CN108607521A - 一种除甲醛的改性氧化铝基净化材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种除甲醛的改性氧化铝基净化材料及其制备方法，主要步骤如下：（1）将氧化铝基体放入酸性溶液中浸泡，超声浸泡处理后，过滤干燥后得到酸改性材料；（2）将步骤（1）得到的酸改性材料浸泡在碱性溶液中，经超声浸泡处理后，过滤并用蒸馏水多次超声清洗，干燥后得到酸碱改性材料；（3）将步骤（2）所得到的酸碱改性材料浸泡在聚合物溶液中，在紫外灯照射下搅拌后，静置浸泡，过滤干燥后即可得到改性氧化铝基净化材料。本发明制备的改性氧化铝基净化材料有效增大了比表面积和孔隙率分布，增强了其吸附甲醛性能，提升其除甲醛性能，并且合成方法简单，适用于气体挥发性污染物处理领域。

Description

一种除甲醛的改性氧化铝基净化材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种除甲醛的改性氧化铝基净化材料及其制备方法，属于环境保护领域。
背景技术
室内空气中的甲醛气体是一种常见的室内污染物，严重危害人体的健康，并且具有基因毒性和致癌性。近年来，脱除甲醛等室内气体成为研究的热点。目前吸附除甲醛净化材料的主要有活性炭，高温土，硅藻土，分子筛，海泡石，光触媒，活性氧化铝等。市面上大多采用活性炭对甲醛进行吸附并再生，等活性炭吸附饱和之后会再次释放甲醛，对人类居住环境造成二次污染。光触媒等是利用光照条件催化煤载体上除甲醛催化剂物质对甲醛进行清除，但限制于非光照条件环境。而活性氧化铝是一种多孔性，具有大表面积的高分散度固体材料，有优良的吸附性能和表面活性，且有理想的机械强度，被广泛用于化学反应的催化剂和催化剂载体。从目前公开的专利来看，以活性氧化铝为主要载体的甲醛净化除甲醛材料并不多见。利用活性氧化铝作为载体的除甲醛净化材料可充分利用活性氧化铝的优势对甲醛进行吸附并将吸附的甲醛进行催化氧化分解，不会再次释放甲醛造成二次污染，也不会受到光照等条件的限制。
由于活性氧化铝的孔径分布和比表面积不够理想，直接负载除甲醛净化材料会降低其除甲醛的性能，因此针对活性氧化铝的缺点和不足进行改性，增大活性氧化铝的孔径分布和比表面积，进一步增强活性氧化铝基净化材料的除甲醛性能。活性氧化铝经过改进之后，小孔径和大孔径的分布的增大有利于除甲醛材料的负载，甲醛的吸附和对吸附的甲醛的催化氧化分解。且其活性氧化铝的改性工艺简单可控，耗能低，成本低廉，可实现大规模工业生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种除甲醛的改性氧化铝基净化材料及其制备方法，增加氧化铝的有效表面积以及表面吸附位点，同时负载的除甲醛聚合物对甲醛的进行催化氧化并将其分解，极大的增强了氧化铝基净化材料的除甲醛性能。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种除甲醛的改性氧化铝基净化材料及其制备方法，主要步骤如下：
(1)将氧化铝基体放入酸性溶液中浸泡，超声浸泡处理后，过滤干燥后得到酸改性材料；
(2)将步骤(1)得到的酸改性材料浸泡在碱性溶液中，经超声浸泡处理后，过滤并用蒸馏水多次超声清洗，干燥后得到酸碱改性材料；
(3)将步骤(2)所得到的酸碱改性材料混合粘土浸泡在聚合物溶液中，在紫外灯照射下搅拌后，静置浸泡(静置浸泡不需要紫外灯照射)，过滤干燥后即可得到氧化铝基净化材料。
按上述方案，按重量份数计，各原料计用量为：1～10份的氧化铝、1～12份的pH＝1～4酸性溶液、1～20份的pH＝8～12的碱性溶液，1～10份粘土和1.5～30份的聚合物溶液。
按上述方案，所述氧化铝的尺寸为1～8mm。
按上述方案，步骤(1)中酸性溶液为盐酸，硝酸，乙酸，甲酸，高氯酸等中的一种，pH控制在1～4之间。
按上述方案，步骤(1)中干燥温度是60～300℃，干燥时间是6～24h；步骤(2)干燥温度为80～350℃，干燥时间为12～24h。
按上述方案，步骤(1)、步骤(2)中超声浸泡处理的时间为10min～300min，温度保持在20℃～50℃。
按上述方案，步骤(2)中碱性溶液为氢氧化钾溶液，氢氧化钠溶液，氨水溶液，尿素溶液，碳酸钠溶液，碳酸氢钠溶液等中的一种，pH控制在8～12之间。
按上述方案，步骤(3)中聚合物溶液配制方法为：取聚丙烯酸酯40～90份，甲苯酮5～12份，谷氨酸15～40份，环氧乙烷35～55份溶于丙酮中，配制成总质量分数为5wt％～20wt％的丙酮溶液，在紫外灯照射条件下搅拌1～3min，在70～90℃条件下热处理30～60min，得到谷氨酸接枝聚丙烯酸酯聚合物溶液(以下统称聚合物溶液)。
按上述方案，步骤(3)中，酸碱改性材料和粘土混合浸泡在聚合物溶液时间为2～12h；干燥温度为60～120℃。
本发明所得除甲醛的改性氧化铝基净化材料能够吸附，并催化氧化分解室内空气中的甲醛，有机挥发物等。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用氧化铝为基体，通过对氧化铝进行酸碱改性，增大氧化铝的孔隙率和比表面积，并且有利于更好的负载含有除甲醛活性因子的聚合物溶液，从而增大氧化铝基净化材料对污染物的吸附和氧化。而且，本发明制备的氧化铝基净化材料对室内空气甲醛的吸附和催化氧化效果好，吸附之后的甲醛不会再次释放到室内空气中对人体造成二次危害，并且该改性方法简单，适合工业化生产，适用于空气污染物处理领域。
附图说明
图1是实施例1制备的改性氧化铝基净化材料与未处理和未改性氧化铝的孔径分布对比图。
图2是实施例1制备的改性氧化铝基净化材料与未处理与未改性氧化铝的去除率对比图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
一种除甲醛的改性氧化铝基净化材料及其制备方法，由下述步骤完成：
一、按重量份数比称取1～10份的氧化铝、1～12份的pH＝1～4酸性溶液、1～20份的pH＝8～12的碱性溶液，1～10份粘土和1.5～30份的聚合物溶液；
二、氧化铝酸改性处理：先将步骤一称取的氧化铝放入pH＝1～4酸性溶液中，强烈超声浸泡10min～300min，温度保持在20℃～50℃，冷却至室温并过滤干燥，完成酸改性处理；
三、氧化铝碱改性处理：将步骤二酸改性后的氧化铝放入pH＝8～12的碱性溶液中，强烈超声浸泡10min～300min，温度保持在20℃～50℃，冷却至室温并过滤，蒸馏水清洗多次后干燥，完成碱改性处理；
四、氧化铝负载除甲醛物质处理：将步骤三所得到的改性氧化铝混合粘土浸泡到聚合物溶液中，在紫外灯照射下进行搅拌后，静置浸泡，浸泡时长为2～12h，过滤后60～120℃下干燥即可得到改性氧化铝基净化材料。
下述实施例中，步骤(3)中聚合物溶液配制方法为：取聚丙烯酸酯40～90份，甲苯酮5～12份，谷氨酸15～40份，环氧乙烷35～55份溶于丙酮中，配制成总质量分数为5wt％～20wt％的丙酮溶液，在紫外灯照射条件下搅拌1～3min，在70～90℃条件下热处理30～60min，得到谷氨酸接枝聚丙烯酸酯聚合物溶液。
实施例1
一种除甲醛的改性氧化铝基净化材料及其制备方法，其制备方法具体步骤如下：
一、按重量份数比称取1份的2～3mm氧化铝、2份的pH＝2盐酸溶液、2份的pH＝10的氢氧化钾溶液，1份的粘土和1.5份的聚合物溶液；
其中，聚合物溶液配制方法为：取聚丙烯酸甲酯70份，甲苯酮8份，谷氨酸25份，环氧乙烷40份溶于丙酮中，配制成总质量分数为15wt％的丙酮溶液，在紫外灯照射条件下搅拌1min，在80℃条件下热处理45min，得到谷氨酸接枝聚丙烯酸甲酯聚合物溶液；
二、氧化铝酸改性处理：先将步骤一称取的氧化铝放入pH＝2盐酸溶液中，强烈超声浸泡120min，温度保持在50℃，冷却至室温并过滤，150℃下干燥12h，完成酸改性处理；
三、氧化铝碱改性处理：将步骤二酸改性后的氧化铝放入pH＝10的氢氧化钾溶液中，强烈超声浸泡120min，温度保持在50℃，冷却至室温并过滤，蒸馏水清洗多次后，350℃下干燥，完成碱改性处理；
四、氧化铝负载聚合物溶液处理：将步骤三所得到的改性氧化铝混合粘土浸泡到聚合物溶液中，在紫外灯照射下搅拌后，静置浸泡，浸泡时长为6h，过滤后100℃下干燥，即可得到改性氧化铝基净化材料。
采用无锡市惠奥仪器设备制造有限公司的YG-97A压汞仪测试本实施例1制得的改性氧化铝净化材料、未酸碱改性直接浸泡聚合物溶液的氧化铝、未处理氧化铝的孔径分布对比如图1所示，从图中可以看出实施例1所得改性氧化铝净化材料相对于其他两个材料的小孔孔喉大致一样，但其大孔孔喉分布较其他两个要多得多，有效增大了氧化铝的孔隙率和比表面积，并且有利于更好的负载含有除甲醛活性因子的聚合物溶液，从而增大氧化铝基净化材料对污染物的吸附和氧化。
按照《GB/18801-2015空气净化器》所述测试环境，使用3m3标准试验舱进行去除率测试，所用空气净化器为飞利浦ACA-301空气净化器。得出本实施例1制得的改性氧化铝净化材料对比于未酸碱改性直接浸泡聚合物溶液的氧化铝、未处理氧化铝的去除率对比图，如图2所示，可知，改性氧化铝净化材料的去除率可达到95％，相较于其他两个材料(最大值仅为70％或者50％)有了很大的提高。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤一所述的氧化铝尺寸为1～2mm，2～3mm，2～4mm，3～5mm，5～8mm。其它步骤及参数与具体实施例1相同。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤二所述酸性溶液为硝酸，乙酸，高氯酸中的一种，pH控制在1，2，3，4中的一个。其它步骤及参数与具体实施例1相同。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤二所述的干燥温度控制在60℃，300℃。其它步骤及参数与具体实施例1相同。
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤二和步骤三所述的超声浸泡时间为20min，60min，180min，240min，300min；超声温度控制在20℃，30℃，40℃。其它步骤及参数与具体实施例1相同。
实施例6
本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤三所述的碱性溶液为氢氧化钠，氨水，尿素中的一种；PH控制在8，9，11，12中的一个。其它步骤及参数与具体实施例1相同。
实施例7
本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤三所述的干燥温度控制在80℃，240℃。其它步骤及参数与具体实施例1相同。
实施例8
本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤四所述的浸泡聚合物溶液时间为2h，4h，8h，10h，12h；干燥温度为60℃，80℃，120℃。其它步骤及参数与具体实施例1相同。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种除甲醛的改性氧化铝基净化材料的制备方法，其特征在于主要步骤如下：
（1）将氧化铝基体放入酸性溶液中浸泡，超声浸泡处理后，过滤干燥，得到酸改性材料；
（2）将步骤（1）得到的酸改性材料浸泡在碱性溶液中，经超声浸泡处理后，过滤并用水多次超声清洗，干燥后得到酸碱改性材料；
（3）将步骤（2）所得到的酸碱改性材料混合粘土浸泡在聚合物溶液中，在紫外灯照射下搅拌后，静置浸泡，过滤干燥后即可得到改性氧化铝基净化材料；其中聚合物溶液为谷氨酸接枝聚丙烯酸酯聚合物溶液。
2.根据权利要求1所述的一种除甲醛的改性氧化铝基净化材料的制备方法，其特征在于各原料按重量份数计用量为：1~10份的氧化铝、1~12份的pH=1~4酸性溶液、1~20份的pH=8~12的碱性溶液，1~10份的粘土和1.5~30份的聚合物溶液。
3.根据权利要求1所述的一种除甲醛的改性氧化铝基净化材料的制备方法，其特征在于步骤（3）中聚合物溶液配置方法为：取聚丙烯酸酯40~90份，甲苯酮5~12份，谷氨酸15~40份，环氧乙烷35~55份混合溶于丙酮中，配制成总质量分数为5wt%-20wt%的丙酮溶液，在紫外灯照射条件下搅拌均匀，然后在70~90℃条件下热处理30~60min，得到谷氨酸接枝聚丙烯酸酯聚合物溶液。
4.根据权利要求1所述的一种除甲醛的改性氧化铝基净化材料的制备方法，其特征在于所述的酸性溶液为盐酸，硝酸，乙酸，甲酸，高氯酸中的一种；所述的碱性溶液为氢氧化钾溶液，氢氧化钠溶液，氨水溶液，尿素溶液，碳酸钠溶液，碳酸氢钠溶液中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种除甲醛的改性氧化铝基净化材料的制备方法，其特征在于所述步骤（1）、步骤（2）中超声浸泡处理的时间均为10min~300min，温度均保持在20~50℃。
6.根据权利要求1所述的一种除甲醛的改性氧化铝基净化材料的制备方法，其特征在于所述步骤（1）中的干燥温度是60~300℃，干燥时间是6~24h。
7.根据权利要求1所述的一种除甲醛的改性氧化铝基净化材料的制备方法，其特征在于步骤（2）中干燥温度为80~350℃，干燥时间为12~24h。
8.根据权利要求1所述的一种除甲醛的改性氧化铝基净化材料的制备方法，其特征在于步骤（3）中改性氧化铝混合粘土浸泡聚合物溶液时间为2~12h，干燥温度为60~120℃。
9.权利要求1-8之一所述制备方法所得的除甲醛的改性氧化铝基净化材料。
10.权利要求9所述的除甲醛的改性氧化铝基净化材料在气体污染物处理领域的应用。
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