0.9重量份硝酸盐、90-110重量份水在温度为60-80℃下以转速为200-400转/分搅拌1-5小时，离心，弃上清液将沉淀物在90-120℃下干燥24-48小时，研磨成120-200目粉末，得到改性海泡石；
S2：将改性海泡石、功能化碳纳米管、负离子粉、二氧化钛光触媒溶胶按重量比为(1-3)：(0.01-0.05)：(0.4-0.9)：(0.01-0.05)混合均匀，得到混合料；
S3：将混合料采用制粒机进行造粒，粒度为0.2-1mm，在50-60℃下干燥5-15小时，然后在240-260℃下焙烧活化1-5小时即得。
所述聚乙二醇为聚乙二醇4000或聚乙二醇6000。
所述功能化碳纳米管的制备方法为：将1-5重量份碳纳米管、0.3-0.8重量份十六胺加入到25-35重量份乙醇中在温度为80-90℃下以转速为150-350转/分搅拌20-30小时，离心，弃上清液将沉淀物在95-105℃下干燥12-24小时，得到功能化碳纳米管。
所述二氧化钛光触媒溶胶的制备方法为：将1-5g钛酸丁酯加入10-30g无水乙醇中混合均匀，得到混合液；在65-75℃水浴下将混合液逐滴加入到2000-5000g去离子水中以转速为200-300转/分搅拌1-5小时；静置陈化5-15天即得。
所述负离子粉为蛋白石粉、电气石粉、六环石粉、麦饭石粉中的一种或多种的混合物。
作为一种改进的方案，所述负离子粉为六环石粉。
所述硝酸盐为硝酸银、硝酸铜、硝酸镍中的一种或多种的混合物。
作为一种改进的方案，所述硝酸盐由35-45wt％硝酸铜和55-65wt％硝酸镍组成。
一种含有纳米矿物质的复合空气净化剂，采用上述方法制备而成。
本发明含有纳米矿物质的复合空气净化剂及其制备方法，研究不同原料及制备工艺对复合空气净化剂性能的影响，通过研究增加海泡石内外表面积的方法，提高海泡石的催化性能和吸附性能，使海泡石达到适宜作空气净化剂；同时优选各原料及改进加工工艺，可以主动吸纳污染物到复合空气净化剂及的孔道中，而且还可以保证其在微米尺度中与催化剂进行充分的接触，从而使催化降解效果得到很大程度的提高。本发明具有有效率高、降解效率稳定等优点。
具体实施方式
甲醛、甲苯去除率测定：依据GB/T 18883-2002《室内空气质量标准》检测所采集样品中的甲醛、甲苯浓度；主要仪器包括4160-2型甲醛测定仪(美国Interscan公司)、QC-2B型甲苯大气采样仪(北京市劳动保护科学研究所)、6890型气相色谱仪(美国Agilent公司)；在模拟测试仓(体积为2m3)中进行，将0.05g甲醛(分析纯，≥99％)和0.05g甲苯(分析纯，≥99％)放入测试仓中挥发12小时后进行采样测试舱内甲醛初始浓度(C1)和甲苯初始浓度(C2)，将2g含有纳米矿物质的复合空气净化剂放入测试仓内，风机通电分别运行3小时进行采样测试舱内甲醛浓度(C3)和甲苯浓度(C4)。甲醛去除率(％)＝(C1-C3)/C1×100；甲苯去除率(％)＝(C2-C4)/C2×100。
负离子发生量测定：取1000克含有纳米矿物质的复合空气净化剂置于体积为1m3的密封箱中，均匀摊开，密闭24小时，用美国Alphalab公司生产的AIC-1000负离子检测仪每隔1小时检测一次，每次取20个数据，求得各数据的平均值作为最终检测结果。
实施例中聚乙二醇6000采用江苏省海安石油化工厂提供的聚乙二醇6000(PEG-6000)。
实施例中碳纳米管采用北京德科岛金科技有限公司提供的型号为CNT105的多壁碳纳米管，管径20-30nm，长度10-30μm。
实施例中海泡石，采用灵寿县德腾矿产品加工厂提供的吸附剂专用100目海泡石粉，品级为一级。
实施例中蛋白石粉，采用大连蛋白石页岩有限公司提供的400目蛋白石粉。
实施例中电气石粉，采用灵寿县沃阳矿产品加工厂提供的325目电气石粉，品级为一级。
实施例中六环石粉，采用灵寿县晶佳矿产品加工厂提供的325目六环石粉，品级为一级。
实施例中麦饭石粉，采用灵寿县华硕矿产品加工厂提供的325目中华麦饭石粉。
实施例1
含有纳米矿物质的复合空气净化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：将50重量份海泡石、10重量份聚乙二醇6000、0.5重量份硝酸镍、100重量份去离子水在温度为70℃下以转速为300转/分搅拌3小时，然后在转速为5000转/分下离心15分钟，弃上清液将沉淀物在100℃下干燥36小时，研磨后用140目筛和160目筛过筛，得到粒度在140-160目的粉末，即为改性海泡石；
S2：将改性海泡石、碳纳米管、六环石粉、二氧化钛光触媒溶胶按重量比为2：0.02：0.65：0.03混合均匀，得到混合料；
S3：将混合料采用制粒机(江阴市远俊机械制造有限公司，型号为GK-50)进行造粒，粒度在0.3-0.6mm，在55℃下干燥10小时，然后用平板式电炉(金坛区金城春兰实验仪器厂，型号为DDF)在250℃下焙烧活化2小时即得。
所述二氧化钛光触媒溶胶的制备方法为：将3g钛酸丁酯加入20g无水乙醇中混合均匀，得到混合液；在70℃水浴下将混合液逐滴加入到3000g去离子水中以转速为200转/分搅拌2小时；静置陈化10天即得。
实施例2
含有纳米矿物质的复合空气净化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：将50重量份海泡石、10重量份聚乙二醇6000、0.5重量份硝酸镍、100重量份去离子水在温度为70℃下以转速为300转/分搅拌3小时，然后在转速为5000转/分下离心15分钟，弃上清液将沉淀物在100℃下干燥36小时，研磨后用140目筛和160目筛过筛，得到粒度在140-160目的粉末，即为改性海泡石；
S2：将改性海泡石、碳纳米管、蛋白石粉、二氧化钛光触媒溶胶按重量比为2：0.02：0.65：0.03混合均匀，得到混合料；
S3：将混合料采用制粒机(江阴市远俊机械制造有限公司，型号为GK-50)进行造粒，粒度在0.3-0.6mm，在55℃下干燥10小时，然后用平板式电炉(金坛区金城春兰实验仪器厂，型号为DDF)在250℃下焙烧活化2小时即得。
所述二氧化钛光触媒溶胶的制备方法为：将3g钛酸丁酯加入20g无水乙醇中混合均匀，得到混合液；在70℃水浴下将混合液逐滴加入到3000g去离子水中以转速为200转/分搅拌2小时；静置陈化10天即得。
实施例3
含有纳米矿物质的复合空气净化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：将50重量份海泡石、10重量份聚乙二醇6000、0.5重量份硝酸镍、100重量份去离子水在温度为70℃下以转速为300转/分搅拌3小时，然后在转速为5000转/分下离心15分钟，弃上清液将沉淀物在100℃下干燥36小时，研磨后用140目筛和160目筛过筛，得到粒度在140-160目的粉末，即为改性海泡石；
S2：将改性海泡石、碳纳米管、电气石粉、二氧化钛光触媒溶胶按重量比为2：0.02：0.65：0.03混合均匀，得到混合料；
S3：将混合料采用制粒机(江阴市远俊机械制造有限公司，型号为GK-50)进行造粒，粒度在0.3-0.6mm，在55℃下干燥10小时，然后用平板式电炉(金坛区金城春兰实验仪器厂，型号为DDF)在250℃下焙烧活化2小时即得。
所述二氧化钛光触媒溶胶的制备方法为：将3g钛酸丁酯加入20g无水乙醇中混合均匀，得到混合液；在70℃水浴下将混合液逐滴加入到3000g去离子水中以转速为200转/分搅拌2小时；静置陈化10天即得。
实施例4
含有纳米矿物质的复合空气净化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：将50重量份海泡石、10重量份聚乙二醇6000、0.5重量份硝酸镍、100重量份去离子水在温度为70℃下以转速为300转/分搅拌3小时，然后在转速为5000转/分下离心15分钟，弃上清液将沉淀物在100℃下干燥36小时，研磨后用140目筛和160目筛过筛，得到粒度在140-160目的粉末，即为改性海泡石；
S2：将改性海泡石、碳纳米管、麦饭石粉、二氧化钛光触媒溶胶按重量比为2：0.02：0.65：0.03混合均匀，得到混合料；
S3：将混合料采用制粒机(江阴市远俊机械制造有限公司，型号为GK-50)进行造粒，粒度在0.3-0.6mm，在55℃下干燥10小时，然后用平板式电炉(金坛区金城春兰实验仪器厂，型号为DDF)在250℃下焙烧活化2小时即得。
所述二氧化钛光触媒溶胶的制备方法为：将3g钛酸丁酯加入20g无水乙醇中混合均匀，得到混合液；在70℃水浴下将混合液逐滴加入到3000g去离子水中以转速为200转/分搅拌2小时；静置陈化10天即得。
实施例5
含有纳米矿物质的复合空气净化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：将50重量份海泡石、10重量份聚乙二醇6000、0.5重量份硝酸镍、100重量份去离子水在温度为70℃下以转速为300转/分搅拌3小时，然后在转速为5000转/分下离心15分钟，弃上清液将沉淀物在100℃下干燥36小时，研磨后用140目筛和160目筛过筛，得到粒度在140-160目的粉末，即为改性海泡石；
S2：将改性海泡石、功能化碳纳米管、六环石粉、二氧化钛光触媒溶胶按重量比为2：0.02：0.65：0.03混合均匀，得到混合料；
S3：将混合料采用制粒机(江阴市远俊机械制造有限公司，型号为GK-50)进行造粒，粒度在0.3-0.6mm，在55℃下干燥10小时，然后用平板式电炉(金坛区金城春兰实验仪器厂，型号为DDF)在250℃下焙烧活化2小时即得。
所述二氧化钛光触媒溶胶的制备方法为：将3g钛酸丁酯加入20g无水乙醇中混合均匀，得到混合液；在70℃水浴下将混合液逐滴加入到3000g去离子水中以转速为200转/分搅拌2小时；静置陈化10天即得。
所述功能化碳纳米管的制备方法为：将3.5重量份碳纳米管、0.5重量份十六胺加入到30重量份乙醇中在温度为85℃下以转速为180转/分搅拌24小时，在转速为5000转/分下离心20分钟，弃上清液将沉淀物在100℃下干燥16小时，得到功能化碳纳米管。
实施例6
含有纳米矿物质的复合空气净化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：将50重量份海泡石、10重量份聚乙二醇6000、0.5重量份硝酸银、100重量份去离子水在温度为70℃下以转速为300转/分搅拌3小时，然后在转速为5000转/分下离心15分钟，弃上清液将沉淀物在100℃下干燥36小时，研磨后用140目筛和160目筛过筛，得到粒度在140-160目的粉末，即为改性海泡石；
S2：将改性海泡石、功能化碳纳米管、六环石粉、二氧化钛光触媒溶胶按重量比为2：0.02：0.65：0.03混合均匀，得到混合料；
S3：将混合料采用制粒机(江阴市远俊机械制造有限公司，型号为GK-50)进行造粒，粒度在0.3-0.6mm，在55℃下干燥10小时，然后用平板式电炉(金坛区金城春兰实验仪器厂，型号为DDF)在250℃下焙烧活化2小时即得。
所述二氧化钛光触媒溶胶的制备方法为：将3g钛酸丁酯加入20g无水乙醇中混合均匀，得到混合液；在70℃水浴下将混合液逐滴加入到3000g去离子水中以转速为200转/分搅拌2小时；静置陈化10天即得。
所述功能化碳纳米管的制备方法为：将3.5重量份碳纳米管、0.5重量份十六胺加入到30重量份乙醇中在温度为85℃下以转速为180转/分搅拌24小时，在转速为5000转/分下离心20分钟，弃上清液将沉淀物在100℃下干燥16小时，得到功能化碳纳米管。
实施例7
含有纳米矿物质的复合空气净化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：将50重量份海泡石、10重量份聚乙二醇6000、0.5重量份硝酸铜、100重量份去离子水在温度为70℃下以转速为300转/分搅拌3小时，然后在转速为5000转/分下离心15分钟，弃上清液将沉淀物在100℃下干燥36小时，研磨后用140目筛和160目筛过筛，得到粒度在140-160目的粉末，即为改性海泡石；
S2：将改性海泡石、功能化碳纳米管、六环石粉、二氧化钛光触媒溶胶按重量比为2：0.02：0.65：0.03混合均匀，得到混合料；
S3：将混合料采用制粒机(江阴市远俊机械制造有限公司，型号为GK-50)进行造粒，粒度在0.3-0.6mm，在55℃下干燥10小时，然后用平板式电炉(金坛区金城春兰实验仪器厂，型号为DDF)在250℃下焙烧活化2小时即得。
所述二氧化钛光触媒溶胶的制备方法为：将3g钛酸丁酯加入20g无水乙醇中混合均匀，得到混合液；在70℃水浴下将混合液逐滴加入到3000g去离子水中以转速为200转/分搅拌2小时；静置陈化10天即得。
所述功能化碳纳米管的制备方法为：将3.5重量份碳纳米管、0.5重量份十六胺加入到30重量份乙醇中在温度为85℃下以转速为180转/分搅拌24小时，在转速为5000转/分下离心20分钟，弃上清液将沉淀物在100℃下干燥16小时，得到功能化碳纳米管。
实施例8
含有纳米矿物质的复合空气净化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：将50重量份海泡石、10重量份聚乙二醇6000、0.2重量份硝酸铜、0.3重量份硝酸镍、100重量份去离子水在温度为70℃下以转速为300转/分搅拌3小时，然后在转速为5000转/分下离心15分钟，弃上清液将沉淀物在100℃下干燥36小时，研磨后用140目筛和160目筛过筛，得到粒度在140-160目的粉末，即为改性海泡石；
S2：将改性海泡石、功能化碳纳米管、六环石粉、二氧化钛光触媒溶胶按重量比为2：0.02：0.65：0.03混合均匀，得到混合料；
S3：将混合料采用制粒机(江阴市远俊机械制造有限公司，型号为GK-50)进行造粒，粒度在0.3-0.6mm，在55℃下干燥10小时，然后用平板式电炉(金坛区金城春兰实验仪器厂，型号为DDF)在250℃下焙烧活化2小时即得。
所述二氧化钛光触媒溶胶的制备方法为：将3g钛酸丁酯加入20g无水乙醇中混合均匀，得到混合液；在70℃水浴下将混合液逐滴加入到3000g去离子水中以转速为200转/分搅拌2小时；静置陈化10天即得。
所述功能化碳纳米管的制备方法为：将3.5重量份碳纳米管、0.5重量份十六胺加入到30重量份乙醇中在温度为85℃下以转速为180转/分搅拌24小时，在转速为5000转/分下离心20分钟，弃上清液将沉淀物在100℃下干燥16小时，得到功能化碳纳米管。含有纳米矿物质的复合空气净化剂性能测试结果：甲醛去除率为91％，甲苯去除率为76％，负离子发生量为1360个/cm3。
测试例1
对实施例1-7制备的含有纳米矿物质的复合空气净化剂性能进行测试，具体测试结果见表1。
表1：含有纳米矿物质的复合空气净化剂性能测试结果表
本发明创造性的在空气净化剂中添加负离子粉，并研究了不同种类负离子粉对含有纳米矿物质的复合空气净化剂甲醛去除率、甲苯去除率、负离子发生量的影响，由表1看出采用六环石时含有纳米矿物质的复合空气净化剂性能最优异；实施例5对碳纳米管进行功能化改性，效果明显优于实施例1。其原因可能是碳纳米管表面缺陷少，不利于其它粒子的依附；功能化改性后，可以产生一部分的羧基和羟基等基团，这些表面基团有利于其它物种如甲醛、甲苯等与碳纳米管反应。本发明通过优选各原料及改进加工工艺，可以主动吸纳污染物到复合空气净化剂及的孔道中，而且还可以保证其在微米尺度中与催化剂进行充分的接触，从而使催化降解效果得到很大程度的提高。本发明具有有效率高、降解效率稳定等优点。

Claims (9)

1.一种含有纳米矿物质的复合空气净化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将海泡石、聚乙二醇、硝酸盐、水在温度为60-80℃下搅拌1-5小时，离心，弃上清液将沉淀物干燥24-48小时，研磨成目粉末，得到改性海泡石；
S2：将改性海泡石、碳纳米管、负离子粉、二氧化钛光触媒溶胶混合均匀，得到混合料；
S3：将混合料采用制粒机进行造粒，粒度为0.2-1mm，在50-60℃下干燥5-15小时，然后在240-260℃下焙烧活化1-5小时即得。
2.一种含有纳米矿物质的复合空气净化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将45-55重量份海泡石、5-15重量份聚乙二醇、0.3-0.9重量份硝酸盐、90-110重量份水在温度为60-80℃下以转速为200-400转/分搅拌1-5小时，离心，弃上清液将沉淀物在90-120℃下干燥24-48小时，研磨成120-200目粉末，得到改性海泡石；
S2：将改性海泡石、功能化碳纳米管、负离子粉、二氧化钛光触媒溶胶按重量比为(1-3)：(0.01-0.05)：(0.4-0.9)：(0.01-0.05)混合均匀，得到混合料；
S3：将混合料采用制粒机进行造粒，粒度为0.2-1mm，在50-60℃下干燥5-15小时，然后在240-260℃下焙烧活化1-5小时即得。
3.根据权利要求2所述含有纳米矿物质的复合空气净化剂的制备方法，其特征在于：所述聚乙二醇为聚乙二醇4000或聚乙二醇6000。
4.根据权利要求2所述含有纳米矿物质的复合空气净化剂的制备方法，其特征在于：所述功能化碳纳米管的制备方法为：将1-5重量份碳纳米管、0.3-0.8重量份十六胺加入到25-35重量份乙醇中在温度为80-90℃下以转速为150-350转/分搅拌20-30小时，离心，弃上清液将沉淀物在95-105℃下干燥12-24小时，得到功能化碳纳米管。
5.根据权利要求2所述含有纳米矿物质的复合空气净化剂的制备方法，其特征在于：所述二氧化钛光触媒溶胶的制备方法为：将1-5g钛酸丁酯加入10-30g无水乙醇中混合均匀，得到混合液；在65-75℃水浴下将混合液逐滴加入到2000-5000g去离子水中以转速为200-300转/分搅拌1-5小时；静置陈化5-15天即得。
6.根据权利要求2所述含有纳米矿物质的复合空气净化剂的制备方法，其特征在于：所述负离子粉为蛋白石粉、电气石粉、六环石粉、麦饭石粉中的一种或多种的混合物。
7.根据权利要求6所述含有纳米矿物质的复合空气净化剂的制备方法，其特征在于：所述负离子粉为六环石粉。
8.根据权利要求2或7所述含有纳米矿物质的复合空气净化剂的制备方法，其特征在于：所述硝酸盐为硝酸银、硝酸铜、硝酸镍中的一种或多种的混合物。
9.一种含有纳米矿物质的复合空气净化剂，采用权利要求1-8中任一项所述方法制备而成。
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