CN108069657A - 一种可降解甲醛的硅藻泥 - Google Patents

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Abstract

一种可降解甲醛的硅藻泥，属于室内装修材料领域，本发明要解决现有硅藻泥在正常室内环境中不能真正有效地分解甲醛的问题。所述硅藻泥组分：钒氮改性二氧化钛光触媒/硅藻土复合硅藻粉、可分散胶粉、羟丙基甲基纤维素醚、硅酸盐水、灰钙粉、凹凸棒粉、水洗石英砂、滑石粉、植物纤维和无机颜料。本发明硅藻泥可降解甲醛，避免了污染，绿色环保。

Description

一种可降解甲醛的硅藻泥
技术领域
本发明属于室内装修材料领域，具体涉及一种可降解甲醛的硅藻泥。
背景技术
继“煤烟型污染”和“光化学烟雾污染”之后，人类正在经历第三代污染——“室内污染”。室内污染的主要来源是建筑物本身以及室内装修装饰材料，而甲醛是建筑材料和装修材料释放到空气中的主要污染物，且甲醛的释放时间长达3～15年。国家标准规定，室内空气中甲醛含量应低于0.08mg/m3。2005年，CCTV-2首次进行了全国城市家庭装修室内环境污染情况调查，结果发现在调查的22个城市共566户住宅中，平均有71％的住宅甲醛含量超标，其中最高污染值出现在常州，为1.26mg/m3，超出标准限值约15倍，约有53.1％的住宅甲醛浓度超出标准限值的1.5倍以上。所以，研究开发能够吸附降解甲醛的环保家装材料具有非常重要的意义和广泛的应用前景。
硅藻土作为21世纪最具生态环保的不可再生环境新材料，因为其质量轻、孔隙率高、比表面积大、化学稳定性高、吸附能力强等优点，能有效地吸附甲醛等有害气体，成为新一代的环保健康材料，越来越受到人们的重视，在未来有着广阔的发展空间。然而硅藻土虽然能吸附甲醛，但却不能分解甲醛，必须在硅藻土中添加光触媒才能真正做到吸附分解甲醛的作用。TiO2以其优异的抗化学和光腐蚀性能以及价格低廉等优点而成为过去几十年来最重要的光催化剂。但TiO2是宽禁带半导体化合物,只有波长较短的太阳光能(λ<387nm)才能被吸收,而这部分紫外线(300～400nm)只占到达地面上太阳光能的4％～6％,太阳能利用率很低；另一方面,受光激发形成的空穴和电子易于复合,降低了光量子效率。因此，缩短催化剂的禁带宽度使纳米TiO2具有可见光活性是目前必须要先解决的问题。目前国内硅藻泥产品多直接添加纳米TiO2作为光触媒使用，并未对其进行可见光活性进行改性，使得现有硅藻泥产品并不能在正常日照条件下有效地充分分解甲醛，从而限制了硅藻泥环保壁材的发展。
本发明通过金属离子钒(V)和非金属离子氮(N)共掺杂对锐钛矿型二氧化钛进行掺杂改型，并对内蒙棒状硅藻土进行提纯，将改性后的二氧化钛与提纯后的硅藻土进行复合制成复合硅藻粉，再将复合硅藻粉与其它材料混合，制成能在正常室内环境中高效吸附分解甲醛的硅藻泥壁材。
发明内容
本发明要解决现有硅藻泥在正常室内环境中不能真正有效地分解甲醛的问题；提供了一种可降解甲醛的硅藻泥。
为解决上述技术问题，本发明所述硅藻泥是有下述重量配比的组分组成的：
钒氮改性二氧化钛光触媒/硅藻土复合硅藻粉35～50份、可分散胶粉2～5份、羟丙基甲基纤维素醚0.4～1份、硅酸盐水泥2～5份、灰钙粉5～15份、凹凸棒粉5～15份、水洗石英砂10～25份、滑石粉5～15、植物纤维0.1～1份和无机颜料0.1～1份。
优选：
钒氮改性二氧化钛光触媒/硅藻土复合硅藻粉40～45份、可分散胶粉3～4份、羟丙基甲基纤维素醚0.5～0.8份、硅酸盐水泥3～4份、灰钙粉8～12份、凹凸棒粉8～12份、水洗石英砂12～20份、滑石粉8～12、植物纤维0.5～1份和无机颜料0.5～1份。
植物纤维为亚麻纤维、竹纤维、纸浆纤维等，无机颜料可选钛白粉、氧化颜料、金属氧化物混相颜料等。
最优选：
钒氮改性二氧化钛光触媒/硅藻土复合硅藻粉45份、可分散胶粉3份、羟丙基甲基纤维素醚0.5份、硅酸盐水泥4份、灰钙粉10份、凹凸棒粉10份、水洗石英砂15份、滑石粉10、植物纤维1份和无机颜料1份。
上述钒氮改性二氧化钛光触媒/硅藻土复合硅藻粉是按下述步骤制备的：
步骤1)将硅藻土原土研磨，过240目～500目筛，加入浓度为40％～70％的硫酸溶液，在常温下连续搅拌4-8h后用去离子水清洗过滤，80℃的烘箱中干燥，350℃～600℃的马弗炉中煅烧2h～4h；
步骤2)将1-2.5体积步骤一处理后的硅藻土溶于1.5体积的无水乙醇，加入1体积的钛源，高速(搅拌速度为2000r/min)搅拌半小时，形成A溶液，
取1体积无水乙醇和0.2体积去离子水混合均匀，加稀盐酸控制pH小于3，并加入0.1～0.3体积的偏钒酸铵和氯化铵(偏钒酸铵和氯化铵的摩尔比为1：1)组成混合溶液，超声搅拌后制成B溶液，随后以每4～5秒一滴的速率将B溶液逐滴滴加到A溶液中，滴加完毕后继续搅拌半小时形成溶胶，静置5-15h后形成凝胶，陈化过夜后放在烘箱中烘干研细，最后在600～650℃条件下煅烧2h，即得到钒氮改性二氧化钛光触媒/硅藻土复合硅藻粉，步骤2)所述的钛源为异丙醇钛、钛酸四丁酯或四氯化钛，采用过渡金属离子钒掺杂改性，在600～650℃下煅烧，TiO2的晶粒被细化，使其金红石相转变温度增高，产品为锐钛矿相，与金红石相相比，锐钛矿相的可见光催化能力强。
进一步地限定，所述水洗石英砂为白色水洗石英砂；白色水洗石英砂为40目～200目。
进一步地限定，所述滑石粉为300目～500目。
进一步地限定，所述羟丙基甲基纤维素醚的粘度为50000～100000。
进一步地限定，所述植物纤维的长度为0.3cm～1cm。
本发明的有益效果：
本发明硅藻泥可吸附并降解甲醛，避免了甲醛吸附饱和后解吸附造成二次污染；并且可以调节室内湿度、吸附异味，是绿色环保家装壁材。
附图说明
图1为提纯后的硅藻土甲醛吸附曲线；图2为V-N-TiO2/硅藻土复合材料的甲醛吸附曲线。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式中所述硅藻泥是有下述重量配比的组分组成的：
钒氮改性二氧化钛光触媒/硅藻土复合硅藻粉45份、可分散胶粉3份、羟丙基甲基纤维素醚0.5份、硅酸盐水泥4份、灰钙粉10份、凹凸棒粉10份、水洗石英砂15份、滑石粉10、植物纤维1份和无机颜料1份。
上述钒氮改性二氧化钛光触媒/硅藻土复合硅藻粉是按下述步骤制备的：
步骤1)将硅藻土原土研磨，过240目～500目筛，加入浓度为40％～70％的硫酸溶液，在常温下连续搅拌4-8h后用去离子水清洗过滤，80℃的烘箱中干燥，350℃～600℃的马弗炉中煅烧2h～4h；
步骤2)将1-2.5体积步骤一处理后的硅藻土溶于1.5体积的无水乙醇，加入1体积的钛源，高速(搅拌速度为2000r/min)搅拌半小时，形成A溶液，
取1体积无水乙醇和0.2体积去离子水混合均匀，加稀盐酸控制pH小于3，并加入0.2体积的偏钒酸铵和氯化铵(偏钒酸铵和氯化铵的摩尔比为1：1)组成混合溶液，超声搅拌后制成B溶液，随后以每4～5秒一滴的速率将B溶液逐滴滴加到A溶液中，滴加完毕后继续搅拌半小时形成溶胶，静置5～15h后形成凝胶，陈化过夜后放在烘箱中烘干研细，最后在650℃条件下煅烧2h，即得到钒氮改性二氧化钛光触媒/硅藻土复合硅藻粉，步骤2)所述的钛源为异丙醇钛、钛酸四丁酯或四氯化钛。
所述水洗石英砂为白色水洗石英砂；白色水洗石英砂为100目。
所述滑石粉为400目。
所述羟丙基甲基纤维素醚的粘度为50000。
所述植物纤维的长度为0.5cm。
植物纤维为亚麻纤维、竹纤维、纸浆纤维等，无机颜料可选钛白粉、氧化颜料、金属氧化物混相颜料等。
硅藻泥制备的制备方法：将上述混合均匀，然后放入干粉搅拌机中，进行充分搅拌。在搅拌过程中，分批次将PP纤维均匀撒入搅拌机中。充分搅拌20分钟，使物料充分混合均匀，得到硅藻泥粉体，并采用防潮袋包装。现场将硅藻泥粉体材料与水按一定比率混合(1：0.8～0.9)，用电动搅拌机搅拌8分钟后，进行刮涂肌理造型施工。
采用环境模拟试验箱模拟室内环境对提纯后的硅藻土以及钒氮改性二氧化钛光触媒/硅藻土复合硅藻粉在进行吸附分解甲醛实验，结果如图1、2所示。由图1可以看出，图中可以看出箱体内甲醛浓度在经历了急速上升达到浓度为3.051mg/m3之后开始逐渐下降，说明此时硅藻土吸附甲醛的速率已经超过了甲醛挥发的速率，但在下降到一定程度之后箱体内甲醛浓度又开始逐渐上升，分析原因可能是：一方面甲醛试剂在继续挥发，另一方面硅藻土发生了解吸附现象。可见，硅藻土吸附甲醛之后并不能将甲醛固定在硅藻土中，更能证明这一点的是当实验进行到1200min之后，此时甲醛试剂已经完全挥发，但是箱体内甲醛浓度依然出现了下降后又上升的现象。所以我们可以得出硅藻土并不是一直在吸附甲醛，也不能完全将吸附的甲醛固定，而是呈现吸附—脱附—吸附—脱附这样的循环规律。
图2为钒氮改性二氧化钛光触媒/硅藻土复合硅藻粉的甲醛吸附曲线。从图中可以看出箱体内的甲醛浓度也是先经历了一个急速的上升达到浓度为1.459mg/m3之后开始逐渐下降，但这个浓度比原土的3.051mg/m3低了很多，分析原因可能是硅藻土吸附甲醛的同时二氧化钛将部分甲醛降解了。更能说明这一点的是箱体内甲醛浓度下降之后并没有明显的回升，而是经历了一个小幅度的回升之后浓度基本维持在了0.169mg/m3，没有出现原土那种吸附—脱附—吸附—脱附的循环规律，说明复合了钒氮改性二氧化钛之后的硅藻土确实将部分甲醛降解了。

Claims (9)

1.一种可降解甲醛的硅藻泥，其特征在于所述硅藻泥是有下述重量配比的组分组成的：
钒氮改性二氧化钛光触媒/硅藻土复合硅藻粉35～50份、可分散胶粉2～5份、羟丙基甲基纤维素醚0.4～1份、硅酸盐水泥2～5份、灰钙粉5～15份、凹凸棒粉5～15份、水洗石英砂10～25份、滑石粉5～15份、植物纤维0.1～1份和无机颜料0.1～1份。
2.根据权利要求1所述一种可降解甲醛的硅藻泥，其特征在于所述硅藻泥是有下述重量配比的组分组成的：
钒氮改性二氧化钛光触媒/硅藻土复合硅藻粉40～45份、可分散胶粉3～4份、羟丙基甲基纤维素醚0.5～0.8份、硅酸盐水泥3～4份、灰钙粉8～12份、凹凸棒粉8～12份、水洗石英砂12～20份、滑石粉8～12、植物纤维0.5～1份和无机颜料0.5～1份。
3.根据权利要求1所述一种可降解甲醛的硅藻泥，其特征在于所述硅藻泥是有下述重量配比的组分组成的：
钒氮改性二氧化钛光触媒/硅藻土复合硅藻粉45份、可分散胶粉3份、羟丙基甲基纤维素醚0.5份、硅酸盐水泥4份、灰钙粉10份、凹凸棒粉10份、水洗石英砂15份、滑石粉10、植物纤维1份和无机颜料1份。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种可降解甲醛的硅藻泥，其特征在于所述钒氮改性二氧化钛光触媒/硅藻土复合硅藻粉是按下述步骤制备的：
步骤1)将硅藻土原土研磨，过240目～500目筛，加入浓度为40％～70％的硫酸溶液，在常温下连续搅拌4～8h后用去离子水清洗过滤，80℃的烘箱中干燥，350℃～600℃的马弗炉中煅烧2h～4h；
步骤2)将1～2.5体积步骤一处理后的硅藻土溶于1.5体积的无水乙醇，加入1体积的钛源，以1000～3000r/min速度搅拌半小时，形成A溶液，取1体积无水乙醇和0.2体积去离子水混合均匀，加稀盐酸控制pH小于3，并加入0.1～0.3体积的偏钒酸铵和氯化铵，组成混合溶液，超声搅拌后制成B溶液，随后以每4～5秒一滴的速率将B溶液逐滴滴加到A溶液中，滴加完毕后继续搅拌半小时形成溶胶，静置5～15h后形成凝胶，陈化过夜后放在烘箱中烘干研细，最后在600～650℃条件下煅烧2h，即得到钒氮改性二氧化钛光触媒/硅藻土复合硅藻粉，步骤2)所述的钛源为异丙醇钛、钛酸四丁酯或四氯化钛。
5.根据权利要4所述的一种可降解甲醛的硅藻泥，其特征在于步骤2)中偏钒酸铵和氯化铵的摩尔比为1：1。
6.根据权利要求3所述的一种可降解甲醛的硅藻泥，其特征在于所述水洗石英砂为白色水洗石英砂；白色水洗石英砂为40目～200目。
7.根据权利要求3所述的一种可降解甲醛的硅藻泥，其特征在于所述滑石粉为300目～500目。
8.根据权利要求3所述的一种可降解甲醛的硅藻泥，其特征在于所述羟丙基甲基纤维素醚的粘度为50000～100000。
9.根据权利要求3所述的一种可降解甲醛的硅藻泥，其特征在于所述植物纤维的长度为0.3cm～1cm。
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