CN109225346B - 一种含氧化锌的纳米光触媒乳液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含氧化锌的纳米光触媒乳液及其制备方法,其中所述纳米光触媒乳液由包括以下重量份的原料制备而成：2‑8份钛酸丁酯；4‑16份纳米二氧化硅；2‑4份乙酸锌；0.35‑0.7份硝酸铜；0.15‑0.3份硝酸铈；0.15‑0.3份硝酸硒；50‑100份有机混合溶液；400‑600份三甘醇；10‑30份水。本发明使用纳米二氧化硅，能够给纳米二氧化钛、纳米锌和金属催化剂提供支撑和载体的作用，大幅提高光触媒的催化作用，提高粘接效果，可吸附抗菌离子，起到消毒抗菌的作用。所述纳米光触媒乳液能处理各种有异味的有机分子，制备方法简单、稳定性好、吸附率高，可以使用两种不同的使用方法，使用范围广，对于各种有异味的物品均能够起到非常好的处理效果。
Description
技术领域
本发明属于空气净化技术领域，涉及一种新型空气净化剂及其制备方法，具体涉及一种含氧化锌的纳米光触媒乳液及其制备方法及其用途。
背景技术
目前空气净化剂分为两种，一种是利用自身的香味达到掩盖异味的目的的空气净化剂，另一种为利用吸附或者化学反应达到吸附或者降解有害气体的空气净化剂。第一种只是掩盖异味，本身并未对有害气体清除；而第二种目前市场分两种一种传统的利用活性炭的吸附原理进行吸附，此类方法只是将有害气体吸附，并未彻底清除，吸附饱和后需要更换吸附剂；另一种是新型的光触媒剂型，纳米光触媒在光照射下，价带电子被激发到导带，形成了电子和空穴，与吸附于其表面的O2和H2O作用，生成超氧化物阴离子自由基，O2-和羟基自由基-OH，其自由基具有很强的氧化分解能力，能破坏有机物中的C-C键、C-H键、C-N键、C-O键、O-H键、N-H键，分解有机物为二氧化碳与水；同时破坏细菌的细胞膜固化病毒的蛋白质，改变细菌，病毒的生存环境从而杀死细菌、病毒。
CN108636354A公开了一种新型空气净化剂及其制备工艺，由以下成分制备而成：纳米二氧化钛、纳米氧化锌、氧化石墨烯乳液、改性海泡石、改性沸石、活性炭、活性剂、硝酸盐、钛酸丁酯、乙醇溶液、分散剂和去离子水。该技术方案采用的氧化石墨烯原料就具有很好的吸附性，制成乳液后，与活性剂的协同作用，可以达到对有害气体既可以吸附又可以降解的效果，但未能充分发挥出纳米光触媒的光催化性能，分解气体的能力不强，难以循环使用。CN102500322A，公开了一种负载二氧化钛的活性炭吸附剂的制备方法，将预处理的活性炭加入到TiCl3的盐酸溶液中，通过水热处理得到负载二氧化钛的活性炭吸附剂。然而该技术方案纳米二氧化钛负载率通常较低，光催化性能较弱；要么工艺复杂，难以工业化生产，存在一定的局限性。
综上所述，现有技术仍缺乏一种能够高效处理空气污染的纳米光触媒。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，开发一种新的纳米光触媒，能够处理各种有机异味，催化效率高，处理能力强。
本发明技术方案如下所示。
一种含氧化锌的纳米光触媒乳液,其由包括以下重量份的原料制备而成：
2-8份钛酸丁酯；
4-16份纳米二氧化硅；
2-4份乙酸锌；
0.35-0.7份硝酸铜；
0.15-0.3份硝酸铈；
0.15-0.3份硝酸硒；
50-100份有机混合溶液；
400-600份三甘醇；
10-30份水。
钛酸丁酯是溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛的常用原料，因其水解太剧烈，故常加乙醇、冰醋酸、二乙醇胺等减缓水解速率。乙酸锌可用来制备纳米氧化锌，纳米氧化锌促进了臭氧到羟基自由基的转变，可以与纳米二氧化钛相互配合，起到更优的作用，能够让有机小分子更好地分解。
纳米二氧化硅(SiO2)作为纳米粉体，其体积效应和量子隧道效应使得其产生渗透作用，可以与有机物的π键电子云发生重叠，形成空间网状结构。本申请使用纳米二氧化硅主要有三个作用，首先是纳米二氧化硅具有三维网状结构，拥有庞大的比表面积，表现出极大的活性，能够给纳米二氧化钛、纳米锌和金属催化剂提供支撑和载体的作用，大幅提高光触媒的催化作用；其次是稳定乳液，纳米二氧化硅表面包覆层有机材料，使之具有疏水特性，将它添加到密封胶中能很快形成一种网络结构，抑制胶体流动，固体速率加快，提高粘接效果，同时由于颗粒细小，更增加了胶的密封性；最后是消毒抗菌，纳米二氧化硅具有生理惰性、高吸附性，可吸附抗菌离子，起到消毒抗菌的作用。
硝酸铜、硝酸铈、硝酸硒等金属硝酸盐，可以作为强的氧化剂，其催化机理与纳米二氧化钛、纳米氧化锌有所不同，可以形成全面的催化能力，能够处理各种有机小分子其他的，高效净化空气。本申请使用的金属硝酸盐是经过多次实践得出的，特别地，本申请的所用的金属硝酸盐在乳液的制备过程中还可以起到颜色指示剂的作用。
作为优选，其由包括以下重量份的原料制备而成：
4-6份钛酸丁酯；
8-12份纳米二氧化硅；
2-3份乙酸锌；
0.35-0.4份硝酸铜；
0.15-0.2份硝酸铈；
0.15-0.2份硝酸硒；
50-60份酸醇酯混合溶液；
400-600份三甘醇；
10-20份水。
通过长期的实践而言，上述的重量份的原料制备的乳液性能更佳。
作为优选，所述酸醇酯混合溶液为乙酸、丙醇、乙酸乙酯和乙醇胺的混合物，且重量比为(1-2):(1-2):(1-2):(2-4)。所述有机溶剂可以用来减缓钛酸丁酯和乙酸锌的水解速率，有助于纳米催化剂的合成。
作为优选，所述钛酸丁酯与所述纳米二氧化硅的重量比为1:2。
钛酸丁酯制备的纳米二氧化钛起到催化作用，纳米二氧化硅起到载体等多种作用，本申请反应时，二者的比例为1:2时，形成的胶体较为稳定，催化剂的催化效率也较高。
作为优选，所述纳米光触媒乳液通过包括以下制备步骤的方法制备而成：
(1)将乙酸锌加入到醇和酯的混合溶液中，搅拌均匀，使得乙酸锌充分溶解；
(2)将步骤(1)获得的溶液在搅拌的情况下加入钛酸丁酯、硝酸铜、硝酸铈、硝酸硒，使得固体颗粒充分溶解；
(3)将步骤(2)获得的溶液称量，记为质量M1，然后转移入反应釜中，在匀速搅拌的情况下，逐步加入纳米二氧化硅和M1质量的水，使得反应釜内的溶液为浆体，然后加热反应釜，在80-100℃温度下高温蒸发出浆体内的有机溶剂；
(4)在匀速搅拌的情况下，将步骤(3)获得的浆体中继续滴加纳米二氧化硅、三甘醇，在80-100℃温度下煮3-5个小时，获得白色膏体；
(5)密闭反应釜，控制反应釜在高温高压下反应一段时间，当白色膏体颜色发生变化时反应终止，即可得到成品。
颜色发生变化，是指白色的颜色会变成橙色、红色或者蓝色，由于金属离子的颜色与浓度有一定关系，所以，不同溶度的乳液有不同的颜色，但是乳液颜色发生变化后即可终止反应。
作为优选，所述步骤(3)中纳米二氧化硅的加入量与所述步骤(2)中钛酸丁酯的加入量为1:1，所述步骤(4)中纳米二氧化硅的加入量与所述步骤(2)中钛酸丁酯的加入量为1:1。
作为优选，所述制备步骤中步骤(5)的压力为1-3个大气压，温度为60-150℃。
作为优选，所述用途包括空气净化和有异味的物体的异味去除。有机异味，包括装修后的房间，新买的车辆、家具等散发出来的醛类、苯类、苯酚类等有机小分子表现出来的气味。
作为优选，所述纳米光触媒乳液可以通过雾化瓶在密闭空间内雾化喷出，所述密闭空间的体积用量为1-5g/m3。
作为优选，所述纳米光触媒乳液可以与有异味的物体接触来去除异味，具体为在被处理的物体包括覆盖一层所述纳米光触媒乳液，且所述纳米光触媒乳液的用量为0.1-1g/m2。
本发明的有益效果有：
(1)本发明使用纳米二氧化硅，能够给纳米二氧化钛、纳米锌和金属催化剂提供支撑和载体的作用，大幅提高光触媒的催化作用，提高粘接效果，可吸附抗菌离子，起到消毒抗菌的作用。
(2)硝酸铜、硝酸铈、硝酸硒等金属硝酸盐，可以作为强的氧化剂，可以形成全面的催化能力，能够处理各种有机小分子其他的，高效净化空气，在乳液的制备过程中还可以起到颜色指示剂的作用。
(3)本发明有能力处理各种有异味的有机分子，制备方法简单、稳定性好、吸附率高，能够有效去除空气中的有害气体；
(4)本发明可以使用两种不同的使用方法，使用范围广，对于各种有异味的物品均能够起到非常好的处理效果。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明：
制备实施例
酸醇酯混合溶液采用乙酸、丙醇、乙酸乙酯和乙醇胺按重量比为1:1:2:4制备而成，所述乙酸、丙醇、乙酸乙酯和乙醇胺使用分析纯的试剂。
实施例1
(1)将2克乙酸锌加入到50克酸醇酯混合溶液中，搅拌均匀，使得乙酸锌充分溶解；
(2)将步骤(1)获得的溶液在搅拌的情况下加入4克钛酸丁酯、0.35克硝酸铜、0.15克硝酸铈、0.15克硝酸硒，使得固体颗粒充分溶解；
(3)将步骤(2)获得的溶液称量，质量为56.65g，然后转移入反应釜中，在匀速搅拌的情况下，逐步加入4克纳米二氧化硅和56.65g的水，使得反应釜内的溶液为浆体，然后加热反应釜，在80℃温度下高温蒸发出浆体内的有机溶剂；
(4)在匀速搅拌的情况下，将步骤(3)获得的浆体中继续滴加4克纳米二氧化硅、400克三甘醇，在100℃温度下煮3个小时，获得白色膏体；
(5)密闭反应釜，控制反应釜在2个大气压和120℃的温度下反应一段时间，当白色膏体颜色发生变化时反应终止，即可得到成品A1。
实施例2
(1)将3克乙酸锌加入到80克酸醇酯混合溶液中，搅拌均匀，使得乙酸锌充分溶解；
(2)将步骤(1)获得的溶液在搅拌的情况下加入6克钛酸丁酯、0.35克硝酸铜、0.15克硝酸铈、0.15克硝酸硒，使得固体颗粒充分溶解；
(3)将步骤(2)获得的溶液称量，质量为89.65g，然后转移入反应釜中，在匀速搅拌的情况下，逐步加入6克纳米二氧化硅和89.65g的水，使得反应釜内的溶液为浆体，然后加热反应釜，在80℃温度下高温蒸发出浆体内的有机溶剂；
(4)在匀速搅拌的情况下，将步骤(3)获得的浆体中继续滴加6克纳米二氧化硅、500克三甘醇，在100℃温度下煮3个小时，获得白色膏体；
(5)密闭反应釜，控制反应釜在2个大气压和120℃的温度下反应一段时间，当白色膏体颜色发生变化时反应终止，即可得到成品A2。
实施例3
(1)将4克乙酸锌加入到100克酸醇酯混合溶液中，搅拌均匀，使得乙酸锌充分溶解；
(2)将步骤(1)获得的溶液在搅拌的情况下加入8克钛酸丁酯、0.35克硝酸铜、0.15克硝酸铈、0.15克硝酸硒，使得固体颗粒充分溶解；
(3)将步骤(2)获得的溶液称量，质量为112.65g，然后转移入反应釜中，在匀速搅拌的情况下，逐步加入8克纳米二氧化硅和112.65g的水，使得反应釜内的溶液为浆体，然后加热反应釜，在80℃温度下高温蒸发出浆体内的有机溶剂；
(4)在匀速搅拌的情况下，将步骤(3)获得的浆体中继续滴加8克纳米二氧化硅、600克三甘醇，在80-100℃温度下煮3个小时，获得白色膏体；
(5)密闭反应釜，控制反应釜在3个大气压和120℃的温度下反应一段时间，当白色膏体颜色发生变化时反应终止，即可得到成品A3
对比实施例1不含纳米二氧化硅
(1)将2克乙酸锌加入到50克酸醇酯混合溶液中，搅拌均匀，使得乙酸锌充分溶解；
(2)将步骤(1)获得的溶液在搅拌的情况下加入4克钛酸丁酯、0.35克硝酸铜、0.15克硝酸铈、0.15克硝酸硒，使得固体颗粒充分溶解；
(3)将步骤(2)获得的溶液称量，质量为56.65g，然后转移入反应釜中，在匀速搅拌的情况下，逐步加入56.65g的水，使得反应釜内的溶液为浆体，然后加热反应釜，在80℃温度下高温蒸发出浆体内的有机溶剂；
(4)在匀速搅拌的情况下，将步骤(3)获得的浆体中继续滴加400克三甘醇，在100℃温度下煮3个小时，获得白色膏体；
(5)密闭反应釜，控制反应釜在2个大气压和120℃的温度下反应一段时间，当白色膏体颜色发生变化时反应终止，即可得到成品B1。
对比实施例2不含硝酸盐
(1)将2克乙酸锌加入到50克酸醇酯混合溶液中，搅拌均匀，使得乙酸锌充分溶解；
(2)将步骤(1)获得的溶液在搅拌的情况下加入4克钛酸丁酯，使得固体颗粒充分溶解；
(3)将步骤(2)获得的溶液称量，质量为56g，然后转移入反应釜中，在匀速搅拌的情况下，逐步加入4克纳米二氧化硅和56g的水，使得反应釜内的溶液为浆体，然后加热反应釜，在80℃温度下高温蒸发出浆体内的有机溶剂；
(4)在匀速搅拌的情况下，将步骤(3)获得的浆体中继续滴加4克纳米二氧化硅、400克三甘醇，在80-100℃温度下煮3个小时，获得白色膏体；
(5)密闭反应釜，控制反应釜在2个大气压和120℃的温度下反应一段时间，即可得到成品B2。
对比实施例3不含乙酸锌
(1)准备50克酸醇酯混合溶液；
(2)将步骤(1)的溶液在搅拌的情况下加入4克钛酸丁酯、0.35克硝酸铜、0.15克硝酸铈、0.15克硝酸硒，使得固体颗粒充分溶解；
(3)将步骤(2)获得的溶液称量，质量为54.65g，然后转移入反应釜中，在匀速搅拌的情况下，逐步加入4克纳米二氧化硅和54.65g的水，使得反应釜内的溶液为浆体，然后加热反应釜，在80℃温度下高温蒸发出浆体内的有机溶剂；
(4)在匀速搅拌的情况下，将步骤(3)获得的浆体中继续滴加4克纳米二氧化硅、400克三甘醇，在100℃温度下煮3个小时，获得白色膏体；
(5)密闭反应釜，控制反应釜在2个大气压和120℃的温度下反应一段时间，当白色膏体颜色发生变化时反应终止，即可得到成品B3。
对比实施例4
在网站上购买现有的纳米改性光触媒，进行对比测试，记为B4。
效果实施例
效果实施例1雾化喷涂测试
将所制备的纳米光触媒乳液在100m3的封闭空间内雾化使用，在封闭空间内通入甲醛、乙醚、甲苯、苯酚，使空间浓度都达到1mg/m3，对24小时后通过气体检测仪，针对性地进行空气质量检测，得到表1的检测数据。
效果实施例2喷涂实施例
将纳米光触媒乳液涂至新装修的皮质家具上，所述纳米光触媒乳液的用量为0.1g/m2，在表面涂装6h、12h、24h通过气体检测仪，检测气体的处理情况，前后对比计算得出异味去除率，使用完毕后对皮具进行外观检测，得到表2的检测数据。
表1喷涂测试的检测结果
通过表1的结果，可以得出本发明制备的A1-A3的纳米光触媒对甲醛、乙醚、甲苯、苯酚的去除效率及去除率显著高于对比例1，并且可以得出，由本发明优选出的重量份的原料，在实施例1中制备出的成品，所检测到的空气净化结果最优。同时对比发现，本发明缺乏纳米二氧化硅、硝酸盐、乙酸锌所制备的光触媒效果不是特别好，与现有技术差别不大。
表2皮具涂抹测试的检测结果
| 序号 | 测试时间6h | 测试时间12h | 测试时间24h | 外观检测 |
| A1 | 91.3 | 94.4 | 99.3 | 无损伤 |
| A2 | 87.5 | 93.5 | 97.5 | 无损伤 |
| A3 | 86.4 | 96.4 | 96.4 | 无损伤 |
| B1 | 62.2 | 72.2 | 62.2 | 无损伤 |
| B2 | 59.2 | 69.2 | 89.2 | 无损伤 |
| B3 | 54.2 | 61.3 | 74.4 | 无损伤 |
| B4 | 45.6 | 54.6 | 65.6 | 无损伤 |
通过表2的测试结果，可以得出本发明制备的A1-A3的纳米光触媒对甲醛、乙醚、甲苯、苯酚的去除效率及去除率显著高于对比例1，并且可以得出，由本发明优选出的重量份的原料，在实施例1中制备出的成品，所检测到的涂抹净化结果最优。同时对比发现，本发明缺乏纳米二氧化硅、硝酸盐、乙酸锌所制备的光触媒效果相比不是特别好，但仍然优于现有技术，充分证明本发明通过接触来去除异味，能够取得更优的效果。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (6)
1.一种含氧化锌的纳米光触媒乳液，其特征在于，制备方法如下：
(1)将2克乙酸锌加入到50克酸醇酯混合溶液中，搅拌均匀，使得乙酸锌充分溶解；所述酸醇酯混合溶液采用乙酸、丙醇、乙酸乙酯和乙醇胺按重量比为1:1:2:4制备而成，所述乙酸、丙醇、乙酸乙酯和乙醇胺使用分析纯的试剂；
(2)将所述步骤(1)获得的溶液在搅拌的情况下加入4克钛酸丁酯、0.35克硝酸铜、0.15克硝酸铈、0.15克硝酸硒，使得固体颗粒充分溶解；
(3)将所述步骤(2)获得的溶液称量，质量为56.65g，然后转移入反应釜中，在匀速搅拌的情况下，逐步加入4克纳米二氧化硅和56.65g的水，使得反应釜内的溶液为浆体，然后加热反应釜，在80℃温度下高温蒸发出浆体内的有机溶剂；
(4)在匀速搅拌的情况下，将所述步骤(3)获得的浆体中继续滴加4克纳米二氧化硅、400克三甘醇，在100℃温度下煮3个小时，获得白色膏体；
(5)密闭反应釜，控制反应釜在2个大气压和120℃的温度下反应一段时间，当白色膏体颜色发生变化时反应终止，得到含氧化锌的纳米光触媒乳液。
2.一种含氧化锌的纳米光触媒乳液，其特征在于，制备方法如下：
(1)将3克乙酸锌加入到80克酸醇酯混合溶液中，搅拌均匀，使得乙酸锌充分溶解；所述酸醇酯混合溶液采用乙酸、丙醇、乙酸乙酯和乙醇胺按重量比为1:1:2:4制备而成，所述乙酸、丙醇、乙酸乙酯和乙醇胺使用分析纯的试剂；
(2)将所述步骤(1)获得的溶液在搅拌的情况下加入6克钛酸丁酯、0.35克硝酸铜、0.15克硝酸铈、0.15克硝酸硒，使得固体颗粒充分溶解；
(3)将所述步骤(2)获得的溶液称量，质量为89.65g，然后转移入反应釜中，在匀速搅拌的情况下，逐步加入6克纳米二氧化硅和89.65g的水，使得反应釜内的溶液为浆体，然后加热反应釜，在80℃温度下高温蒸发出浆体内的有机溶剂；
(4)在匀速搅拌的情况下，将所述步骤(3)获得的浆体中继续滴加6克纳米二氧化硅、500克三甘醇，在100℃温度下煮3个小时，获得白色膏体；
(5)密闭反应釜，控制反应釜在2个大气压和120℃的温度下反应一段时间，当白色膏体颜色发生变化时反应终止，得到含氧化锌的纳米光触媒乳液。
3.一种含氧化锌的纳米光触媒乳液，其特征在于，制备方法如下：
(1)将4克乙酸锌加入到100克酸醇酯混合溶液中，搅拌均匀，使得乙酸锌充分溶解；所述酸醇酯混合溶液采用乙酸、丙醇、乙酸乙酯和乙醇胺按重量比为1:1:2:4制备而成，所述乙酸、丙醇、乙酸乙酯和乙醇胺使用分析纯的试剂；
(2)将所述步骤(1)获得的溶液在搅拌的情况下加入8克钛酸丁酯、0.35克硝酸铜、0.15克硝酸铈、0.15克硝酸硒，使得固体颗粒充分溶解；
(3)将所述步骤(2)获得的溶液称量，质量为112.65g，然后转移入反应釜中，在匀速搅拌的情况下，逐步加入8克纳米二氧化硅和112.65g的水，使得反应釜内的溶液为浆体，然后加热反应釜，在80℃温度下高温蒸发出浆体内的有机溶剂；
(4)在匀速搅拌的情况下，将所述步骤(3)获得的浆体中继续滴加8克纳米二氧化硅、600克三甘醇，在80-100℃温度下煮3个小时，获得白色膏体；
(5)密闭反应釜，控制反应釜在3个大气压和120℃的温度下反应一段时间，当白色膏体颜色发生变化时反应终止，得到含氧化锌的纳米光触媒乳液。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的纳米光触媒乳液的用途，其特征在于，所述用途包括空气净化和有异味的物体的异味去除。
5.根据权利要求4所述的纳米光触媒乳液的用途，其特征在于，所述纳米光触媒乳液通过雾化瓶在密闭空间内雾化喷出，所述密闭空间的体积用量为1-5g/m3。
6.根据权利要求4所述的纳米光触媒乳液的用途，其特征在于，所述纳米光触媒乳液与有异味的物体接触来去除异味，具体为在被处理的物体覆盖一层所述纳米光触媒乳液，且所述纳米光触媒乳液的用量为0.1-1g/m2。
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