CN107670496A - 一种空气净化液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空气净化液及其制备方法,该一种空气净化液包括以下组分:3~7wt%的纳米二氧化钛光催化剂、8~10wt%的PEO‑PPO‑PEO三嵌段共聚物、2~4wt%的羧甲基纤维素、9~13wt%的甘油、40~45wt%的C1~C2醇和30~34wt%的水,所述C1~C2醇为甲醇或乙醇,使用一次即可持续净化,具有简化净化工序的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种空气净化液及其制备方法。
背景技术
近年来,随着大量化学建筑材料的使用,室内的空气质量堪忧,空气污染已成为危害人类的隐形杀手。
目前,针对改善室内空气质量的研究已成为热点之一。其中,光触媒技术是当前较为认可的方向,光触媒中又以纳米TiO2为主要研发方向。TiO2是n型半导体,其禁带宽度为3.2e V,当二氧化钛受到光能大于或等于其禁带宽度的光照射后(或当波长小于或等于387nm的入射光照射到二氧化钛表面),价带上的电子就可以被激发跃迁到相应的导带,在价带上产生空穴,从而形成电子—空穴对。光生电子和空穴在空间电荷层的作用下,发生有效分离,空穴转移到二氧化钛的表面,与二氧化钛表面上的羟基自由基,该自由基具有强氧化性,在一定程度上可将几乎所有的有机物氧化分解为水或二氧化碳等无机物小分子,而且由于其强氧化性,氧化反应一般不停留在中间步骤,不产生中间产物,因此没有二次污染。多数场合里,光催化反应都离不开空气和水,这是因为氧气或水分子和光生电子及空穴结合产生化学性质极为活泼自由基基团,反应为:
TiO2+hv→h+(TiO2)+e-(TiO2);
h++H2O→·OH+H+;
e-+O2→·O2 -;
H++·O2 -→·OOH-;
2·OOH→O2+H2O2;
H2O2+·O2 -→·OH+OH-+O2;
H2O2+hv→2·OH;
有机污染物+·OH+O2→CO2+H2O+无机小分子。
虽然以纳米TiO2为有效成分的空气净化液具有高效净化的效果,但其存在以下技术问题:室内装修板材的制作和粘接过程引入了较多的粘结剂和涂料,这些粘结剂和涂料中含有相当的醛类、酮类和酯类等有机溶剂,这些有机溶剂的扩散因其存在的位置(包括相对板材的位置以及其处于粘结剂或涂料的位置)的不同而不同,导致这些有机溶剂是逐渐扩散至空气中,所以需要多次使用空气净化液进行净化,净化工序较为麻烦。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种空气净化液,使用一次即可持续净化,具有简化净化工序的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
一种空气净化液,包括以下组分:3~7wt%的纳米二氧化钛光催化剂、8~10wt%的PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物、2~4wt%的羧甲基纤维素、9~13wt%的甘油、40~45wt%的C1~C2醇和30~34wt%的水,所述C1~C2醇为甲醇或乙醇。
进一步优选为:所述PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物为P123型。
进一步优选为:包括以下组分:5wt%的纳米二氧化钛光催化剂、9wt%的P123型PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物、3wt%的羧甲基纤维素、10wt%的甘油、42wt%的C1~C2醇和31wt%的水。
进一步优选为:包括以下组分:4.8wt%的纳米二氧化钛光催化剂、8.6wt%的P123型PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物、2.9wt%的羧甲基纤维素、9.5wt%的甘油、40.0wt%的C1~C2醇、30.0wt%的水、3.2wt%的NaCl和1.0wt%丙烯酸树脂。
本发明的第二目的是提供一种空气净化液的制备方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
一种空气净化液的制备方法,包括以下步骤:
(1)取配方量的PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物、配方量的甘油以及2/3~3/4配方量的水混合,搅拌均匀得到混合物A;
(2)取配方量的羧甲基纤维素以及2/3~3/4配方量的C1~C2醇混合,搅拌均匀得到混合物B;
(3)取配方量的纳米二氧化钛光催化剂、剩余配方量的水、剩余配方量的C1~C2醇混合,搅拌均匀得到混合物C;
(4)搅拌混合物C,并同时向其滴加混合物A和混合物B,搅拌均匀即得。
进一步优选为:步骤(1)中还添加有配方量的NaCl,步骤(2)中还添加有配方量的丙烯酸树脂。
进一步优选为:步骤(3)采用的纳米二氧化钛光催化剂原料中含有至少5wt%的锐钛矿相。
综上所述,本发明具有以下有益效果:
1、在光照作用下,纳米二氧化钛光催化剂能分解出自由基,该自由基将有机物氧化分解为水或二氧化碳等无机物小分子,具有较强的净化作用;在以板材装修材料中,其能持续释放甲醛等有机挥发物,C1~C2醇和水的作用可促进纳米二氧化钛光催化剂喷洒时向板材内部扩散,同时C1~C2醇和水渗入板材内的粘合剂等处而将溶解在粘合剂内的部分有机挥发物挥发出,减少持续挥发的可能性;而PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物一方面具有较好的亲水性,对水溶液起到增溶作用,增加溶解纳米二氧化钛光催化剂在C1~C2醇和水的溶解量,另一方面PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物的一端能与板材内的粘合剂以及板材的木质素等以氢键的形式结合,另一端与纳米二氧化钛光催化剂以氢键的形式结合,起到连接的作用,使得纳米二氧化钛光催化剂能吸附在板材上,起到持续净化的效果;羧甲基纤维素和甘油一方面也可以起到连接米二氧化钛光催化剂和板材的效果,另一方面通过增强稠度减少纳米二氧化钛光催化剂的外溢;在这个过程中体系仍为透光,减少纳米二氧化钛光催化剂因无光而无法净化的可能性;
2、在本申请的方案中加入NaCl以及丙烯酸树脂,调节体系的离子浓度以及稠度,进一步加强净化效果和速度,另外也增效保持锐钛矿相;
3、测试A说明,本申请的一种空气净化液将室内的甲醛浓度以及室内总有机挥发物浓度分别降低至0.1mg/m3和0.2mg/m3以下,净化速度较快,净化持久,高效,对低浓度的污染物也具有较好的净化效果;使用一次即可持续净化,具有简化净化工序的优点;
4、测试B说明,本申请的一种空气净化液中纳米二氧化钛光催化剂的晶型能转至高效净化的锐钛矿相,同时在该体系下于50℃/75%RH、25℃/40%RH、-10℃/20%RH下放置的稳定性佳,能保持晶型、产品的稳定性。
具体实施方式
本具体实施例仅仅是对本发明的解释,其并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本发明的保护范围内都受到专利法的保护。
实施例1-4:一种空气净化液,由如下方法制备得到:
(1)取配方量的P123型PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物(即PEO20-PPO70-PEO20)、配方量的甘油以及2/3配方量的水混合,搅拌均匀得到混合物A;
(2)取配方量的羧甲基纤维素以及2/3配方量的甲醇混合,搅拌均匀得到混合物B;
(3)取配方量的纳米二氧化钛光催化剂(经XRD检测的锐钛矿相为10wt%,其余均为金红石型)、1/3配方量的水、1/3配方量的甲醇混合,搅拌均匀得到混合物C;
(4)搅拌混合物C,并同时向其滴加混合物A和混合物B,搅拌均匀即得;
实施例1-4的配方如表1所示。
表1实施例1-4的配方(单位:kg)
实施例5:一种空气净化液,与实施例1的区别在于,PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物选用F127型。
实施例6:一种空气净化液,与实施例1的区别在于,甲醇用乙醇替代。
实施例7:一种空气净化液,与实施例1的区别在于,步骤(3)采用的纳米二氧化钛光催化剂中含有90wt%的锐钛矿相。
实施例8:一种空气净化液,与实施例1的区别在于,步骤(3)采用的纳米二氧化钛光催化剂中含有5wt%的锐钛矿相。
实施例9:一种空气净化液,与实施例1的区别在于,步骤(3)采用的纳米二氧化钛光催化剂中含有2wt%的锐钛矿相。
实施例10:一种空气净化液,与实施例1的区别在于,步骤(3)采用的纳米二氧化钛光催化剂中无锐钛矿相。
实施例11:一种空气净化液,由如下方法制备得到:取配方量的P123型PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物(即PEO20-PPO70-PEO20)、甘油、水、羧甲基纤维素、甲醇、纳米二氧化钛光催化剂(经XRD检测的锐钛矿相为10wt%)混合,搅拌均匀即得;配方信息和实施例1一致。
实施例12:一种空气净化液,由如下方法制备得到:
(1)取8.6kg的P123型PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物(即PEO20-PPO70-PEO20)、9.5kg的甘油、20.0kg的水以及3.2kg的NaCl混合,搅拌均匀得到混合物A;
(2)取2.9kg的羧甲基纤维素、26.7kg的甲醇以及1.0kg的丙烯酸树脂混合,搅拌均匀得到混合物B;
(3)取4.8kg的纳米二氧化钛光催化剂(经XRD检测的锐钛矿相为10wt%)、10.0kg的水、13.3kg的甲醇混合,搅拌均匀得到混合物C;
(4)搅拌混合物C,并同时向其滴加混合物A和混合物B,搅拌均匀即得。
性能表征
1、试验样品:实施例1-12、空白对照、对照品1、对照品2。
空白对照:无空气净化液。
对照品1:市售光触媒喷剂,品牌为凯特莱芝(CATARISE)。
对照品2:一种空气净化液,由如下方法制备得到:取5kg的SDS、25kg的水、68kg甲醇、2kg纳米二氧化钛光催化剂(经XRD检测的锐钛矿相为10wt%)混合,搅拌均匀即得。
2、测试A
取同一批次生产的三合板制四门衣柜(尺寸为4m×2.5m×0.7m)、同一批次的三合板制双人床(尺寸为2m×2m),分别将其放置在30m2的毛坯房间(房间在同一区域,光照和通风情况基本一致;房间的有机挥发物经检测未干扰试验结果)内;对房间随机分成15组,每组3个房间。
于每个房间内的四门衣柜、双人床的表面进行试验样品的喷液处理,喷液的用量为100mg纳米二氧化钛/m2,喷液之后分别对每个房间进行自然通光处理(每隔5天自然通风2小时);分别于7d、30d、90d测试位于房间正中间处的甲醛浓度以及室内总有机挥发物浓度。取样以及测试均按国标进行处理;测试结果取3个房间的平均值。
测试结果如表2和表3所示。表2和表3显示,与空白对照、对照组1和对照组2相比,实施例1-12在90d测试时已将室内的甲醛浓度以及室内总有机挥发物浓度分别降低至0.1mg/m3和0.2mg/m3以下,净化速度较快,同时在检测期间内一直能有效净化空气,净化持久,高效;其中实施例12在90d后将甲醛和室内总有机挥发物浓度分别降低至3ug/m3和16ug/m3,其空气质量远优于国家标准(国标分别为低于0.1mg/m3和0.6mg/m3以下),对低浓度的污染物也具有较好的净化效果。
表2测试A的甲醛浓度结果(单位:ug/m3)
表3测试A的室内总有机挥发物浓度结果(单位:ug/m3)
3、测试B
以实施例1-12以及对照组1、对照组2为试验样品,进行测试。
试验样品分别在50℃/75%RH、25℃/40%RH、-10℃/20%RH下放置180d,然后氮吹除去溶剂得到固体,固体室温晾干后取样研磨并XRPD检测,委外检测(委托机构为浙江大学),定性分析样品中是否有TiO2的金红石型;其中X射线粉末衍射(XRPD)所使用的仪器为Bruker D8Advance Diffractometer,配置有θ-2θ测角仪、Mo单色仪、Lynxeye探测器;采集软件是Diffrac Plus XRPDCommander;仪器在使用前用仪器自带的标准品(一般为刚玉)校准;检测条件为:2θ扫描角度范围3~40°,步长0.02°,速度0.2秒/步;检测过程:采用铜靶波长为1.54nm的KαX-射线,在40kV和40mA的操作条件下,样品在室温条件下测试,把需要检测的样品放在SiP无反射板上。
测试结果如表4所示。表4显示,与对照组1和对照组2相比,在50℃/75%RH、25℃/40%RH、-10℃/20%RH下放置180d放置后,实施例1-12中的TiO2的晶型从原始的含有一定的金红石型而变为基本保持在无金红石型(保持在锐钛矿相),一方面说明采用实施例1-12的配方以及方法能使得TiO2转晶,另一方面又能说明实施例1-12在50℃/75%RH、25℃/40%RH、-10℃/20%RH下放置的稳定性佳,能保持产品的稳定性。又因为TiO2的净化以锐钛矿相为主,所以可以间接说明采用实施例1-12的净化效果更佳。
表4测试B的结果
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种空气净化液,其特征在于,包括以下组分:3~7wt%的纳米二氧化钛光催化剂、8~10wt%的PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物、2~4wt%的羧甲基纤维素、9~13wt%的甘油、40~45wt%的C1~C2醇和30~34wt%的水,所述C1~C2醇为甲醇或乙醇。
2.根据权利要求1所述的一种空气净化液,其特征在于,所述PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物为P123型。
3.根据权利要求1所述的一种空气净化液,其特征在于,包括以下组分:5wt%的纳米二氧化钛光催化剂、9wt%的P123型PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物、3wt%的羧甲基纤维素、10wt%的甘油、42wt%的C1~C2醇和31wt%的水。
4.根据权利要求1所述的一种空气净化液,其特征在于,包括以下组分:4.8wt%的纳米二氧化钛光催化剂、8.6wt%的P123型PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物、2.9wt%的羧甲基纤维素、9.5wt%的甘油、40.0wt%的C1~C2醇、30.0wt%的水、3.2wt%的NaCl和1.0wt%的丙烯酸树脂。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种空气净化液的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)取配方量的PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物、配方量的甘油以及2/3~3/4配方量的水混合,搅拌均匀得到混合物A;
(2)取配方量的羧甲基纤维素以及2/3~3/4配方量的C1~C2醇混合,搅拌均匀得到混合物B;
(3)取配方量的纳米二氧化钛光催化剂、剩余配方量的水、剩余配方量的C1~C2醇混合,搅拌均匀得到混合物C;
(4)搅拌混合物C,并同时向其滴加混合物A和混合物B,搅拌均匀即得。
6.根据权利要求5所述的一种空气净化液的制备方法,其特征在于,步骤(1)中还添加有配方量的NaCl,步骤(2)中还添加有配方量的丙烯酸树脂。
7.根据权利要求5所述的一种空气净化液的制备方法,其特征在于,步骤(3)采用的纳米二氧化钛光催化剂原料中含有至少5wt%的锐钛矿相。
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