CN108906117A - 一种新型可视变色的空气净化材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型可视变色的空气净化材料，包括L沸石分子筛和占所述L沸石分子筛质量分数为1%‑5%的铜元素，所述铜元素以Cu2+形式分散在所述L沸石分子筛的活性位点上。本发明提供的空气净化材料不仅能够通过催化氧化有效降解空气中的有害气体，处理效率高，处理量大，没有二次污染，不会存在吸附饱和等问题，可用于车内或室内等封闭体系内空气中污染物的去除，制造成本低，制备过程简单，适于工业放大生产；而且还具有明显的可视变色功能，当其净化功能失效后颜色可发生明显改变，可用于提示用户及时更换新的材料。

Description

一种新型可视变色的空气净化材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种去除室内空气污染物的催化剂技术领域，具体涉及一种新型可视变色的空气净化材料及其制备方法。
背景技术
人们每天平均大约有80%以上的时间在室内度过，因此，室内空气质量对人体健康的影响就显得尤为重要。虽然室内空气污染物的浓度往往较低，但由于接触时间很长，故其累积接触量很高。尤其是老、幼、病、残等体弱人群，机体抵抗力较低，户外活动机会更少，因此，室内空气质量的好坏与他们的关系尤为重要。
室内空气污染物是影响室内空气质量问题的主要原因，其主要来源是建筑材料和装饰材料、燃料燃烧、烹饪、吸烟、家用化学品等。主要污染物包括甲醛、芳烃、VOC等，一般认为它们会对人体的呼吸系统、心血管系统及神经系统有较大影响，有些甚至还会致癌。
目前常用的去除室内空气污染物的方法包括：吸附法，光催化法，化学催化氧化法和等离子体法等。相对于其他几种方法而言，化学催化氧化法具有非常明显的优势，例如催化剂不需要额外的光或电能就可以将空气中的污染物转化为无害的二氧化碳和水；污染物转化效率高，没有二次污染以及不存在吸附饱和等问题，特别是处理低浓度的污染物非常有效。
但是，对于目前的室内空气净化材料而言，虽然各自在处理不同污染物方面具有一定的特点，但存在一个共同的缺点就是缺少直接指示材料净化能力变化的信息，如中国专利CN 102527228 A（南京亿谱环境服务有限公司，发明人孟庆华 程道远 张永兵 朱虹）公开了一种可视变色的甲醛清除剂，其分别由吸附组分、催化组分和变色组分三种组分构成，虽然其可以在接触甲醛后发生变色现象，等其变色是依赖于酸碱指示剂的效果，而非真正意义上的活性功能组分失效导致的变色，并不能直接指示材料净化能力变化的信息。中国专利CN 1660477 A（可视型有害气体消除剂）公开了一种由多孔性载体和高锰酸钾所组成的复合材料，该材料利用高锰酸钾的氧化性来处理空气中的有害气体，用户可根据高锰酸钾的自身褪色现象而判断材料是否失效。但是由于高锰酸钾本身为强氧化性物质，因此容易沾污或损伤与之接触的家具或衣物表面，此外，该材料变色范围为红色到褐色，颜色变化不敏锐。中国专利CN 201404503 Y（新型除味炭包）公开了一种可视化的方法，其在炭包上开观察孔，孔中装变色材料来指示有害气体的吸附情况。但是由于除味炭对气体吸附与观察孔中变色材料的变色有空间距离，因此会导致信息反馈并不同步。从而使得用户在使用时难以及时、实时判断处理污染物的有效性以及何时应该更换净化材料，除非得到拥有专业技术的检测机构的测量数据。因此，如果能够在正常空气净化功能的基础上再赋予材料一个简单明了的性能变化指示功能，提醒用户在材料失效后及时更换新的材料，将会大大提升实际的空气净化效果。
L型沸石分子筛（国际沸石协会代码：LTL）是1965年Union Carbide公司研制开发的一种人工合成沸石分子筛，迄今尚未在自然界中发现等同体。L沸石分子筛是一种碱性的大孔沸石，晶体外形呈圆柱状，具有与圆柱体轴相平行的一维孔道结构，由交替的六方柱笼与钙霞石笼在C轴方向上堆积而成，再按六重轴旋转产生十二元环孔道，其孔径为0 .71nm，动力学直径为0 .81nm。L沸石分子筛典型的化学组成分子式如下：
(0 .9～1 .3)M2/nO：Al2O3：xSiO2：yH2O
式中M为金属离子，最主要的金属离子是K+，也可以被其它碱或碱土金属离子所置换。
现有的关于L沸石分子筛的合成方法有很多，如中国专利ZL 98814126公开了一种预成形L 沸石分子筛的制备方法，其预成形挤出物中包含晶化所需的硅源、铝源和碱，在没有外加液相的条件下晶化。由于无液相参与，传质受限制，因此需要较长的晶化时间，而且需要干燥调节挤出物的水含量，实际操作时难以准确控制。中国专利CN 200710054290 公开了一种合成L沸石的方法，其将高岭土焙烧得到高土和偏土，然后将两种焙烧土按一定比例混合后，加入白炭黑，导向剂或晶种，氢氧化钾溶液，蒸馏水，于100～130℃晶化18～24h，过滤、洗涤、干燥后得到L沸石。
虽然L沸石分子筛的合成方面的研究有很多，但是目前关于L沸石分子筛在催化反应中的性能研究较少。最早人们发现PtKL对正己烷的芳构化具有比传统双功能催化剂高得多的活性和选择性以来，载铂的L沸石作为正构烷烃脱氢环化催化剂得到广泛关注。随后，Chevron公司和EXXON申请了有关PtKL沸石催化剂用于脱氢反应和重整反应的专利，并实现了该催化剂的工业化应用。但是有关L沸石分子筛在其他催化反应中的性能研究，却一直处于相对空白的状态。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型可视变色的空气净化材料及其制备方法，本发明提供的空气净化材料不仅能够通过催化氧化有效降解空气中的有害气体，而且还具有明显的可视变色功能，当其净化功能失效后颜色可发生明显改变，可用于提示用户及时更换新的材料。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种新型可视变色的空气净化材料，包括L沸石分子筛和占所述L沸石分子筛质量分数为1%-5% 的铜元素，所述铜元素以Cu2+形式分散在所述L沸石分子筛的活性位点上。
上述的新型可视变色的空气净化材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）取一定量的铜溶液和一定量的L沸石分子筛搅拌均匀后转移至高压釜中，在110-130℃下水热反应1-2小时，自然冷却至室温，得反应液；
（2）将反应液中的上清液倒去，对下层沉淀物洗涤，直至过滤液呈中性；
（3）对清洗后的反应产物在105-110℃下干燥2-4小时；
（4）对干燥后的反应产物在400-600℃下焙烧3-6小时，自然冷却至室温，即得Cu-L沸石分子筛。
上述的新型可视变色的空气净化材料的制备方法，其中，所述铜溶液中铜离子的质量为所述L沸石分子筛质量的1倍及以上。
上述的新型可视变色的空气净化材料的制备方法，其中，所述铜溶液中铜离子的质量为所述L沸石分子筛质量的1-20倍。
上述的新型可视变色的空气净化材料的制备方法，其中，所述铜溶液为CuSO4溶液或Cu（NO3）2溶液。
上述的新型可视变色的空气净化材料的制备方法，其中，所述L沸石分子筛的的制备方法包括以下步骤：
（1）按照摩尔比K2O：Na2O：Al2O3：SiO2：H2O=（3-10）: （0.5-10）:1: （15-50）: （300-800）的比例将反应原料剧烈搅拌形成均匀的乳浊液；
（2）将所述步骤（1）中获得的乳浊液在室温下静置6-48小时后，转移至反应釜中，在150-220℃下晶化12-48小时；
（3）反应结束后将产物分离、洗涤、干燥，在400-600℃下焙烧3-8小时，自然冷却至室温，即得L沸石分子筛。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
Cu2+交换掺杂入L沸石分子筛后，外观为淡蓝色，如图1所示，在一定位点上的Cu2+（如图1中的D点）会具有非常高的催化氧化活性，可高效的将甲醛、芳烃和VOC催化氧化降解为二氧化碳和水。在反应过程中，Cu2+会被还原为Cu+，随着反应程度的加深，Cu+会逐渐的从L沸石分子筛内部的位点上迁移至分子筛表面，形成红色的Cu2O物种。慢慢的Cu2O物种会被空气中的氧气氧化为黑色的CuO。伴随着具有活性的Cu2+的减少，材料的催化氧化能力逐渐下降，外观颜色也会从淡蓝色转变为红色以至于黑色，从而提示用户更换新的材料。
本发明提供的空气净化材料不仅能够通过催化氧化有效降解空气中的有害气体，处理效率高，处理量大，没有二次污染，不会存在吸附饱和等问题，可用于车内或室内等封闭体系内空气中污染物的去除，制造成本低，制备过程简单，适于工业放大生产；而且还具有明显的可视变色功能，当其净化功能失效后颜色可发生明显改变，可用于提示用户及时更换新的材料。
附图说明
图1是L沸石分子筛上可供Cu2+交换的不同活性位点示意图。
具体实施方式
实施例1
一种新型可视变色的空气净化材料，其包括L沸石分子筛和占所述L沸石分子筛质量分数为1%-5% 的铜元素，所述铜元素以Cu2+形式分散在所述L沸石分子筛的活性位点上。
上述的新型可视变色的空气净化材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照摩尔比K2O：Na2O：Al2O3：SiO2：H2O=（3-10）: （0.5-10）:1: （15-50）: （300-800）的比例将反应原料剧烈搅拌形成均匀的乳浊液；
（2）将所述步骤（1）中获得的乳浊液在室温下静置6-48小时后，转移至含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在烘箱中150-220℃下晶化12-48小时；
（3）反应结束后将产物分离、洗涤、干燥，然后在400-600℃下焙烧3-8小时，自然冷却至室温，即得L沸石分子筛。
（4）取一定量的铜溶液和一定量的L沸石分子筛搅拌均匀后转移至高压釜中，在110-130℃下水热反应1-2小时，自然冷却至室温，得反应液；所述铜溶液中铜离子的质量至少为所述L沸石分子筛质量的1倍，所述铜溶液为CuSO4溶液或Cu（NO3）2溶液。
（5）将反应液中的上清液倒去，对下层沉淀物用去离子水洗涤，直至过滤液呈中性；
（6）对清洗后的反应产物在105-110℃下干燥2-4小时；
（7）对干燥后的反应产物在400-600℃下焙烧3-6小时，自然冷却至室温，即得Cu-L沸石分子筛。
本实施例提供的空气净化材料不仅能够通过催化氧化有效降解空气中的有害气体，处理效率高，处理量大，没有二次污染，不会存在吸附饱和等问题，可用于车内或室内等封闭体系内空气中污染物的去除，制造成本低，制备过程简单，适于工业放大生产；而且还具有明显的可视变色功能，当其净化功能失效后颜色可发生明显改变，可用于提示用户及时更换新的材料。
实施例2
一种新型可视变色的空气净化材料，其包括L沸石分子筛和占所述L沸石分子筛质量分数为2%-4% 的铜元素，所述铜元素以Cu2+形式分散在所述L沸石分子筛的活性位点上。
上述的新型可视变色的空气净化材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照摩尔比K2O：Na2O：Al2O3：SiO2：H2O=（5-8）: （4-6）:1: （25-40）: （400-700）的比例将反应原料剧烈搅拌形成均匀的乳浊液；
（2）将所述步骤（1）中获得的乳浊液在室温下静置20-34小时后，转移至含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在烘箱中170-200℃下晶化20-40小时；
（3）反应结束后将产物分离、洗涤、干燥，然后在450-550℃下焙烧4.5-6.5小时，自然冷却至室温，即得L沸石分子筛。
（4）取一定量的铜溶液和一定量的L沸石分子筛搅拌均匀后加入高压釜中，在115-125℃下水热反应1-2小时，自然冷却至室温，得反应液；所述铜溶液中铜离子的质量为所述L沸石分子筛质量的1-20倍，所述铜溶液为CuSO4溶液或Cu（NO3）2溶液。
（5）将反应液中的上清液倒去，对下层沉淀物用去离子水洗涤，直至过滤液呈中性；
（6）对清洗后的反应产物在107-109℃下干燥2.5-3.5小时；
（7）对干燥后的反应产物在450-550℃下焙烧4-5小时，自然冷却至室温，即得Cu-L沸石分子筛。
本实施例提供的空气净化材料不仅能够通过催化氧化有效降解空气中的有害气体，处理效率高，处理量大，没有二次污染，不会存在吸附饱和等问题，可用于车内或室内等封闭体系内空气中污染物的去除，制造成本低，制备过程简单，适于工业放大生产；而且还具有明显的可视变色功能，当其净化功能失效后颜色可发生明显改变，可用于提示用户及时更换新的材料。
实施例3
一种新型可视变色的空气净化材料，其包括L沸石分子筛和占所述L沸石分子筛质量分数为3% 的铜元素，所述铜元素以Cu2+形式分散在所述L沸石分子筛的活性位点上。
上述的新型可视变色的空气净化材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照摩尔比K2O：Na2O：Al2O3：SiO2：H2O=6.5: 5.5:1: 32.5: 550的比例将反应原料剧烈搅拌形成均匀的乳浊液；
（2）将所述步骤（1）中获得的乳浊液在室温下静置27小时后，转移至含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在烘箱中185℃下晶化30小时；
（3）反应结束后将产物分离、洗涤、干燥，然后在500℃下高温煅烧5.5小时，自然冷却至室温，即得L沸石分子筛。
（4）取一定量的铜溶液和一定量的L沸石分子筛搅拌均匀后加入高压釜中，在120℃下水热反应1.5小时，自然冷却至室温，得反应液；所述铜溶液中铜离子的质量为所述L沸石分子筛质量的10倍，所述铜溶液为CuSO4溶液或Cu（NO3）2溶液。
（5）将反应液中的上清液倒去，对下层沉淀物用去离子水洗涤，直至过滤液呈中性；
（6）对清洗后的反应产物在108℃下干燥3小时；
（7）对干燥后的反应产物在500℃下高温煅烧4.5小时，自然冷却至室温，即得Cu-L沸石分子筛。
本实施例提供的空气净化材料不仅能够通过催化氧化有效降解空气中的有害气体，处理效率高，处理量大，没有二次污染，不会存在吸附饱和等问题，可用于车内或室内等封闭体系内空气中污染物的去除，制造成本低，制备过程简单，适于工业放大生产；而且还具有明显的可视变色功能，当其净化功能失效后颜色可发生明显改变，可用于提示用户及时更换新的材料。
实施例4
一种新型可视变色的空气净化材料，包括L沸石分子筛和占所述L沸石分子筛质量分数为3% 的铜元素，所述铜元素以Cu2+形式分散在所述L沸石分子筛的活性位点上。
上述的新型可视变色的空气净化材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）分别称取3.65g（0.065mol）的KOH、1.68g（0.042mol）的NaOH、0.819g（0.010mol）的NaAlO2、24.03g 40%浓度的硅溶胶（0.16mol的SiO2）、以及49.5g（2.75mol）H2O，混合后剧烈搅拌形成均匀的乳浊液；
（2）将所述步骤（1）中获得的乳浊液在室温下静置27小时后，转移至250mL含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热釜中，在烘箱中185oC下晶化30小时；
（3）反应结束后将产物分离、洗涤、干燥，然后置于马弗炉中，500oC下焙烧5.5小时，自然冷却至室温，即得L沸石分子筛；
（4）取上述制得的L沸石分子筛0.5g，加入156ml 0.5M浓度的CuSO4溶液中，搅拌均匀后加入高压釜中，在120oC反应1.5小时后，自然冷却至室温，得反应液；
（5）将反应液中的上清液倒去，对下层沉淀物用去离子水洗涤，直至过滤液呈中性；
（6）对清洗后的反应产物在108oC干燥3小时；
（7）对干燥后的反应产物在500oC焙烧4.5小时后得Cu-L分子筛，记作CuL-4，颜色为淡蓝色。
取0.1gCuL-4置于甲醛浓度为100ppm的密闭空间中，24小时后，观察到CuL-4的颜色变成暗红色，继续放置8小时，颜色不断加深，至完全变成黑色并不再继续发生变化。此时检测密闭空间中的甲醛浓度为0.01ppm，说明该空间内的甲醛基本被清除干净。
实施例5
一种新型可视变色的空气净化材料，包括L沸石分子筛和占所述L沸石分子筛质量分数为1% 的铜元素，所述铜元素以Cu2+形式分散在所述L沸石分子筛的活性位点上。
上述的新型可视变色的空气净化材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）分别称取3.09g（0.055mol）的KOH、0.819g（0.010mol）的NaAlO2、22.5g 40%浓度的硅溶胶（0.15mol的SiO2）、以及45g（2.5mol）H2O，混合后剧烈搅拌形成均匀的乳浊液；
（2）将所述步骤（1）中获得的乳浊液在室温下静置16小时后，转移至250mL含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热釜中，在烘箱中175oC下晶化24小时；
（3）反应结束后将产物分离、洗涤、干燥，然后置于马弗炉中，500oC下焙烧5小时，自然冷却至室温，即得L沸石分子筛；
（4）取上述制得的L沸石分子筛1g，加入31.2ml 0.5M浓度的CuSO4溶液中，搅拌均匀后加入高压釜中，在110oC反应2小时后，自然冷却至室温，得反应液；
（5）将反应液中的上清液倒去，对下层沉淀物用去离子水洗涤，直至过滤液呈中性；
（6）对清洗后的反应产物在105oC干燥4小时；
（7）对干燥后的反应产物在400oC焙烧6小时后得Cu-L分子筛，记作CuL-5，颜色为淡蓝色。
取0.1gCuL-5置于甲醛浓度为100ppm的密闭空间中，32小时后，观察到CuL-5的颜色变成暗红色，继续放置4小时，颜色不断加深，至完全变成黑色并不再继续发生变化。此时检测密闭空间中的甲醛浓度为0.08ppm，说明该空间内的甲醛基本被清除干净。
实施例6
一种新型可视变色的空气净化材料，包括L沸石分子筛和占所述L沸石分子筛质量分数为5% 的铜元素，所述铜元素以Cu2+形式分散在L沸石分子筛的活性位点上。
上述的新型可视变色的空气净化材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）分别称取3.09g（0.055mol）的KOH、0.819g（0.010mol）的NaAlO2、22.5g 40%浓度的硅溶胶（0.15mol的SiO2）、以及45g（2.5mol）H2O，混合后剧烈搅拌形成均匀的乳浊液；
（2）将所述步骤（1）中获得的乳浊液在室温下静置36小时后，转移至250mL含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热釜中，在烘箱中155oC下晶化44小时；
（3）反应结束后将产物分离、洗涤、干燥，然后置于马弗炉中，400oC下焙烧8小时，自然冷却至室温，即得L沸石分子筛；
（4）取上述制得的L沸石分子筛0.1g，加入62.5ml 0.5M浓度的CuSO4溶液中，搅拌均匀后加入高压釜中，在130oC反应1小时后，自然冷却至室温，得反应液；
（5）将反应液中的上清液倒去，对下层沉淀物用去离子水洗涤，直至过滤液呈中性；
（6）对清洗后的反应产物在110oC干燥2小时；
（7）对干燥后的反应产物在600oC焙烧3小时后得Cu-L分子筛，记作CuL-6，颜色为淡蓝色。
取0.1gCuL-6置于甲醛浓度为100ppm的密闭空间中，12小时后，观察到CuL-6的颜色变成暗红色，继续放置15小时，颜色不断加深，至完全变成黑色并不再继续发生变化。此时检测密闭空间中的甲醛浓度为0.01ppm，说明该空间内的甲醛基本被清除干净。
实施例7
一种新型可视变色的空气净化材料，包括L沸石分子筛和占所述L沸石分子筛质量分数为2.3% 的铜元素，所述铜元素以Cu2+形式分散在L沸石分子筛的活性位点上。
上述的新型可视变色的空气净化材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）分别称取3.09g（0.055mol）的KOH、0.819g（0.010mol）的NaAlO2、22.5g 40%浓度的硅溶胶（0.15mol的SiO2）、以及45g（2.5mol）H2O，混合后剧烈搅拌形成均匀的乳浊液；
（2）将所述步骤（1）中获得的乳浊液在室温下静置6小时后，转移至250mL含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热釜中，在烘箱中220oC下晶化12小时；
（3）反应结束后将产物分离、洗涤、干燥，然后置于马弗炉中，450oC下焙烧7小时，自然冷却至室温，即得L沸石分子筛；
（4）取上述制得的L沸石分子筛1g，加入125ml 1M浓度的CuSO4溶液中，搅拌均匀后加入高压釜中，在125oC反应1.2小时后，自然冷却至室温，得反应液；
（5）将反应液中的上清液倒去，对下层沉淀物用去离子水洗涤，直至过滤液呈中性；
（6）对清洗后的反应产物在109oC干燥3小时；
（7）对干燥后的反应产物在550oC焙烧5小时后得Cu-L分子筛，记作CuL-7，颜色为淡蓝色。
取0.1gCuL-7置于甲醛浓度为80ppm的密闭空间中，24小时后，观察到CuL-7的颜色变成暗红色，继续放置8小时，颜色不断加深，至完全变成黑色并不再继续发生变化。此时检测密闭空间中的甲醛浓度为0.02ppm，说明该空间内的甲醛基本被清除干净。
实施例8
一种新型可视变色的空气净化材料，包括L沸石分子筛和占所述L沸石分子筛质量分数为1.9% 的铜元素，所述铜元素以Cu2+形式分散在L沸石分子筛的活性位点上。
上述的新型可视变色的空气净化材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）取上述实施例4中制得的L沸石分子筛1g，加入78ml 1M浓度的Cu（NO3）2溶液中，搅拌均匀后加入高压釜中，在120oC反应1.5小时后，自然冷却至室温，得反应液；
（2）将反应液中的上清液倒去，对下层沉淀物用去离子水洗涤，直至过滤液呈中性；
（3）对清洗后的反应产物在107oC干燥3.5小时；
（4） 对干燥后的反应产物在550oC焙烧4小时后得Cu-L分子筛，记作CuL-8，颜色为淡蓝色。
取1gCuL-8置于甲苯浓度为50 ppm的密闭空间中，18小时后，观察到CuL-8的颜色开始发生变化，36小时后变成淡红色，继续放置12小时，颜色不断加深为红黑色。此时检测密闭空间中的苯的浓度为0.05ppm，说明该空间内的苯基本被清除干净。
实施例9
一种新型可视变色的空气净化材料，包括L沸石分子筛和占所述L沸石分子筛质量分数为3.9% 的铜元素，所述铜元素以Cu2+形式分散在L沸石分子筛的活性位点上。
上述的新型可视变色的空气净化材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）取上述实施例4中制得的L沸石分子筛0.5g，加入234ml 0.5M浓度的CuSO4溶液中，搅拌均匀后加入高压釜中，在120oC反应2小时后，自然冷却至室温，得反应液；
（2）将反应液中的上清液倒去，对下层沉淀物用去离子水洗涤，直至过滤液呈中性；
（3）对清洗后的反应产物在108oC干燥3.5小时；
（4）对干燥后的反应产物在500oC焙烧4.5小时后得Cu-L分子筛，记作CuL-9，颜色为淡蓝色。
取0.2gCuL-9置于甲苯浓度为100ppm的密闭空间中，80小时后，观察到CuL-9的颜色变成暗红色，继续放置36小时，至完全变成黑色并不再继续发生变化。此时检测密闭空间中的甲苯浓度为0.01ppm，说明该空间内的甲苯基本被清除干净。
实施例10
一种新型可视变色的空气净化材料，包括L沸石分子筛和占所述L沸石分子筛质量分数为2.7% 的铜元素，所述铜元素以Cu2+形式分散在L沸石分子筛的活性位点上。
上述的新型可视变色的空气净化材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）分别称取5.60g（0.10mol）的KOH、6.00g（0.15mol）的NaOH、1.476g（0.018mol）的NaAlO2、47.25g 40%浓度的硅溶胶（0.315mol的SiO2）、以及90g（5mol）H2O，混合后剧烈搅拌形成均匀的乳浊液；
（2）将所述步骤（1）中获得的乳浊液在室温下静置24小时后，转移至250mL含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热釜中，在烘箱中185oC下晶化36小时；
（3）反应结束后将产物分离、洗涤、干燥，然后置于马弗炉中，550oC下焙烧5小时，自然冷却至室温，即得L沸石分子筛；
（4）取上述制得的L沸石分子筛1g，加入265ml 0.5M浓度的Cu（NO3）2溶液中，搅拌均匀后加入高压釜中，在120oC反应2小时后，自然冷却至室温，得反应液；
（5）将反应液中的上清液倒去，对下层沉淀物用去离子水洗涤，直至过滤液呈中性；
（6）对清洗后的反应产物在108oC干燥3.5小时；
（7）对干燥后的反应产物在400oC焙烧6小时后得Cu-L分子筛，记作CuL-10，颜色为淡蓝色。
取1gCuL-10置于苯浓度为100 ppm的密闭空间中，50小时后，观察到CuL-10的颜色变成淡红色，继续放置30小时，颜色不断加深为红黑色。此时检测密闭空间中的苯的浓度为0.02ppm，说明该空间内的苯基本被清除干净。
实施例11
一种新型可视变色的空气净化材料，包括L沸石分子筛和占所述L沸石分子筛质量分数为3.1% 的铜元素，所述铜元素以Cu2+形式分散在L沸石分子筛的活性位点上。
上述的新型可视变色的空气净化材料的制备方法，包括以下步
（1）取上述实施例9中制得的L沸石分子筛0.2g，加入68ml 0.5M浓度的CuSO4溶液中，搅拌均匀后加入高压釜中，在120oC反应2小时后，自然冷却至室温，得反应液；
（2）将反应液中的上清液倒去，对下层沉淀物用去离子水洗涤，直至过滤液呈中性；
（3）对清洗后的反应产物在108oC干燥3.5小时；
（4） 对干燥后的反应产物在400oC焙烧6小时后得Cu-L分子筛，记作CuL-11，颜色为淡蓝色。
取0.2gCuL-11置于甲醛浓度为100ppm的密闭空间中，120小时后，观察到CuL-11的颜色变成淡红色，继续放置50小时，颜色不断加深至完全变成黑色。此时检测密闭空间中的甲醛浓度为0.01ppm，说明该空间内的甲醛基本被清除干净。
对比例1
一种新型可视变色的空气净化材料，包括L沸石分子筛和占所述L沸石分子筛质量分数为5.1% 的铜元素，所述铜元素以Cu2+形式分散在L沸石分子筛的活性位点上。
上述的新型可视变色的空气净化材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）取上述实施例6中制得的L沸石分子筛0.1g，加入200ml 0.5M浓度的CuSO4溶液中，搅拌均匀后加入高压釜中，在130oC反应1小时后，自然冷却至室温，得反应液；
（2）将反应液中的上清液倒去，对下层沉淀物用去离子水洗涤，直至过滤液呈中性；
（3）对清洗后的反应产物在110oC干燥2小时；
（4）对干燥后的反应产物在600oC焙烧3小时后得Cu-L分子筛，记作CuL-12，颜色为淡蓝色。
取0.1gCuL-12置于甲醛浓度为100ppm的密闭空间中，12小时后，观察到CuL-12的颜色变成暗红色，继续放置15小时，颜色不断加深，至完全变成黑色并不再继续发生变化。此时检测密闭空间中的甲醛浓度为0.01ppm，说明该空间内的甲醛基本被清除干净，本对比例与实施例6其他条件均相同，只是增加了CuSO4溶液的用量，使添加的铜溶液中铜离子的质量为所述L沸石分子筛质量的64倍，但是制备出的CuL-12中铜元素占L沸石分子筛的质量分数仍为5% ，没有变化，且性能测试结果也相同，说明当所加入的铜溶液中铜离子的质量大于所述L沸石分子筛质量的20倍时，制得的CuL分子筛中铜元素占L沸石分子筛的质量分数基本无变化。
对比例2
一种新型可视变色的空气净化材料，包括L沸石分子筛和占所述L沸石分子筛质量分数为5.3% 的铜元素，所述铜元素以Cu2+形式分散在L沸石分子筛的活性位点上。
上述的新型可视变色的空气净化材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）取上述实施例6中制得的L沸石分子筛0.1g，加入312.5ml 0.5M浓度的CuSO4溶液中，搅拌均匀后加入高压釜中，在130oC反应1小时后，自然冷却至室温，得反应液；
（2）将反应液中的上清液倒去，对下层沉淀物用去离子水洗涤，直至过滤液呈中性；
（3）对清洗后的反应产物在110oC干燥2小时；
（4）对干燥后的反应产物在600oC焙烧3小时后得Cu-L分子筛，记作CuL-13，颜色为淡蓝色。
取0.1gCuL-13置于甲醛浓度为100ppm的密闭空间中，12小时后，观察到CuL-13的颜色变成暗红色，继续放置15小时，颜色不断加深，至完全变成黑色并不再继续发生变化。此时检测密闭空间中的甲醛浓度为0.01ppm，说明该空间内的甲醛基本被清除干净，本对比例与实施例6其他条件均相同，只是增加了CuSO4溶液的用量，使添加的铜溶液中铜离子的质量为所述L沸石分子筛质量的100倍，但是制备出的CuL-13中铜元素占L沸石分子筛的质量分数仅为5.3% ，没有太大变化，且性能测试结果也相同，说明当所加入的铜溶液中铜离子的质量大于所述L沸石分子筛质量的20倍时，制得的CuL分子筛中铜元素占L沸石分子筛的质量分数变化不明显。
对比例3
一种新型可视变色的空气净化材料，包括L沸石分子筛和占所述L沸石分子筛质量分数为0.5% 的铜元素，所述铜元素以Cu2+形式分散在L沸石分子筛的活性位点上。
上述的新型可视变色的空气净化材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）取上述实施例6中制得的L沸石分子筛0.1g，加入1.5ml 0.5M浓度的CuSO4溶液中，搅拌均匀后加入高压釜中，在130oC反应1小时后，自然冷却至室温，得反应液；
（2）将反应液中的上清液倒去，对下层沉淀物用去离子水洗涤，直至过滤液呈中性；
（3）对清洗后的反应产物在110oC干燥2小时；
（4）对干燥后的反应产物在600oC焙烧3小时后得Cu-L分子筛，记作CuL-14，颜色为淡蓝色。
取0.1gCuL-14置于甲醛浓度为100ppm的密闭空间中，观察不到颜色的变化。此时检测密闭空间中的甲醛浓度为98ppm，说明该空间内的甲醛并未被清除，本对比例例与实施例6其他条件均相同，减少了CuSO4溶液的用量，使制备出的CuL-14中铜元素占L沸石分子筛的质量分数为0.5% 。
对比例4
（1） 取商品化的ZSM-5分子筛0.2g，加入100ml 1M浓度的CuSO4溶液中，搅拌均匀后加入高压釜中，在120oC反应1.5小时后，自然冷却至室温，得反应液；
（2）将反应液中的上清液倒去，对下层沉淀物用去离子水洗涤，直至过滤液呈中性；
（3）对清洗后的反应产物在108oC干燥3小时；
（4）对干燥后的反应产物在500oC焙烧4.5小时后得Cu-ZSM分子筛，记作Cu-ZSM，颜色为浅灰色。
取0.1g Cu-ZSM置于甲醛浓度为100ppm的密闭空间中，50小时后，分子筛未观察到变色，继续放置50小时，依然未发现分子筛出现变色现象。此时检测密闭空间中的甲醛浓度为96ppm，说明该空间内的甲醛依然存在。这主要是因为Cu-ZSM中是Cu+掺杂进ZSM沸石分子筛中，在一定位点上Cu+不具有催化氧化活性，不能将甲醛、芳烃和VOC降解为二氧化碳和水，不能除去室内的甲醛。

Claims (6)

1.一种新型可视变色的空气净化材料，其特征在于，包括L沸石分子筛和占所述L沸石分子筛质量分数为1%-5% 的铜元素，所述铜元素以Cu2+形式分散在所述L沸石分子筛的活性位点上。
2.如权利要求1所述的新型可视变色的空气净化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）取一定量的铜溶液和一定量的L沸石分子筛搅拌均匀后转移至高压釜中，在110-130℃下水热反应1-2小时，自然冷却至室温，得反应液；
（2）将反应液中的上清液倒去，对下层沉淀物洗涤，直至过滤液呈中性；
（3）对清洗后的反应产物在105-110℃下干燥2-4小时；
（4）对干燥后的反应产物在400-600℃下焙烧3-6小时，自然冷却至室温，即得Cu-L沸石分子筛。
3.如权利要求2所述的新型可视变色的空气净化材料的制备方法，其特征在于，所述铜溶液中铜离子的质量为所述L沸石分子筛质量的1倍及以上。
4.如权利要求3所述的新型可视变色的空气净化材料的制备方法，其特征在于，所述铜溶液中铜离子的质量为所述L沸石分子筛质量的1-20倍。
5.如权利要求4所述的新型可视变色的空气净化材料的制备方法，其特征在于，所述铜溶液为CuSO4溶液或Cu（NO3）2溶液。
6.如权利要求2所述的新型可视变色的空气净化材料的制备方法，其特征在于，所述L沸石分子筛的的制备方法包括以下步骤：
（1）按照摩尔比K2O：Na2O：Al2O3：SiO2：H2O=（3-10）: （0.5-10）:1: （15-50）: （300-800）的比例将反应原料剧烈搅拌形成均匀的乳浊液；
（2）将所述步骤（1）中获得的乳浊液在室温下静置6-48小时后，转移至反应釜中，在150-220℃下晶化12-48小时；
（3）反应结束后将产物分离、洗涤、干燥，在400-600℃下焙烧3-8小时，自然冷却至室温，即得L沸石分子筛。
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