CN108043438A - 暗光及无光条件下可高效分解有机污染物的纳米光谱长效媒，其制备方法及应用 - Google Patents
暗光及无光条件下可高效分解有机污染物的纳米光谱长效媒，其制备方法及应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及暗光及无光条件下可高效分解有机污染物的纳米光谱长效媒，该纳米光谱长效媒由100重量份的水和3‑20重量份的纳米改性氧化铌组成，纳米改性氧化铌由以下步骤制备而成：室温下，将3‑10重量份的五氯化铌溶解于100重量份无水乙醇中，得到五氯化铌乙醇溶液，静置5‑30分钟；将5‑15重量份的钒酸铋，0.01‑0.1重量份的封闭异氰酸酯加入至五氯化铌乙醇溶液，合均匀，得到第一混合液；保持搅拌第一混合液，将100重量份乙醇水溶液以3‑10ml/min的速度滴入第一混合液中；加入N，N‑二甲基甲酰胺，保持搅拌第一混合液30分钟，室温静置得到第二混合液；浸泡干燥后，将干燥物在马弗炉中，于400‑500温度下煅烧，得到纳米改性氧化铌。纳米光谱长效媒在暗光及无光条件具有很好的催化效果。
Description
技术领域
本发明涉及暗光及无光条件下可高效分解有机污染物的纳米光谱长效媒，还涉及暗光及无光条件下可高效分解有机污染物的纳米光谱长效媒的制备方法，还涉及暗光及无光条件下可高效分解有机污染物的纳米光谱长效媒在空气净化中的应用。
背景技术
近年来，随着人民生活水平的提高，人们对室内装修标准的要求也越来越高，家居装饰日趋现代化，但由于材料和装修而导致的室内空气化学物质污染问题随之而来。这些化学物严重影响了居民身体健康，已引起世界各国和国内有关部门的高度重视。在众多污染源中，甲醛等挥发性有机物以量大、毒性强、吸收强、范围广，列为了头号污染物。
甲醛等挥发性有机物均为较高毒性的物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物之一。研究表明：挥发性有机物中的甲醛具有强烈的致癌和促癌作用。大量文献记载，甲醛对人体健康的影响主要表现在嗅觉异常、刺激、过敏、肺功能异常、肝功能异常和免疫功能异常等方面。其浓度在每立方米空气中达到0.06-0.07mg/m3时，儿童就会发生轻微气喘。当室内空气中甲醛含量为0.1mg/m3时，就有异味和不适感；达到0.5mg/m3时，可刺激眼睛，引起流泪；达到0.6mg/m3，可引起咽喉不适或疼痛。浓度更高时，可引起恶心呕吐，咳嗽胸闷，气喘甚至肺水肿；达到30mg/m3时，会立即致人死亡。长期接触低剂量甲醛可引起慢性呼吸道疾病，引起鼻咽癌、结肠癌、脑瘤、月经紊乱、细胞核的基因突变，DNA单链内交连和DNA与蛋白质交连及抑制DNA损伤的修复、妊娠综合症、引起新生儿染色体异常、白血病，引起青少年记忆力和智力下降。在所有接触者中，儿童和孕妇对甲醛尤为敏感，危害也就更大，是因为装修和家具的污染所致，其释放期长达3-15年，遇热遇潮就会从材料深层挥发出来，严重污染环境，已成为难以解决的世界性难题。
调查研究发现，造成室内空气污染的主要途径是家居使用的大量装饰材料和家具等，主要包括室内装饰用胶合板、细木工板、刨花板等人造板材。由于目前生产装饰板所使用的胶粘剂多以脲醛树脂为主，因此板材中残留的挥发性有机物组分会逐渐向空气中释放，成为室内气体中挥发性有机物气体污染的主要来源，而释放出的挥发性有机物气体也会逐渐在墙壁、地板、甚至儿童玩具中积聚，对人体尤其是青少年造成较大危害。此外，其他各类装饰材料如墙布、墙纸、化纤地毯、油漆和涂料等也含有挥发性有机物成分从而造成室内挥发性有机物气体含量增多。而人造地板、家具如使用了不合格的板材或是粘接材料使用了劣质胶水也会产生大量的挥发性有机物排放。特别要说明的是，挥发性有机物还来自化妆品、清洁剂、杀虫剂、消毒剂、防腐剂、印刷、油墨、纸张等，甚至某些衣物中也含有大量的挥发性有机物。
上述分析表明：挥发性有机物在室内的污染具有多途径、隐蔽性、积聚性等特点。其散发途径包括了建材、装饰材料以及日常用品等，同时由于挥发性有机物的缓慢释放特性往不易被人察觉，而其本身又不会很快分解，这就使得挥发性有机物的危害程度较其他污染物质更为严重。所以发明一种能高效彻底清除挥发性有机物的药剂非常重要！
目前挥发性有机物消除剂基本可分为4类：
第一类是封闭剂，如申请号为01138098.5发明的封闭吸除剂及其制备方法和使用方法，主要是由几丁聚糖、乙酸和水所组成，形成透明的薄膜封闭挥发性有机物。
第二类是能氧化挥发性有机物的氧化剂，如申请号为200510090754.1发明的清除剂是以碳酸氢钠、过氧化氢及水组成的混合溶液，通过氧化游离挥发性有机物分子起到消除挥发性有机物污染；
第三类是氨的衍生物，如申请号为02100765.9发明的利用氨的衍生物为原料，与尿素在中性条件下进行反应捕捉清除醛类挥发性有机物。
第四类是氨基酸类，如申请号为200610017363.1发明的一种氨基酸型清除剂及其制备方法，通过氨基酸和醛类化合物反应生成羟甲基氨基酸清除醛类挥发性有机物。
从原理上来说，封闭剂阻断了挥发性有机物释放的源头，应该能够彻底消除挥发性有机物的污染途径，是一种比较好做法，但是，在实际使用过程中，由于家具在日常生活中不可避免地被磨损，经过一段时间之后当初涂抹的封闭剂就会失去原有的作用。而使用消除剂、捕捉剂等方法存在着消除效果的问题，虽然在一定程度上能够减少污染，但由于室内环境的污染受污染程度、温度、空气流通度等诸多因素的影响，消除反应往往难以进行彻底，因此也很难达到理想的消除挥发性有机物的效果。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明一方面提供了暗光及无光条件下可高效分解有机污染物的纳米光谱长效媒，所述纳米光谱长效媒由100重量份的水和3-20重量份的纳米改性氧化铌组成，纳米改性氧化铌由以下步骤制备而成：
室温下，将3-10重量份的五氯化铌溶解于100重量份无水乙醇中，得到五氯化铌乙醇溶液，静置5-30分钟；
将5-15重量份的钒酸铋，0.01-0.1重量份的封闭异氰酸酯加入至五氯化铌乙醇溶液，合均匀，得到第一混合液；
保持搅拌第一混合液，将100重量份乙醇水溶液以3-10ml/min的速度滴入第一混合液中；
加入N，N-二甲基甲酰胺，保持搅拌第一混合液30分钟，室温静置得到第二混合液；
将第二混合液与30-45摄氏度下用水浸泡6-24小时后，升温至40-45摄氏度干燥12-48小时后，升温至封闭异氰酸酯封温度并保持3-10小时，升温至100-160摄氏度干燥至恒重，得到干燥物，所述封闭异氰酸酯的解封温度大于50摄氏度，小于100摄氏度；
将干燥物在马弗炉中，于400-500温度下煅烧，得到纳米改性氧化铌。
所述封闭异氰酸酯为亚硫酸氢钠封闭异氰酸酯。
所述纳米改性氧化铌的平均粒径为5-100纳米。
本发明另一方面还涉及暗光及无光条件下可高效分解有机污染物的纳米光谱长效媒的制备方法，所述纳米光谱长效媒的制备方法包括以下步骤：
室温下，将3-10重量份的五氯化铌溶解于100重量份无水乙醇中，得到五氯化铌乙醇溶液，静置5-30分钟；
将5-15重量份的钒酸铋，0.01-0.1重量份的封闭异氰酸酯加入至五氯化铌乙醇溶液，合均匀，得到第一混合液；
保持搅拌第一混合液，将100重量份乙醇水溶液以3-10ml/min的速度滴入第一混合液中；
加入N，N-二甲基甲酰胺，保持搅拌第一混合液30分钟，室温静置得到第二混合液；
将第二混合液与30-45摄氏度下用水浸泡6-24小时后，升温至40-45摄氏度干燥12-48小时后，升温至封闭异氰酸酯封温度并保持3-10小时，升温至100-160摄氏度干燥至恒重，得到干燥物，所述封闭异氰酸酯的解封温度大于50摄氏度，小于100摄氏度；
将干燥物在马弗炉中，于400-500温度下煅烧，得到纳米改性氧化铌；
将3-20重量份的纳米改性氧化铌溶解于100重量份的水得到纳米光谱长效媒。
所述封闭异氰酸酯为亚硫酸氢钠封闭异氰酸酯。
所述纳米改性氧化铌的平均粒径为5-100纳米。
所述钒酸铋粉末的制备方法包括以下步骤：
将钒酸钠和硝酸铋分别溶解于去离子水中，将钒酸钠溶液逐滴滴入硝酸铋溶液中，搅拌30分钟后，静置5小时后，放入恒温干燥箱中，与160摄氏度下反应12小时后，冷却至室温后，抽滤、洗涤、干燥，得到钒酸铋粉末。
本发明还涉及前述的无光条件下可高效分解有机污染物的纳米光谱长效媒在空气净化中的应用。
本发明的纳米光谱长效媒中的改性氧化铌纳米带表面异质结构的设计，是基于半导体异质结构理论，比如利用肖特基效应，p-n结效应和能级匹配等，通过对氧化铌纳米带表面与组装的纳米颗粒之间的界面能带结构进行调节，从而实现光生载流子的有效分离。更重要的是，由于纳米带具有较大的表面积，组装可见光催化剂颗粒时，适当的颗粒尺寸和颗粒分布密度，可以在提供可见光催化活性的同时，保留氧化铌的紫外光催化活性，实现紫外-可见宽波段光催化。
本发明使用亚硫酸氢钠封闭异氰酸酯和钒酸铋作为掺杂改性化合物，得制备得到的光谱长效媒具有在弱光下分解有机物的高效能力。从催化效率角度看，亚硫酸氢钠作为杂化的硫元素来源优于硫酸钠和硫化钠。
本发明制备得到的纳米光谱长效媒在弱光或无光条件下也能够获得很好的催化效果，能够有效应用于室内空气的净化。
参考以下详细说明更易于理解本申请的上述以及其他特征、方面和优点。
说明书附图
图1为紫外可见漫反射光谱对比图。
具体实施方式
下面参照几个例子详细描述本发明。
实施例1
钒酸铋的制备
将0.0015mol的钒酸钠和0.00mol的硝酸铋分别溶解于去离子水中，将钒酸钠溶液逐滴滴入硝酸铋溶液中，搅拌30分钟后，静置5小时后，放入恒温干燥箱中，与160摄氏度下反应12小时后，冷却至室温后，继续保持搅拌并加入0.01mol的双氧水，抽滤、洗涤、干燥，得到钒酸铋粉末。
纳米改性氧化铌的制备：
室温下，将8重量份的五氯化铌溶解于100重量份无水乙醇中，得到五氯化铌乙醇溶液，静置15分钟；将15重量份的钒酸铋，0.08重量份的亚硫酸氢钠封闭HDI加入至五氯化铌乙醇溶液，合均匀，得到第一混合液；保持搅拌第一混合液，将100重量份乙醇水溶液以4ml/min的速度滴入第一混合液中；加入30重量份的N，N-二甲基甲酰胺，保持搅拌第一混合液30分钟，室温静置得到第二混合液；将第二混合液与40摄氏度下用水浸泡12小时后，升温至45摄氏度干燥24小时后，升温至60摄氏度并保持4小时，升温至150摄氏度干燥至恒重，得到干燥物；将干燥物在马弗炉中，于450温度下煅烧，得到纳米改性氧化铌。
将15重量份的纳米改性氧化铌溶解于100重量份的水得到纳米光谱长效媒。
实施例2
钒酸铋的制备
将0.0015mol的钒酸钠和0.00mol的1硝酸铋分别溶解于去离子水中，将钒酸钠溶液逐滴滴入硝酸铋溶液中，搅拌30分钟后，静置5小时后，放入恒温干燥箱中，与160摄氏度下反应12小时后，冷却至室温后，继续保持搅拌并加入0.01mol的双氧水，抽滤、洗涤、干燥，得到钒酸铋粉末。
纳米改性氧化铌的制备：
室温下，将5重量份的五氯化铌溶解于100重量份无水乙醇中，得到五氯化铌乙醇溶液，静置15分钟；将10重量份的钒酸铋，0.05重量份的亚硫酸氢钠封闭HDI加入至五氯化铌乙醇溶液，合均匀，得到第一混合液；保持搅拌第一混合液，将100重量份乙醇水溶液以4ml/min的速度滴入第一混合液中；加入30重量份的N，N-二甲基甲酰胺，保持搅拌第一混合液30分钟，室温静置得到第二混合液；将第二混合液与40摄氏度下用水浸泡12小时后，升温至45摄氏度干燥24小时后，升温至60摄氏度并保持4小时，升温至150摄氏度干燥至恒重，得到干燥物；将干燥物在马弗炉中，于450温度下煅烧，得到纳米改性氧化铌。
将15重量份的纳米改性氧化铌溶解于100重量份的水得到纳米光谱长效媒。
实施例3
钒酸铋的制备
将0.0015mol的钒酸钠和0.00mol的1硝酸铋分别溶解于去离子水中，将钒酸钠溶液逐滴滴入硝酸铋溶液中，搅拌30分钟后，静置5小时后，放入恒温干燥箱中，与160摄氏度下反应12小时后，冷却至室温后，继续保持搅拌并加入0.01mol的双氧水，抽滤、洗涤、干燥，得到钒酸铋粉末。
纳米改性氧化铌的制备：
室温下，将4重量份的五氯化铌溶解于100重量份无水乙醇中，得到五氯化铌乙醇溶液，静置15分钟；将14重量份的钒酸铋，0.05重量份的亚硫酸氢钠封闭HDI加入至五氯化铌乙醇溶液，合均匀，得到第一混合液；保持搅拌第一混合液，将100重量份乙醇水溶液以4ml/min的速度滴入第一混合液中；加入30重量份的N，N-二甲基甲酰胺，保持搅拌第一混合液30分钟，室温静置得到第二混合液；将第二混合液与40摄氏度下用水浸泡12小时后，升温至45摄氏度干燥24小时后，升温至60摄氏度并保持4小时，升温至150摄氏度干燥至恒重，得到干燥物；将干燥物在马弗炉中，于450温度下煅烧，得到纳米改性氧化铌。
将15重量份的纳米改性氧化铌溶解于100重量份的水得到纳米光谱长效媒。
实施例4
钒酸铋的制备
将0.0015mol的钒酸钠和0.00mol的1硝酸铋分别溶解于去离子水中，将钒酸钠溶液逐滴滴入硝酸铋溶液中，搅拌30分钟后，静置5小时后，放入恒温干燥箱中，与160摄氏度下反应12小时后，冷却至室温后，继续保持搅拌并加入0.01mol的双氧水，抽滤、洗涤、干燥，得到钒酸铋粉末。
纳米改性氧化铌的制备：
室温下，将8重量份的五氯化铌溶解于100重量份无水乙醇中，得到五氯化铌乙醇溶液，静置15分钟；将15重量份的钒酸铋，0.08重量份的亚硫酸氢钠封闭HDI加入至五氯化铌乙醇溶液，合均匀，得到第一混合液；保持搅拌第一混合液，将100重量份乙醇水溶液以4ml/min的速度滴入第一混合液中；加入30重量份的N，N-二甲基甲酰胺，保持搅拌第一混合液30分钟，室温静置得到第二混合液；将第二混合液与40摄氏度下用水浸泡12小时后，升温至45摄氏度干燥24小时后，升温至60摄氏度并保持4小时，升温至150摄氏度干燥至恒重，得到干燥物；将干燥物在马弗炉中，于450温度下煅烧，得到纳米改性氧化铌。
将15重量份的纳米改性氧化铌溶解于100重量份的水得到纳米光谱长效媒。
对比例1
与实施例1相同，加入0.06重量份的HDI和0.02重量份的亚硫酸氢钠代替亚硫酸氢钠封闭HDI。
对比例2
与实施例1相同，加入0.08重量份的氢氰酸封闭HDI代替亚硫酸氢钠封闭HDI。第二阶段升温至在120摄氏度解封。
对比例3
与实施例1相同，加入0.06重量份的HDI和0.02重量份的硫化钠代替亚硫酸氢钠封闭HDI。
对比例4
与实施例1相同，不加入15重量份的钒酸铋。
对比例5
与实施例1相同，加入0.06重量份的HDI和0.02重量份的硫酸钠代替亚硫酸氢钠封闭HDI。
光催化活性测试，见图1的紫外可见漫反射光谱对比图，由上至下，分别为实施例1制备得到的纳米光谱长效媒、实施例4制备得到的纳米光谱长效媒、对比例1制备得到的纳米光谱长效媒、对比例2制备得到的纳米光谱长效媒、P25型普通纳米氧化钛。纵坐标表示吸光度，横坐标表示波长。实施例1制备得到的纳米光谱长效媒在可见光的吸光度AU基本为0.9，实施例4制备得到的纳米光谱长效媒在可见光的吸光度AU基本为0.8，对比例1和对比例2实施例制备得到的纳米光谱长效媒在可见光的吸光度AU基本为实施例1的一半左右。可以看出，通过亚硫酸氢钠封闭HDI在纳米材料表面引入了硫元素和氮元素，大大提高了光谱长效媒在可见光区域的催化效率。
2，4-二氯苯酚降解实验:
用分析天平准确称取本发明的光谱长效媒 1000mg，加入到定制比例管内，再加入100mg/L的2，4-二氯苯酚60ml，充分分散后，在200lux的光源下充分反应24小时。反应前和反应后分别取样5ml，并用孔径为0.22μ的滤膜过滤得到滤液，使用紫外-可见光分光光度计测量。计算2，4-二氯苯酚的消耗率（%）。
可以看出，即使在200lux的光源，本发明的光谱长效媒也具有极好的分解有机物的能力，24小时内95%的2，4-二氯苯酚被本发明实施例1的光谱长效媒分解。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡是根据本发明内容所做的均等变化与修饰，均涵盖在本发明的专利范围内。
Claims (8)
1.暗光及无光条件下可高效分解有机污染物的纳米光谱长效媒，其特征在于，所述纳米光谱长效媒由100重量份的水和3-20重量份的纳米改性氧化铌组成，纳米改性氧化铌由以下步骤制备而成：
室温下，将3-10重量份的五氯化铌溶解于100重量份无水乙醇中，得到五氯化铌乙醇溶液，静置5-30分钟；
将5-15重量份的钒酸铋，0.01-0.1重量份的封闭异氰酸酯加入至五氯化铌乙醇溶液，合均匀，得到第一混合液；
保持搅拌第一混合液，将100重量份乙醇水溶液以3-10ml/min的速度滴入第一混合液中；
加入N，N-二甲基甲酰胺，保持搅拌第一混合液30分钟，室温静置得到第二混合液；
将第二混合液与30-45摄氏度下用水浸泡6-24小时后，升温至40-45摄氏度干燥12-48小时后，升温至封闭异氰酸酯封温度并保持3-10小时，升温至100-160摄氏度干燥至恒重，得到干燥物，所述封闭异氰酸酯的解封温度大于50摄氏度，小于100摄氏度；
将干燥物在马弗炉中，于400-500温度下煅烧，得到纳米改性氧化铌。
2.根据权利要求1所述的暗光及无光条件下可高效分解有机污染物的纳米光谱长效媒，其特征在于，所述封闭异氰酸酯为亚硫酸氢钠封闭异氰酸酯。
3.根据权利要求1所述的暗光及无光条件下可高效分解有机污染物的纳米光谱长效媒，其特征在于，所述纳米改性氧化铌的平均粒径为5-100纳米。
4.暗光及无光条件下可高效分解有机污染物的纳米光谱长效媒的制备方法，其特征在于，所述纳米光谱长效媒的制备方法包括以下步骤：
室温下，将3-10重量份的五氯化铌溶解于100重量份无水乙醇中，得到五氯化铌乙醇溶液，静置5-30分钟；
将5-15重量份的钒酸铋，0.01-0.1重量份的封闭异氰酸酯加入至五氯化铌乙醇溶液，合均匀，得到第一混合液；
保持搅拌第一混合液，将100重量份乙醇水溶液以3-10ml/min的速度滴入第一混合液中；
加入N，N-二甲基甲酰胺，保持搅拌第一混合液30分钟，室温静置得到第二混合液；
将第二混合液与30-45摄氏度下用水浸泡6-24小时后，升温至40-45摄氏度干燥12-48小时后，升温至封闭异氰酸酯封温度并保持3-10小时，升温至100-160摄氏度干燥至恒重，得到干燥物，所述封闭异氰酸酯的解封温度大于50摄氏度，小于100摄氏度；
将干燥物在马弗炉中，于400-500温度下煅烧，得到纳米改性氧化铌；
将3-20重量份的纳米改性氧化铌溶解于100重量份的水得到纳米光谱长效媒。
5.根据权利要求4所述的暗光及无光条件下可高效分解有机污染物的纳米光谱长效媒的制备方法，其特征在于，所述封闭异氰酸酯为亚硫酸氢钠封闭异氰酸酯。
6.根据权利要求4所述的暗光及无光条件下可高效分解有机污染物的纳米光谱长效媒的制备方法，其特征在于，所述纳米改性氧化铌的平均粒径为5-100纳米。
7.根据权利要求4所述的暗光及无光条件下可高效分解有机污染物的纳米光谱长效媒的制备方法，其特征在于，所述钒酸铋粉末的制备方法包括以下步骤：
将钒酸钠和硝酸铋分别溶解于去离子水中，将钒酸钠溶液逐滴滴入硝酸铋溶液中，搅拌30分钟后，静置5小时后，放入恒温干燥箱中，与160摄氏度下反应12小时后，冷却至室温后，抽滤、洗涤、干燥，得到钒酸铋粉末。
8.权利要求1-3中任意一项权利要求所述的无光条件下可高效分解有机污染物的纳米光谱长效媒在空气净化中的应用。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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