CN108744959A - 一种除甲醛石墨烯碳包的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种除甲醛石墨烯碳包的制备方法和应用,碳包中包括含有负载磷酸二氧化钛‑氧化石墨烯纳米复合物的活性炭、中药抗菌剂和硅藻土,负载磷酸二氧化钛‑氧化石墨烯纳米复合物的活性炭的制备如下:采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,浓硫酸磺化,过滤,纯水洗涤,制得磺化的氧化石墨烯;称取磷酸二氧化钛纳米粉,加入NaOH溶液,高温下制得磷酸二氧化钛纳米带,加入均匀分散在去离子水中的磺化的氧化石墨烯,过滤,得到磷酸二氧化钛‑氧化石墨烯纳米复合物;将磷酸二氧化钛‑氧化石墨烯纳米复合物加入盐酸中,分散均匀,加入活性炭,搅拌,过滤,烘干,即得。本发明碳包彻底将甲醛分子氧化分解,可循环使用,高效且经济环保。
Description
技术领域
本发明涉及空气净化技术领域,具体涉及一种除甲醛石墨烯碳包。
背景技术
甲醛为较高毒性的物质,在我国有毒化学品优先控制名单上甲醛高居第二位。甲醛已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质,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,甲醛具有强烈的致癌和促癌作用。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/立方米时,儿童就会发生轻微气喘。当室内空气中甲醛含量为0.1mg/立方米时,就有异味和不适感;达到0.5mg/立方米时,可刺激眼睛,引起流泪;达0.6mg/立方米,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/立方米时,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。据相关资料统计显示:人类有69%的病症与室内环境有关,我国每年有13万人死于室内污染,90%以上的幼儿白血病患者都是住进新装修房一年内患病的。
商业化的去除甲醛手段有两种基本方法,一是物理吸附,二是化学分解,要么两者兼而有之。物理吸附利用吸附填料的表面结构吸收环境中释放出来的游离态甲醛,目前国际流行的吸附填料,包括活性炭、硅藻土、麦饭石等。同物理吸附相比,化学分解对甲醛等有害气体的处理方式更加彻底。同样是通过添加能够化学分解甲醛的化学助剂添加剂的形式,确保起到捕捉甲醛,吸收分解成无害组分的作用。目前我们可以找到更多的是各种触媒添加剂,包括银离子触媒、负离子触媒、光触媒等不同触媒材料。如果能把物理和化学的方式结合起来,去除甲醛的效果就会更加出色。吸附和分解相辅进行,取长补短,环保效果会更加明显。
磷酸二氧化钛是一种纳米级的络合物,主要在有光或无光的条件下催化空气里的水和氧气发生氧化还原反应产生具有强氧化的氢氧自由基和氧离子,导致有机化合物气体之间的结合断裂,将其分解成无害的二氧化碳和水并长期释放负离子。可以有效分解甲醛、苯、氨、TVOC等有机化合物,对环境无二次污染。
发明内容
为了解决上述的技术问题,本发明提供一种除甲醛石墨烯碳包的制备方法,并提供一种除甲醛石墨烯碳包的应用,该碳包主要含有负载磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的活性炭,能够彻底将负载的甲醛分子氧化成二氧化碳和水,循环使用,高效且经济环保。
2、一种除甲醛石墨烯碳包的制备方法,其特征在于,碳包中包括含有负载磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的活性炭、中药抗菌剂和硅藻土,所述负载磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的活性炭的制备包括如下步骤:
(1)磺化的氧化石墨烯制备:采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,加入浓硫酸磺化16小时,过滤,并用大量纯水将氧化石墨烯表面洗至pH为6左右,制得磺化的氧化石墨烯;
(2)磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的制备:称取磷酸二氧化钛纳米粉,加入含有NaOH溶液中,于210℃下反应8h后制得磷酸二氧化钛纳米带,加入超声均匀分散在去离子水中的步骤(1)制备的磺化的氧化石墨烯,160-180℃反应24-26h,冷却至室温,过滤,洗涤固体,得到磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物;
(3)负载磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的活性炭的制备:将步骤(2)制备的磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物加入盐酸溶液浸泡,超声分散均匀,继续加入活性炭,剧烈搅拌2h,过滤,将活性炭烘干,得到负载磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的活性炭。
作为本发明进一步的改进,中药抗菌剂由以下重量份的原料提取制备而成:黄连15-20份、黄柏15-20份、白芷15-20份、知母10-15份、连翘10-15份、麦冬5-7份、甘草2-5份。
作为本发明进一步的改进,NaOH的物质的量浓度为10mol/L。
作为本发明进一步的改进,HCL的物质的量浓度为2mol/L。
作为本发明进一步的改进,超声条件为700W超声1h。
作为本发明进一步的改进,烘干条件为60℃烘干2h。
作为本发明进一步的改进,磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物与盐酸的重量比为0.01:1。
作为本发明进一步的改进,活性炭与盐酸的重量比为1:1.5。
本发明进一步保护一种由上述方法制备的除甲醛石墨烯碳包。
本发明进一步保护一种上述除甲醛石墨烯碳包的应用。
本发明具有如下有益效果:
1、本发明将磷酸二氧化钛络合物与氧化石墨烯共价结合形成纳米复合物,具有很好的催化氧化甲醛的作用;
2、活性炭的多孔结构能吸附大量的甲醛分子,本发明将磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物负载在活性炭上,能够增大甲醛分子与磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的接触面积,增加反应速率和反应程度,彻底将负载的甲醛分子氧化成二氧化碳和水;
3、本发明制备的除甲醛石墨烯碳包将甲醛完全分解成二氧化碳和水,使用过一段时间后将碳包暴晒除去产生的水分,可以循环使用,高效且经济环保。
附图说明
图1为负载磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的活性炭的制备工艺图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所述的实施例只是本发明的部分具有代表性的实施例,而不是全部实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例都属于本发明的保护范围。
实施例1负载磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的活性炭的制备
按照以下步骤进行:
(1)磺化的氧化石墨烯制备:采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,加入浓硫酸磺化16小时,过滤,并用大量纯水将氧化石墨烯表面洗至pH为6左右,制得磺化的氧化石墨烯;
(2)磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的制备:称取1g磷酸二氧化钛纳米粉,加入20mol/L NaOH溶液中,于210℃下反应8h后制得磷酸二氧化钛纳米带,加入500W超声2h,均匀分散在去离子水中的步骤(1)制备的磺化的氧化石墨烯,160℃反应24h,冷却至室温,过滤,洗涤固体,得到磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物;
(3)负载磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的活性炭的制备:将1g步骤(2)制备的磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物加入200mL 5mol/L盐酸溶液浸泡,500W超声2h,分散均匀,继续加入100g活性炭,剧烈搅拌2h,过滤,将活性炭70℃烘干5h,得到负载磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的活性炭,得率为72%。
实施例2负载磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的活性炭的制备
按照以下步骤进行:
(1)磺化的氧化石墨烯制备:采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,加入浓硫酸磺化16小时,过滤,并用大量纯水将氧化石墨烯表面洗至pH为6左右,制得磺化的氧化石墨烯;
(2)磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的制备:称取1g磷酸二氧化钛纳米粉,加入10mol/L NaOH溶液中,于210℃下反应8h后制得磷酸二氧化钛纳米带,加入700W超声1h,均匀分散在去离子水中的步骤(1)制备的磺化的氧化石墨烯,180℃反应25h,冷却至室温,过滤,洗涤固体,得到磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物;
(3)负载磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的活性炭的制备:将1.5g步骤(2)制备的磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物加入150mL 2mol/L盐酸溶液浸泡,700W超声1h,分散均匀,继续加入100g活性炭,剧烈搅拌2h,过滤,将活性炭烘干,得到负载磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的活性炭,得率为93%。
实施例3负载磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的活性炭的制备
按照以下步骤进行:
(1)磺化的氧化石墨烯制备:采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,加入浓硫酸磺化16小时,过滤,并用大量纯水将氧化石墨烯表面洗至pH为6左右,制得磺化的氧化石墨烯;
(2)磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的制备:称取1g磷酸二氧化钛纳米粉,加入5mol/L NaOH溶液中,于210℃下反应8h后制得磷酸二氧化钛纳米带,加入1000W超声30min,均匀分散在去离子水中的步骤(1)制备的磺化的氧化石墨烯,180℃反应26h,冷却至室温,过滤,洗涤固体,得到磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物;
(3)负载磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的活性炭的制备:将1g步骤(2)制备的磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物加入50mL 1mol/L盐酸溶液浸泡,1000W超声30min,分散均匀,继续加入100g活性炭,剧烈搅拌2h,过滤,将活性炭烘干,得到负载磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的活性炭,得率为81%。
实施例4除甲醛石墨烯碳包的制备
将100g实施例1-3制备的负载磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的活性炭、中药抗菌剂和硅藻土装入三边封口的透气无纺布袋中,规格为25cm×20cm,封口,即得到除甲醛石墨烯碳包。
试验例1甲醛去除实验
1、实验组别。分为2组,实验组采用本发明实施例2制备的负载磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的活性炭,对照1组采用购置的纳米TiO2改性硅藻土,对照2组采用普通硅藻土。
2、实验方法。选取3个密闭的20L下口瓶作为吸附降解装置,在瓶中加入定量甲醛溶液,密闭,加热使其完全挥发直至无液体残存,并测定甲醛体积分数.然后将100g本发明实施例2制备的负载磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的活性炭、100g纳米TiO2改性硅藻土样品和100g普通硅藻土样品分别平铺在三个样品板上,迅速从顶部置于瓶中,密闭。一段时间后抽取瓶内空气,测定甲醛体积分数,计算去除率。甲醛采用有乙酰丙酮法测定。
实验结果见表1。
表1两组甲醛去除率表
组别 | 剂量(g) | 甲醛去除率(%) |
实验组 | 100 | 92 |
对照1组 | 100 | 85 |
对照2组 | 100g | 63 |
硅藻土是现代家装中常用的可以去除甲醛的一类材料,将硅藻土进行纳米TiO2改性后,硅藻土对甲醛的去除能力显著提高。从上表可见,本发明实施例2制备的负载磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的活性炭的甲醛去除率最高,在同样时间内可以显著降低甲醛浓度。将磷酸二氧化钛络合物与氧化石墨烯共价结合形成纳米复合物,具有很好的催化氧化甲醛的作用,活性炭的多孔结构可以增大甲醛的吸收面积,两相协同作用下,使得本发明除甲醛石墨烯碳包具有显著的效果。
本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下,还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明,而是由权利要求书的范围来确定。
Claims (10)
1.一种除甲醛石墨烯碳包的制备方法,其特征在于,碳包中包括含有负载磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的活性炭、中药抗菌剂和硅藻土,所述负载磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的活性炭的制备包括如下步骤:
(1)磺化的氧化石墨烯制备:采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,加入浓硫酸磺化16小时,过滤,并用大量纯水将氧化石墨烯表面洗至pH为6左右,制得磺化的氧化石墨烯;
(2)磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的制备:称取磷酸二氧化钛纳米粉,加入含有NaOH溶液中,于210℃下反应8h后制得磷酸二氧化钛纳米带,加入超声均匀分散在去离子水中的步骤(1)制备的磺化的氧化石墨烯,160-180℃反应24-26h,冷却至室温,过滤,洗涤固体,得到磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物;
(3)负载磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的活性炭的制备:将步骤(2)制备的磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物加入盐酸溶液浸泡,超声分散均匀,继续加入活性炭,剧烈搅拌2h,过滤,将活性炭烘干,得到负载磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物的活性炭。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述中药抗菌剂由以下重量份的原料提取制备而成:黄连15-20份、黄柏15-20份、白芷15-20份、知母10-15份、连翘10-15份、麦冬5-7份、甘草2-5份。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述NaOH的物质的量浓度为10mol/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述HCL的物质的量浓度为2mol/L。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述超声条件为700W超声1h。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述烘干条件为60℃烘干2h。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述磷酸二氧化钛-氧化石墨烯纳米复合物与盐酸的重量比为0.01:1。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述活性炭与盐酸的重量比为1:1.5。
9.根据权利要求1-8任一权利要求所述制备方法制备的除甲醛石墨烯碳包。
10.根据权利要求9所述的除甲醛石墨烯碳包的应用。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181106 |
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