CN109364904A - 一种室内空气污染物液态清除剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种室内空气污染物液态清除剂及其制备方法。所述室内空气污染物液态清除剂的制备方法包括取水溶性钛酸盐溶于纯水中；向钛酸盐水溶液中加入氨水至pH值为9～12，将钛离子转化为正钛酸沉淀；取正钛酸沉淀分散于水中得到正钛酸分散液，加入草酸和稀土氧化物得到混合液；搅拌3～10h后得到纳米二氧化钛分散液，并加入酸调节pH为1～3。本发明提供的制备方法合成反应条件温和，反应温度低，生产能耗低，产率高，具有非常好的实用性，适用于工业生产。制备得到的液态清除剂中引入稀土元素，降低能级跃迁阈值，可见光也能够使稀土元素掺杂的二氧化钛发生能级电子跃迁，产生高能自由基，最终降解甲醛和TVOC等有机污染物。
Description
技术领域
本发明涉及空气污染清除剂生产技术领域，更具体地，涉及一种室内空气污染物液态清除剂及其制备方法。
背景技术
当前，随着人们生活水平的提高，家居装修已经变得相当普遍，随之而来的便是因为家装材料所含化工成分的分解或挥发而产生的室内空气污染以及随之产生的异味，这些气态污染物重要是来源于装修材料中的甲醛、苯系物质以及TVOC(Total VotatileOrganic Compound总挥发性有机物)。其中，以装修中产生的甲醛毒性最强，也是影响较大。甲醛的危害不仅在于其毒性，而在于其较长的释放期，日本横滨国立大学的研究表明其释放期可长达3-15年。而苯系物质以及TVOC虽然毒性很强，但是释放期比较短，一般通风一段时间即可除去。因此，一类专门针对室内气态污染物清除的产品应运而生。目前化学法可以有效清除甲醛，化学法通过在产品中添加甲醛清除剂，有效清除装修材料表面吸附态及固定态的甲醛。纳米TiO2作为一种半导体光催化材料具有高催化活性、全效、化学性能稳定、无毒、无污染、无刺激性、耐热性好、成本低廉等优点，被广泛应用于污水处理、空气净化、抗菌除臭、防污自清洁玻璃、光触媒等领域。光触媒技术是目前为止最为安全、全效、可循环利用、无二次污染的甲醛、苯系及TOVC污染物化学处理新技术。光触媒产品只提供反应场所，本身并不参与化学反应，其结构并未发生改变。所以，只要涂膜表面不遭到破坏，光触媒产品便可持续发挥作用。光触媒产品实现了利用光能净化空气，它涂布于基材表面，在紫外或自然光线的作用下，产生强烈催化分解功能，经检测光触媒对甲醛、苯、氨、TVOC等有毒气体的降解作用是持续的；能分解工业废水中大分子有机物；能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理；同时还具备除臭、抗污、净化空气等功能。但是TiO2只能吸收波长为388nm以下的紫外光，吸收范围窄，只能利用可见光能量的4％，在家居环境中的应用效果有限，因此亟需一种生产工艺简单，可大量工业生产的在室内环境下稳定发挥分解空气污染物的清除剂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有光触媒清除剂制备方法复杂，浪费能源的缺陷，为了实现该目的，本发明第一方面提供了一种液态室内空气污染物清除剂的制备方法，所述制备方法包括：
S1.取水溶性钛酸盐溶于纯水中配置为质量分数5％～10％的钛酸盐水溶液；
S2.向所述钛酸盐水溶液中加入氨水至所述钛酸盐水溶液的pH值为9～12，将钛离子转化为正钛酸沉淀；
S3.取正钛酸沉淀分散于水中得到正钛酸分散液，向所述正钛酸分散液中加入草酸和稀土氧化物得到混合液，其中，所述正钛酸、草酸和稀土氧化物的摩尔比1：(5～7)：(0.002～0.008)；
S4.于50～70℃持续混合液搅拌3～10h后得到纳米二氧化钛分散液，并加入酸调节所述纳米二氧化钛分散液的pH为1～3。
一般稀土元素掺杂的光触媒甲醛清除剂，制备工艺复杂并且反应温度高，在工业上应用时不利于节约能源。本发明提供的制备方法反应条件温和，反应温度低，生产能耗低，产率高，具有非常好的实用性，适用于工业生产。制备得到的液态清除剂中引入稀土元素，降低能级跃迁阈值，即使小于3.2ev的光子(可见光)入射，仍可以使稀土能级上的电子发生跃迁，相当于在二氧化钛能带隙中增加了一个能级“桥梁”，因此可见光也能够使稀土元素掺杂的二氧化钛发生能级电子跃迁、产生光电子，从而电离空气中的水分子和氧分子，产生高能自由基，最终降解甲醛和TVOC等有机污染物。
本发明第二方法提供了如上所述制备方法制备得到的清除剂。本发明制备得到液态空气污染物清除剂，二氧化钛纳米粒子粒径分布窄，粒径5～20nm，分散液透明度高，色度低，分散稳定性高，10％固含量分散液静置保存6个月未见沉淀，在夜间普通照明设备下即可持续分解甲醛和TVOC等有机污染物。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种室内空气污染物液态清除剂的制备方法，所述制备方法包括：
S1.取水溶性钛酸盐溶于纯水中配置为质量分数5％～10％的钛酸盐水溶液；
S2.向所述钛酸盐水溶液中加入氨水至所述钛酸盐水溶液的pH值为9～12，将钛离子转化为正钛酸沉淀；
S3.取正钛酸沉淀分散于水中得到正钛酸分散液，向所述正钛酸分散液中加入草酸和稀土氧化物得到混合液，其中，所述正钛酸、草酸和稀土氧化物的摩尔比1：(5～7)：(0.002～0.008)；
S4.于50～70℃持续混合液搅拌3～10h后得到纳米二氧化钛分散液，并加入酸调节所述纳米二氧化钛分散液的pH为1～3。
一般稀土元素掺杂的光触媒甲醛清除剂，制备工艺复杂并且反应温度高，在工业上应用时不利于节约能源。本发明提供的制备方法合成反应条件温和，反应温度低，生产能耗低，产率高，具有非常好的实用性，适用于工业生产。制备得到的液态清除剂中引入稀土元素，降低能级跃迁阈值，即使小于3.2ev的光子(可见光)入射，仍可以使稀土能级上的电子发生跃迁，相当于在二氧化钛能带隙中增加了一个能级桥梁，因此可见光也能够使稀土元素掺杂的二氧化钛发生能级电子跃迁、产生光电子，从而电离空气中的水分子和氧分子，产生高能自由基，最终降解甲醛和TVOC等有机污染物。
优选地，步骤S3中，所述正钛酸沉淀为清洗后的正钛酸沉淀，应使用含有Zn2+的盐酸溶液和纯水依次清洗所述正钛酸沉淀。
优选地，所述含有Zn2+的盐酸溶液pH值为2～3，所述正钛酸与Zn2+的摩尔比为1：(0.01～0.02)。
优选地，先使用所述含有Zn2+的盐酸溶液清洗去除正钛酸沉淀中的Fe3+杂质，再使用所述纯水清洗所述正钛酸沉淀至流出清洗液的pH值为7～7.5。
优选地，所述水溶性钛酸盐选自硫酸钛、硝酸钛、四氯化钛和硫酸氧钛中的一种或多种。
优选地，所述水溶性钛酸盐为硫酸钛或硝酸钛时，步骤S2中加入氨水使所述钛酸盐水溶液的pH为9.5～10.5；所述水溶性钛酸盐为四氯化钛时，步骤S2中加入氨水使所述钛酸盐水溶液的pH为9～9.5；所述水溶性钛酸盐为硫酸氧钛时，步骤S2中加入氨水使所述钛酸盐水溶液的pH为11～12。
优选地，步骤S2中，所述氨水为质量分数为20～30％的氨水。
优选地，步骤S3中，所述稀土氧化物选自氧化镱、氧化镝、三氧化二铈和氧化镨中的一种或多种。
优选地，所述稀土氧化物为氧化镱或氧化镝时，步骤S4中于50～60℃搅拌～6h；所述稀土氧化物为三氧化二铈时，步骤S4中于60～70℃搅拌4～6h；所述稀土氧化物为氧化镨时，步骤S4中于65～70℃搅拌4～6h。
本发明第二方法提供了如上所述制备方法制备得到的清除剂。本发明制备得到空气污染物液态清除剂，二氧化钛纳米粒子粒径分布窄，粒径5～20nm，分散液透明度高，色度低，分散稳定性高，10％固含量分散液静置保存6个月仍旧不会产生沉淀，在夜间普通照明设备下即可持续分解甲醛和TVOC等有机污染物。
下面通过实施例进一步详细说明本发明。
实施例1
步骤1：取234.2g硝酸钛溶解于3L纯水中，常温搅拌至溶液澄清透明得到硝酸钛水溶液。
步骤2：持续搅拌所述硝酸钛水溶液，并加入质量分数为28％的浓氨水至所述硝酸钛水溶液的pH值为10，使钛离子完全转化为正钛酸沉淀。用抽滤的方法收集所述正钛酸沉淀物。
步骤3：取所述正钛酸沉淀，分散于5L纯净水中，快速搅拌，使正钛酸沉淀均匀分散于水中。加入450g草酸，1.97g氧化镱，于60℃下持续搅拌5小时得到混合液，向所述混合液中加入硝酸至pH值为2，得到本实施例的纳米二氧化钛分散液，即为空气污染物液态清除剂。
实施例2
步骤1：取234.2g硝酸钛溶解于3L纯水中，常温搅拌至溶液澄清透明得到硝酸钛水溶液。
步骤2：持续搅拌所述硝酸钛水溶液，并加入质量分数为28％的浓氨水至所述硝酸钛水溶液的pH值为10，使钛离子完全转化为正钛酸沉淀。用抽滤的方法收集所述正钛酸沉淀物。
步骤3：取0.07g锌粉，加入pH值为3的盐酸溶液中，以该盐酸溶液清洗所述正钛酸沉淀使Fe杂质完全清除；然后用纯水洗涤所述正钛酸沉淀，直至流出清洗液pH值为7～7.5。
步骤4：将清洗后的正钛酸沉淀，分散于5L纯净水中，快速搅拌，使正钛酸沉淀均匀分散于水中。加入450g草酸，1.97g氧化镱，于60℃下持续搅拌5小时得到混合液，向所述混合液中加入硝酸至pH值为2，得到本实施例的纳米二氧化钛分散液，即为空气污染物液态清除剂。
实施例3
步骤1：取160g硫酸氧钛溶解于5L纯水中，常温搅拌至溶液澄清透明得到硫酸氧钛水溶液。
步骤2：持续搅拌所述硫酸氧钛水溶液，并加入质量分数为28％的浓氨水至所述硫酸氧钛水溶液的pH值为11.5，使钛离子完全转化为正钛酸沉淀。用抽滤的方法收集所述正钛酸沉淀物。
步骤3：取0.07g锌粉，加入pH值为3的盐酸溶液中，以该盐酸溶液清洗所述正钛酸沉淀使Fe杂质完全清除；然后用纯水洗涤所述正钛酸沉淀，直至流出清洗液pH值为7～7.5。
步骤4：将清洗后的正钛酸沉淀，分散于5L纯净水中，快速搅拌，使正钛酸沉淀均匀分散于水中。加入500g草酸，2.24g氧化镨，于70℃下持续搅拌5小时得到混合液，向所述混合液中加入硝酸至pH值为2，得到本实施例的纳米二氧化钛分散液，即为空气污染物液态清除剂。
实施例4
步骤1：取240g硫酸钛溶解于5L纯水中，常温搅拌至溶液澄清透明得到硫酸钛水溶液。
步骤2：持续搅拌所述硫酸钛水溶液，并加入质量分数为28％的浓氨水至所述硫酸钛水溶液的pH值为10，使钛离子完全转化为正钛酸沉淀。用抽滤的方法收集所述正钛酸沉淀物。
步骤3：取0.07g锌粉，加入pH值为3的盐酸溶液中，以该盐酸溶液清洗所述正钛酸沉淀使Fe杂质完全清除；然后用纯水洗涤所述正钛酸沉淀，直至流出清洗液pH值为7～7.5。
步骤4：将清洗后的正钛酸沉淀，分散于5L纯净水中，快速搅拌，使正钛酸沉淀均匀分散于水中。加入435g草酸，3.51g氧化镝，于55℃下持续搅拌5小时得到混合液，向所述混合液中加入硝酸至pH值为2，得到本实施例的纳米二氧化钛分散液，即为空气污染物液态清除剂。
实施例5
步骤1：取190g四氯化钛溶解于5L纯水中，常温搅拌至溶液澄清透明得到四氯化钛水溶液。
步骤2：持续搅拌所述四氯化钛水溶液，并加入质量分数为28％的浓氨水至所述四氯化钛水溶液的pH值为9，使钛离子完全转化为正钛酸沉淀。用抽滤的方法收集所述正钛酸沉淀物。
步骤3：取0.07g锌粉，加入pH值为3的盐酸溶液中，以该盐酸溶液清洗所述正钛酸沉淀使Fe杂质完全清除；然后用纯水洗涤所述正钛酸沉淀，直至流出清洗液pH值为7～7.5。
步骤4：将清洗后的正钛酸沉淀，分散于5L纯净水中，快速搅拌，使正钛酸沉淀均匀分散于水中。加入470g草酸，6.25g三氧化二铈，于65℃下持续搅拌5小时得到混合液，向所述混合液中加入硝酸至pH值为2，得到本实施例的纳米二氧化钛分散液，即为空气污染物液态清除剂。
测试实施例1
本测试实施例用于测定实施例1～5中制备得到的空气污染物液态清除剂的光谱吸收峰，具体结果如表1所示。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 吸收峰 | 390nm | 481nm | 486nm | 504nm | 475nm |
测试实施例2
本测试实施例用于测定实施例1～5中制备得到的空气污染物液态清除剂于25℃、湿度60％的条件下的储存6个月后的情况，具体结果如表2所示。
表2
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 分散情况 | 无沉淀 | 无沉淀 | 无沉淀 | 无沉淀 | 无沉淀 |
测试实施例3
本测试实施例用于测定实施例1～5中制备得到的空气污染物液态清除剂的除甲醛效率。取实施例1～5中制得的室内空气污染物清除剂各200mL，根据国家标准《QBT2761-2006_室内空气净化产品净化效果检测方法》中的实验方法进行测试，具体结果见表3。
表3
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 作用时间 | 24h | 24h | 24h | 24h | 24h |
| 甲醛去除率(％) | 82.1 | 98.7 | 96.7 | 99.2 | 94.5 |
经表3中实施例1～5比较可以看出，本发明提供的制备方法合成的稀土元素掺杂的液态清除剂除醛效果良好，并且本发明合成反应条件温和，反应温度低，生产能耗低，产率高，具有非常好的实用性，适用于工业生产。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种室内空气污染物液态清除剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
S1.取水溶性钛酸盐溶于纯水中配置为质量分数5％～10％的钛酸盐水溶液；
S2.向所述钛酸盐水溶液中加入氨水至所述钛酸盐水溶液的pH值为9～12，将钛离子转化为正钛酸沉淀；
S3.取正钛酸沉淀分散于水中得到正钛酸分散液，向所述正钛酸分散液中加入草酸和稀土氧化物得到混合液，其中，所述正钛酸、草酸和稀土氧化物的摩尔比1：(5～7)：(0.002～0.008)；
S4.于50～70℃持续混合液搅拌3～10h后得到纳米二氧化钛分散液，并加入酸调节所述纳米二氧化钛分散液的pH为1～3。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述正钛酸沉淀为清洗后的正钛酸沉淀，应使用含有Zn2+的盐酸溶液和纯水依次清洗所述正钛酸沉淀。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述含有Zn2+的盐酸溶液pH值为2～3，所述正钛酸与Zn2+的摩尔比为1：(0.01～0.02)。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，先使用所述含有Zn2+的盐酸溶液清洗去除正钛酸沉淀中的Fe3+杂质，再使用所述纯水清洗所述正钛酸沉淀至流出清洗液的pH值为7～7.5。
5.根据权利要求1或2中所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述水溶性钛酸盐选自硫酸钛、硝酸钛、四氯化钛和硫酸氧钛中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性钛酸盐为硫酸钛或硝酸钛时，步骤S2中加入氨水使所述钛酸盐水溶液的pH为9.5～10.5；所述水溶性钛酸盐为四氯化钛时，步骤S2中加入氨水使所述钛酸盐水溶液的pH为9～9.5；所述水溶性钛酸盐为硫酸氧钛时，步骤S2中加入氨水使所述钛酸盐水溶液的pH为11～12。
7.根据权利要求1或2中所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述氨水为质量分数为20～30％的氨水。
8.根据权利要求1或2中所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述稀土氧化物选自氧化镱、氧化镝、三氧化二铈和氧化镨中的一种或多种。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述稀土氧化物为氧化镱或氧化镝时，步骤S4中于50～60℃搅拌4～6h；所述稀土氧化物为三氧化二铈时，步骤S4中于60～70℃搅拌4～6h；所述稀土氧化物为氧化镨时，步骤S4中于65～70℃搅拌4～6h。
10.根据权利要求1～9中任意一项所述的制备方法制备得到的室内空气污染物液态清除剂。
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