CN109248701A - 光催化降解室内甲苯气体的改性壁纸及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光催化降解室内甲苯气体的改性壁纸及其制备方法和应用，所述制备方法为：采用催化剂浸渍混合法将Fe掺杂g‑C3N4催化剂和溶剂混合，机械搅拌2‑3h，并浸渍0.5‑1h后进行超声分散2‑3h，得到催化喷雾剂；将壁纸表面进行粗糙化处理，然后平铺于干燥、恒温的环境中，将催化喷雾剂摇匀后，装备于涂布喷洒机，进行均匀涂布喷洒，待壁纸上的喷雾干燥后即得改性壁纸，且所述Fe掺杂g‑C3N4催化剂中各组成的质量比为：m(Fe)/m(g‑C3N4)＝1％～5％，所述Fe掺杂g‑C3N4催化剂的负载量为每平方米壁纸负载100～150mg的Fe掺杂g‑C3N4催化剂，所述壁纸为无纺布壁纸。本发明具有工艺简单、原材料来源广，催化降解效率高，无二次污染，可重复利用，节能且成本低等优点，具有非常高的经济效益和环境效益。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种光催化降解室内甲苯气体的改性壁纸及其制备方法和应用。
【背景技术】
改革开放以来，人民生活质量迅猛提高，越来越关注室内生活环境，对室内空气质量要求较高，在国家发布了室内空气质量标准(GB/T18883-2002)的前提下，仍有室内装修材料、家具等存在不合格的现象，因此室内挥发性有机物的低成本、高效降解成为未来大气污染防治的发展趋势。随着我国城市规模的不断扩大以及装修建材市场的庞大，管理难度大，不合格建材使用越来越多，且挥发性有机物处理难度大。室内挥发性有机物是由挥发性甲苯、甲醛、芳香烃、卤代烃等组成，长期吸入会导致身体不适、恶心，严重的会致人死亡，若不加以及时处理会对环境造成污染，乃至威胁生命安全。室内挥发性甲苯气体存在室内广泛且挥发周期长，不易于短时间处理，易造成二次污染等，区别于传统活性炭吸附室内空气污染物，存在二次污染和吸附不完全的风险。如何妥善处理室内挥发性甲苯气体，实现低成本室内空气净化，而不造成二次污染，是我们急需解决的难题。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种光催化降解室内甲苯气体的改性壁纸，其具有工艺简单、原材料来源广，催化降解效率高，没有二次污染，还可重复再利用，节能且成本低等优点，具有非常高的经济效益和环境效益。
本发明是这样实现上述技术问题之一的：
一种光催化降解室内甲苯气体的改性壁纸，所述改性壁纸包括壁纸与Fe掺杂g-C3N4催化剂，所述Fe掺杂g-C3N4催化剂喷涂附着在所述壁纸上，且所述Fe掺杂g-C3N4催化剂中各组成的质量比为：m(Fe)/m(g-C3N4)＝1％～5％。
进一步地，所述Fe掺杂g-C3N4催化剂的负载量为每平方米壁纸负载100～150mg的Fe掺杂g-C3N4催化剂。
进一步地，所述壁纸为无纺布壁纸。
本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种光催化降解室内甲苯气体的改性壁纸的制备方法，其具有工艺简单、原材料来源广，催化降解效率高，没有二次污染，还可重复再利用，节能且成本低等优点，具有非常高的经济效益和环境效益。
本发明是这样实现上述技术问题之二的：
一种光催化降解室内甲苯气体的改性壁纸的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
步骤一、采用催化剂浸渍混合法将Fe掺杂g-C3N4催化剂和溶剂混合，机械搅拌2-3h，并浸渍0.5-1h后进行超声分散2-3h，得到催化喷雾剂；
步骤二、将壁纸表面进行粗糙化处理，然后平铺于干燥、恒温的环境中，将催化喷雾剂摇匀后，装备于涂布喷洒机，进行均匀涂布喷洒，待壁纸上的喷雾干燥后即得改性壁纸。
进一步地，所述Fe掺杂g-C3N4催化剂中各组成的质量比为：m(Fe)/m(g-C3N4)＝1％～5％。
进一步地，所述Fe掺杂g-C3N4催化剂的负载量为每平方米壁纸负载100～150mg的Fe掺杂g-C3N4催化剂。
进一步地，所述壁纸为无纺布壁纸。
进一步地，所述步骤一中的溶剂为水或50％的乙醇；所述Fe掺杂g-C3N4催化剂和溶剂的用量为1.5～2.5g的Fe掺杂g-C3N4催化剂与100ml的溶剂浸渍混合。
本发明要解决的技术问题之三，在于提供一种光催化降解室内甲苯气体的改性壁纸的应用，其具有工艺简单、原材料来源广，催化降解效率高，没有二次污染，还可重复再利用，节能且成本低等优点，具有非常高的经济效益和环境效益。
本发明是这样实现上述技术问题之三的：
一种光催化降解室内甲苯气体的改性壁纸的应用，所述改性壁纸由上述的一种利用光催化降解室内甲苯气体的改性壁纸的制备方法制备得到；应用过程如下：
将所述改性壁纸粘贴于被降解空间内，白天打开窗帘、夜晚开启普通日光灯照射即可；
待13～17天后，将改性壁纸取下回收，回收的改性壁纸在50-80℃下干燥、抛光再进行表面粗糙化处理，最后再均匀涂布喷洒所述Fe掺杂g-C3N4催化剂，即可重新使用。
本发明具有如下优点：
本发明利用改性壁纸光催化降解室内挥发性甲苯气体，实现白天利用太阳能，无需其他额外能源，晚上使用日光灯，节省能源，同时达到室内空气污染防治，有益于人体健康，减少环境污染；本发明工艺简单、原材料来源广、成本低，粘贴壁纸有一定美观效果，易取下，不会对被粘贴物造成外观影响。
本发明在壁纸与光催化剂结合中使用的喷洒剂类物质实现负载稳定化、负载均匀化；通过均匀涂布喷洒技术，使壁纸与催化剂高效负载；利用催化剂浸渍混合法使催化剂发挥更高效的催化性能，同时使用壁纸再利用方法，降低使用成本，保证催化效率、提高室内空气质量等优点。本发明使室内空气高质量、无污染成为现实，具有非常高的经济效益和环境效益。
【具体实施方式】
本发明涉及一种光催化降解室内甲苯气体的改性壁纸，所述改性壁纸包括壁纸与Fe掺杂g-C3N4催化剂，所述Fe掺杂g-C3N4催化剂喷涂附着在所述壁纸上，且所述Fe掺杂g-C3N4催化剂中各组成的质量比为：m(Fe)/m(g-C3N4)＝1％～5％。
所述Fe掺杂g-C3N4催化剂的负载量为每平方米壁纸负载100～150mg的Fe掺杂g-C3N4催化剂。
所述壁纸为无纺布壁纸。
本发明还涉及上述一种光催化降解室内甲苯气体的改性壁纸的制备方法，所述方法步骤如下：
步骤一、采用催化剂浸渍混合法将纳米级Fe掺杂g-C3N4催化剂和溶剂混合，机械搅拌2-3h，并浸渍0.5-1h后进行超声分散2-3h，得到催化喷雾剂；
步骤二、将壁纸表面进行粗糙化处理，然后平铺于干燥、恒温的环境中，将催化喷雾剂摇匀后，装备于涂布喷洒机，进行均匀涂布喷洒，待壁纸上的喷雾干燥后即得改性壁纸。
所述步骤一中的溶剂为水或50％的乙醇；所述Fe掺杂g-C3N4催化剂和溶剂的用量为1.5～2.5g的Fe掺杂g-C3N4催化剂与100ml的溶剂浸渍混合。
本发明也涉及上述光催化降解室内甲苯气体的改性壁纸的应用，所述改性壁纸由上述的一种利用光催化降解室内甲苯气体的改性壁纸的制备方法制备得到；应用过程如下：
将所述改性壁纸粘贴于被降解空间内，白天打开窗帘、夜晚开启普通日光灯照射即可；
待13～17天后，将改性壁纸取下回收，回收的改性壁纸在50-80℃下干燥、抛光再进行表面粗糙化处理，最后再均匀涂布喷洒所述Fe掺杂g-C3N4催化剂，即可重新使用。
以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例
一种光催化降解室内甲苯气体的改性壁纸的制备方法，主要实施步骤如下：1、将0.1-1mol的硝酸铁加入反应容器中，再加入6050g～60500g的三聚氰胺,搅拌0.5-2h后,加热至水分蒸干,放入烘箱中,70-150℃干燥3-5h；将干燥后的固体用玛瑙研钵研磨成纳米级颗粒后放入坩埚中,550-600℃下焙烧2-4h,升温速度5℃/min,待坩埚冷却后取出，得到Fe掺杂g-C3N4催化剂，备用。
2、采用催化剂浸渍混合法将2g已制备好的催化剂与100ml的50％乙醇混合(其原因是喷洒后乙醇易挥发，无物污染)，机械搅拌2-3h，并浸渍0.5-1h后进行超声分散2-3h，装入喷雾瓶，备用。
3、壁纸采用市场上常用无纺布壁纸，将壁纸表面进行粗糙化处理，备用。
4、将经过处理的壁纸平铺于干燥、恒温的环境，并将制备好的催化喷雾剂再次摇均混合，装备于涂布喷洒机控制喷洒流量、喷洒速率、喷洒时间以及喷洒温度，进行均匀涂布喷洒，待喷雾完全消失即得改性壁纸；
5、将改性壁纸取出并粘贴于被降解空间的墙壁、玻璃窗等可粘贴的物体上，白天打开窗帘、夜晚开启普通日光灯照射即可。
通过调节喷洒设备使催化剂负载量为每平方米负载120mg时，在固定1m3封闭空间内的5m2无纺布壁纸面积上，喷洒催化剂600mg，室温，常压，多次试验取起始甲苯浓度均值为45.00ppm，一只10w日光灯下进行光催化降解6h，测得最终甲苯浓度均值为10.50ppm，即降解率为76.7％；甲苯浓度检测仪器型号为JK40-IV2，厂商为深圳市吉顺安科技有限公司，按照GB-T18883-2002室内空气质量标准，甲苯气体标准为0.2mg/m3，换算为0.05ppm(1h均值)，经48小时降解，可达到国家标准。
6、待15天后，将改性壁纸取下回收，回收的改性壁纸在50-80℃下干燥、抛光再进行表面粗糙化处理，重复步骤4和5即可，一般壁纸可重复利用5次，其壁纸外观依旧良好，降解效果也较好。
综上可知，本发明利用改性壁纸光催化降解室内挥发性甲苯气体，实现白天利用太阳能，无需其他额外能源，晚上使用日光灯，节省能源，同时达到室内空气污染防治，有益于人体健康，减少环境污染；本发明工艺简单、原材料来源广、成本低，粘贴壁纸有一定美观效果，易取下，不会对被粘贴物造成外观影响。
本发明在壁纸与光催化剂结合中使用的喷洒剂类物质实现负载稳定化、负载均匀化；通过均匀涂布喷洒技术，使壁纸与催化剂高效负载；利用催化剂浸渍混合法使催化剂发挥更高效的催化性能，同时使用壁纸再利用方法，降低使用成本，保证催化效率、提高室内空气质量等优点。本发明使室内空气高质量、无污染成为现实，具有非常高的经济效益和环境效益。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (9)
1.光催化降解室内甲苯气体的改性壁纸，其特征在于：所述改性壁纸包括壁纸与Fe掺杂g-C3N4催化剂，所述Fe掺杂g-C3N4催化剂喷涂附着在所述壁纸上，且所述Fe掺杂g-C3N4催化剂中各组成的质量比为：m(Fe)/m(g-C3N4)＝1％～5％。
2.根据权利要求1所述的光催化降解室内甲苯气体的改性壁纸，其特征在于：所述Fe掺杂g-C3N4催化剂的负载量为每平方米壁纸负载100～150mg的Fe掺杂g-C3N4催化剂。
3.根据权利要求1所述的光催化降解室内甲苯气体的改性壁纸，其特征在于：所述壁纸为无纺布壁纸。
4.光催化降解室内甲苯气体的改性壁纸的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
步骤一、采用催化剂浸渍混合法将Fe掺杂g-C3N4催化剂和溶剂混合，机械搅拌2-3h，并浸渍0.5-1h后进行超声分散2-3h，得到催化喷雾剂；
步骤二、将壁纸表面进行粗糙化处理，然后平铺于干燥、恒温的环境中，将催化喷雾剂摇匀后，装备于涂布喷洒机，进行均匀涂布喷洒，待壁纸上的喷雾干燥后即得改性壁纸。
5.根据权利要求4所述的光催化降解室内甲苯气体的改性壁纸的制备方法，其特征在于：所述Fe掺杂g-C3N4催化剂中各组成的质量比为：m(Fe)/m(g-C3N4)＝1％～5％。
6.根据权利要求4所述的光催化降解室内甲苯气体的改性壁纸的制备方法，其特征在于：所述Fe掺杂g-C3N4催化剂的负载量为每平方米壁纸负载100～150mg的Fe掺杂g-C3N4催化剂。
7.根据权利要求4所述的光催化降解室内甲苯气体的改性壁纸的制备方法，其特征在于：所述壁纸为无纺布壁纸。
8.根据权利要求4所述的光催化降解室内甲苯气体的改性壁纸的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的溶剂为水或50％的乙醇；所述Fe掺杂g-C3N4催化剂和溶剂的用量为1.5～2.5g的Fe掺杂g-C3N4催化剂与100ml的溶剂浸渍混合。
9.光催化降解室内甲苯气体的改性壁纸的应用，其特征在于：所述改性壁纸由权利要求4～8任一项所述的一种利用光催化降解室内甲苯气体的改性壁纸的制备方法制备得到；应用过程如下：
将所述改性壁纸粘贴于被降解空间内，白天打开窗帘、夜晚开启普通日光灯照射即可；
待13～17天后，将改性壁纸取下回收，回收的改性壁纸在50-80℃下干燥、抛光再进行表面粗糙化处理，最后再均匀涂布喷洒所述Fe掺杂g-C3N4催化剂，即可重新使用。
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