CN109847728A - 一种用于室内空气净化的介孔复合磁性材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空气净化领域，公开了一种用于室内空气净化的介孔复合磁性材料及制备方法。包括如下制备过程：（1）先将硝酸镍、十六烷基三甲基溴化铵加入水中，制得混合溶液；（2）向混合溶液中加入硝酸铁、氢氧化钠溶液，得到碱性混合液；（3）在高压反应釜中反应，制得磁性介孔铁酸镍材料；（4）与磷酸钠、纳米二氧化钛、硝酸银、氨水、乙醇的水溶液混合反应，将产物高温煅烧，即得用于室内空气净化的介孔复合磁性材料。本发明制得的介孔复合磁性材料与普通空气净化材料相比，磁性介孔铁酸镍载体的吸附能力强，负载利用磷酸修饰的二氧化钛，促进了光触媒催化作用，实现吸附和光催化的协同作用实现对空气的净化，提高了净化效率。

Description

一种用于室内空气净化的介孔复合磁性材料及制备方法

技术领域

本发明涉及空气净化领域，公开了一种用于室内空气净化的介孔复合磁性材料及制备方法。

背景技术

随着人民生活水平的提高和大量室内装修化工原料的使用，大量有机污染物也随之进入室内，对人们的生活健康产生了重大威胁。室内空气污染在国际上已被列为危害人体健康的五大因素之一，由于室内污染致使人体健康受到危害的报道屡见不鲜。常见的室内污染物有：甲醛、苯、氨等挥发性气体污染物。因此关于空气净化材料的研究也越来越重视。

室内空气污染源主要有厨房煮饭炒菜产生的一氧化碳、氮氧化物及强致癌物；室内装饰材料、化妆品、新家具等散发出的有毒有害物质，主要有甲醛、苯、醚酯类，三氯乙烯、丙烯腈等挥发性有机物等；另外还有潮湿滋生的真菌等。目前常规的净化方式为活性炭吸附，但由于吸附量有限，难以根除有害物。降解是解决空气有机物污染较好的技术手段。

近年来，稀土介孔氧化物、活性碳纤维、碳化微米木纤维等新型多孔材料的研究为微 纳米颗粒的吸附分离提供了新的方向，但这种技术往往是吸附有害气体，而无法对有害气体进行有效降解。另一类以二氧化钛等为催化剂的光触媒型空气净化材料，是目前常用的空气净化材料。新型空气净化材料的研究已成为当今的热点课题。

中国发明专利申请号201810417522.X公开了一种磁性空气净化材料，由下述重量份的原料组成的：四水氯化亚铁17~20重量份、六水三氯化铁20~30重量份、硅藻土90~100重量份、双癸基二甲基溴化铵1~2重量份、松香醇3~5重量份、8~羟基喹啉0.7~1重量份、二异丙基乙醇胺1~4重量份、硬脂酸钡2~3重量份、氨基磺酸镍0.7~1重量份、单硬脂酸甘油单酯0.6~1重量份、N~甲基吡咯烷酮2~4重量份。该发明有效的改善了硅藻土与磁性原料间的结合强度，从而提高了成品材料的稳定性强度，该发明的材料吸附性好，环保性好，重复利用率高。

中国发明专利申请号201611076421.8公开了一种复合纳米二氧化钛活性炭吸附剂。由以下方法制备得到：复合纳米二氧化钛溶胶与活性炭粉按照质量比10:2~5.5充分混合，真空干燥16~20h；复合纳米二氧化钛溶胶是由纳米二氧化钛和纳米银复合所得。

根据上述，现有方案中空气净化的常规的利用活性炭等材料的吸附技术，存在吸附量有限、难以根除有害物的缺陷，而利用催化降解的技术，由于受催化材料和环境限制，目前的催化降解材料效率并不高。

发明内容

本发明提供一种用于室内空气净化的介孔复合磁性材料及制备方法，能够有效解决目前应用较广的用于室内空气净化的材料吸附量有限，无法对有害气体进行有效降解，降解率低，催化降解效率不理想的问题。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于室内空气净化的介孔复合磁性材料的制备方法，制备的具体过程为：

（1）先将硝酸镍加入蒸馏水中，搅拌均匀制成溶液，然后加入十六烷基三甲基溴化铵，再进行超声搅拌，制得均匀澄清的混合溶液；

（2）先向步骤（1）制得的混合溶液中加入硝酸铁，搅拌均匀，然后加入质量浓度为40~60%的氢氧化钠溶液，调节混合溶液 pH 值，持续搅拌，得到碱性混合液；

（3）将步骤（2）制得的碱性混合液转移至高压反应釜中，加热反应，然后分离、洗涤、干燥，制得磁性介孔铁酸镍材料；

（4）先将磷酸钠加入到乙醇的水溶液中，配制成溶液，然后加入纳米二氧化钛，混合均匀后得到混合溶液，再像混合溶液中加入溶有硝酸银的氨水，搅拌均匀后，接着加入步骤（3）制得的磁性介孔铁酸镍材料，搅拌反应，结束后离心分离，沉淀用水洗涤，干燥，最后进行高温煅烧，收集产物，即得用于室内空气净化的介孔复合磁性材料。

优选的，步骤（1）所述超声搅拌的超声波频率为40~50kHz，时间为30~40min。

优选的，步骤（1）中：硝酸镍35~40重量份、蒸馏水54~62重量份、十六烷基三甲基溴化铵3~6重量份。

优选的，步骤（2）所述调节pH 值为8~12。

优选的，步骤（2）中：混合溶液70~80重量份、硝酸铁20~30重量份。

优选的，步骤（3）所述高压反应釜为内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压反应釜。

优选的，步骤（3）所述加热反应的温度为180~200℃，时间为12~14h。

优选的，步骤（4）所述高温煅烧的温度为800~1000℃，时间为2~3h。

优选的，步骤（4）中：磷酸钠8~12重量份、乙醇5~7重量份、水20~38重量份、纳米二氧化钛7~10重量份、硝酸银7~10重量份、氨水15~18重量份、磁性介孔铁酸镍材料20~23重量份。

由上述方法制备得到的一种用于室内空气净化的介孔复合磁性材料，将硝酸镍溶于去离子蒸馏水中制备成溶液，加入十六烷基三甲基溴化铵然后超声搅拌后形成均匀澄清的混合溶液，向所得混合溶液中加入硝酸铁溶液，搅拌后再加入氢氧化钠溶液调节混合溶液pH值，并持续搅拌后所得混合液；转移至内衬聚四氟乙烯的不锈钢高压反应釜中反应，后分离、洗涤、干燥，即得到磁性介孔铁酸镍材料；再将磷酸钠加入到乙醇溶液中配制成溶液，再加入纳米氧化钛，混合均匀后得到混合溶液，再像混合溶液中加入溶有硝酸银的氨水，搅拌后，再加入得到的磁性介孔铁酸镍材料，搅拌，离心分离，沉淀用水洗涤，干燥，在高温下煅烧后即可。

本发明提供了一种用于室内空气净化的介孔复合磁性材料及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：

1、提出了将修饰的磁性介孔铁酸镍与二氧化钛复合制备用于室内空气净化的介孔复合磁性材料的方法。

2、通过制备磁性介孔铁酸镍作为载体，利用磁性介孔铁酸镍良好的吸附性能，提高了复合材料对于空气中污染物的吸附净化能力。

3、通过在磁性介孔铁酸镍表面负载具有光催化活性的二氧化钛，并且利用磷酸银对其修饰，二氧化钛表面的Ag⁺组分可以促进电子-空穴对的分离以及界面间的电荷转移，能够促进光触媒催化作用，从而实现利用吸附和光催化的协同作用实现对空气的净化，提高净化效率。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。

实施例1

（1）先将硝酸镍加入去离子蒸馏水中，搅拌均匀制成溶液，然后加入十六烷基三甲基溴化铵，再进行超声搅拌，制得均匀澄清的混合溶液；超声搅拌的超声波频率为44kHz，时间为36min；

其中：硝酸镍37重量份、去离子蒸馏水59重量份、十六烷基三甲基溴化铵4重量份；

（2）先向步骤（1）制得的混合溶液中加入硝酸铁，搅拌均匀，然后加入质量浓度为48%的氢氧化钠溶液，调节混合溶液 pH 值，持续搅拌，得到碱性混合液；调节pH 值为11；

其中：混合溶液74重量份、硝酸铁26重量份；

（3）将步骤（2）制得的碱性混合液转移至高压反应釜中，加热反应，然后分离、洗涤、干燥，制得磁性介孔铁酸镍材料；高压反应釜为内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压反应釜；加热反应的温度为188℃，时间为13h；

（4）先将磷酸钠加入到乙醇的水溶液中，配制成溶液，然后加入纳米二氧化钛，混合均匀后得到混合溶液，再像混合溶液中加入溶有硝酸银的氨水，搅拌均匀后，接着加入步骤（3）制得的磁性介孔铁酸镍材料，搅拌反应，结束后离心分离，沉淀用水洗涤，干燥，最后进行高温煅烧，收集产物，即得用于室内空气净化的介孔复合磁性材料；高温煅烧的温度为880℃，时间为2.5h；

其中：磷酸钠9重量份、乙醇6重量份、水31重量份、纳米二氧化钛8重量份、硝酸银9重量份、氨水16重量份、磁性介孔铁酸镍材料21重量份。

实施例1制得的空气净化复合材料，其TVOC净化率和PM2.5去除率如表1所示。

实施例2

（1）先将硝酸镍加入蒸馏水中，搅拌均匀制成溶液，然后加入十六烷基三甲基溴化铵，再进行超声搅拌，制得均匀澄清的混合溶液；超声搅拌的超声波频率为42kHz，时间为38min；

其中：硝酸镍36重量份、蒸馏水60重量份、十六烷基三甲基溴化铵4重量份；

（2）先向步骤（1）制得的混合溶液中加入硝酸铁，搅拌均匀，然后加入质量浓度为45%的氢氧化钠溶液，调节混合溶液 pH 值，持续搅拌，得到碱性混合液；调节pH 值为9；

其中：混合溶液72重量份、硝酸铁28重量份；

（3）将步骤（2）制得的碱性混合液转移至高压反应釜中，加热反应，然后分离、洗涤、干燥，制得磁性介孔铁酸镍材料；高压反应釜为内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压反应釜；加热反应的温度为185℃，时间为13.5h；

（4）先将磷酸钠加入到乙醇的水溶液中，配制成溶液，然后加入纳米二氧化钛，混合均匀后得到混合溶液，再像混合溶液中加入溶有硝酸银的氨水，搅拌均匀后，接着加入步骤（3）制得的磁性介孔铁酸镍材料，搅拌反应，结束后离心分离，沉淀用水洗涤，干燥，最后进行高温煅烧，收集产物，即得用于室内空气净化的介孔复合磁性材料；高温煅烧的温度为850℃，时间为3h；

其中：磷酸钠9重量份、乙醇6重量份、水32重量份、纳米二氧化钛8重量份、硝酸银8重量份、氨水16重量份、磁性介孔铁酸镍材料21重量份。

实施例2制得的空气净化复合材料，其TVOC净化率和PM2.5去除率如表1所示。

实施例3

（1）先将硝酸镍加入蒸馏水中，搅拌均匀制成溶液，然后加入十六烷基三甲基溴化铵，再进行超声搅拌，制得均匀澄清的混合溶液；超声搅拌的超声波频率为47kHz，时间为33min；

其中：硝酸镍39重量份、蒸馏水56重量份、十六烷基三甲基溴化铵5重量份；

（2）先向步骤（1）制得的混合溶液中加入硝酸铁，搅拌均匀，然后加入质量浓度为55%的氢氧化钠溶液，调节混合溶液 pH 值，持续搅拌，得到碱性混合液；调节pH 值为11；

其中：混合溶液77重量份、硝酸铁23重量份；

（3）将步骤（2）制得的碱性混合液转移至高压反应釜中，加热反应，然后分离、洗涤、干燥，制得磁性介孔铁酸镍材料；高压反应釜为内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压反应釜；加热反应的温度为195℃，时间为12.5h；

（4）先将磷酸钠加入到乙醇的水溶液中，配制成溶液，然后加入纳米二氧化钛，混合均匀后得到混合溶液，再像混合溶液中加入溶有硝酸银的氨水，搅拌均匀后，接着加入步骤（3）制得的磁性介孔铁酸镍材料，搅拌反应，结束后离心分离，沉淀用水洗涤，干燥，最后进行高温煅烧，收集产物，即得用于室内空气净化的介孔复合磁性材料；高温煅烧的温度为960℃，时间为2h；

其中：磷酸钠11重量份、乙醇7重量份、水25重量份、纳米二氧化钛9重量份、硝酸银9重量份、氨水17重量份、磁性介孔铁酸镍材料22重量份。

实施例3制得的空气净化复合材料，其TVOC净化率和PM2.5去除率如表1所示。

实施例4

（1）先将硝酸镍加入蒸馏水中，搅拌均匀制成溶液，然后加入十六烷基三甲基溴化铵，再进行超声搅拌，制得均匀澄清的混合溶液；超声搅拌的超声波频率为40kHz，时间为40min；

其中：硝酸镍35重量份、蒸馏水62重量份、十六烷基三甲基溴化铵3重量份；

（2）先向步骤（1）制得的混合溶液中加入硝酸铁，搅拌均匀，然后加入质量浓度为40%的氢氧化钠溶液，调节混合溶液 pH 值，持续搅拌，得到碱性混合液；调节pH 值为8；

其中：混合溶液70重量份、硝酸铁30重量份；

（3）将步骤（2）制得的碱性混合液转移至高压反应釜中，加热反应，然后分离、洗涤、干燥，制得磁性介孔铁酸镍材料；高压反应釜为内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压反应釜；加热反应的温度为180℃，时间为14h；

（4）先将磷酸钠加入到乙醇的水溶液中，配制成溶液，然后加入纳米二氧化钛，混合均匀后得到混合溶液，再像混合溶液中加入溶有硝酸银的氨水，搅拌均匀后，接着加入步骤（3）制得的磁性介孔铁酸镍材料，搅拌反应，结束后离心分离，沉淀用水洗涤，干燥，最后进行高温煅烧，收集产物，即得用于室内空气净化的介孔复合磁性材料；高温煅烧的温度为800℃，时间为3h；

其中：磷酸钠8重量份、乙醇5重量份、水38重量份、纳米二氧化钛7重量份、硝酸银7重量份、氨水15重量份、磁性介孔铁酸镍材料20重量份。

实施例4制得的空气净化复合材料，其TVOC净化率和PM2.5去除率如表1所示。

实施例5

（1）先将硝酸镍加入蒸馏水中，搅拌均匀制成溶液，然后加入十六烷基三甲基溴化铵，再进行超声搅拌，制得均匀澄清的混合溶液；超声搅拌的超声波频率为50kHz，时间为30min；

其中：硝酸镍40重量份、蒸馏水54重量份、十六烷基三甲基溴化铵6重量份；

（2）先向步骤（1）制得的混合溶液中加入硝酸铁，搅拌均匀，然后加入质量浓度为60%的氢氧化钠溶液，调节混合溶液 pH 值，持续搅拌，得到碱性混合液；调节pH 值为12；

其中：混合溶液80重量份、硝酸铁20重量份；

（3）将步骤（2）制得的碱性混合液转移至高压反应釜中，加热反应，然后分离、洗涤、干燥，制得磁性介孔铁酸镍材料；高压反应釜为内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压反应釜；加热反应的温度为200℃，时间为12h；

（4）先将磷酸钠加入到乙醇的水溶液中，配制成溶液，然后加入纳米二氧化钛，混合均匀后得到混合溶液，再像混合溶液中加入溶有硝酸银的氨水，搅拌均匀后，接着加入步骤（3）制得的磁性介孔铁酸镍材料，搅拌反应，结束后离心分离，沉淀用水洗涤，干燥，最后进行高温煅烧，收集产物，即得用于室内空气净化的介孔复合磁性材料；高温煅烧的温度为1000℃，时间为2h；

其中：磷酸钠12重量份、乙醇7重量份、水20重量份、纳米二氧化钛10重量份、硝酸银10重量份、氨水18重量份、磁性介孔铁酸镍材料23重量份。

实施例5制得的空气净化复合材料，其TVOC净化率和PM2.5去除率如表1所示。

实施例6

（1）先将硝酸镍加入蒸馏水中，搅拌均匀制成溶液，然后加入十六烷基三甲基溴化铵，再进行超声搅拌，制得均匀澄清的混合溶液；超声搅拌的超声波频率为45kHz，时间为35min；

其中：硝酸镍38重量份、蒸馏水58重量份、十六烷基三甲基溴化铵4重量份；

（2）先向步骤（1）制得的混合溶液中加入硝酸铁，搅拌均匀，然后加入质量浓度为50%的氢氧化钠溶液，调节混合溶液 pH 值，持续搅拌，得到碱性混合液；调节pH 值为10；

其中：混合溶液75重量份、硝酸铁25重量份；

（3）将步骤（2）制得的碱性混合液转移至高压反应釜中，加热反应，然后分离、洗涤、干燥，制得磁性介孔铁酸镍材料；高压反应釜为内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压反应釜；加热反应的温度为190℃，时间为13h；

（4）先将磷酸钠加入到乙醇的水溶液中，配制成溶液，然后加入纳米二氧化钛，混合均匀后得到混合溶液，再像混合溶液中加入溶有硝酸银的氨水，搅拌均匀后，接着加入步骤（3）制得的磁性介孔铁酸镍材料，搅拌反应，结束后离心分离，沉淀用水洗涤，干燥，最后进行高温煅烧，收集产物，即得用于室内空气净化的介孔复合磁性材料；高温煅烧的温度为900℃，时间为2.5h；

其中：磷酸钠10重量份、乙醇6重量份、水29重量份、纳米二氧化钛8重量份、硝酸银9重量份、氨水16重量份、磁性介孔铁酸镍材料22重量份。

实施例6制得的空气净化复合材料，其TVOC净化率和PM2.5去除率如表1所示。

对比例1

对比例1没有添加二氧化钛，其余原料及步骤同实施例1，制得的空气净化复合材料，其TVOC净化率和PM2.5去除率如表1所示。

对比例2

对比例2没有添加磷酸钠和硝酸银，其余原料及步骤同实施例1，制得的空气净化复合材料，其TVOC净化率和PM2.5去除率如表1所示。

上述性能指标的测试方法为：

TVOC净化率：在10m³密闭实验室中通入TVOCs气体，试验环境为常温、常压、55%相对湿度，光源为氙气灯，放入1000g本发明制得的复合磁性材料，测试初始的TVOC浓度A₀，以及24h后的TVOC浓度A_i，计算TVOC净化率：P= （A₀- A_i）/ A₀×100%。

PM2.5去除率：在10m³含有PM2.5的密闭室试验室中，首先测试PM2.5初始浓度，约为1000μg/m³，将1000g本发明制得的复合磁性材料放入密闭室试验室，测试24h后的PM2.5的浓度，根据浓度差值与初始浓度比值计算PM2.5去除率。

表1：

Claims (10)

1.一种用于室内空气净化的介孔复合磁性材料的制备方法，其特征在于，制备的具体过程为：

（1）先将硝酸镍加入蒸馏水中，搅拌均匀制成溶液，然后加入十六烷基三甲基溴化铵，再进行超声搅拌，制得均匀澄清的混合溶液；

（2）先向步骤（1）制得的混合溶液中加入硝酸铁，搅拌均匀，然后加入质量浓度为40~60%的氢氧化钠溶液，调节混合溶液 pH 值，持续搅拌，得到碱性混合液；

（3）将步骤（2）制得的碱性混合液转移至高压反应釜中，加热反应，然后分离、洗涤、干燥，制得磁性介孔铁酸镍材料；

（4）先将磷酸钠加入到乙醇的水溶液中，配制成溶液，然后加入纳米二氧化钛，混合均匀后得到混合溶液，再向混合溶液中加入溶有硝酸银的氨水，搅拌均匀后，接着加入步骤（3）制得的磁性介孔铁酸镍材料，搅拌反应，结束后离心分离，沉淀用水洗涤，干燥，最后进行高温煅烧，收集产物，即得用于室内空气净化的介孔复合磁性材料。

2.根据权利要求1所述一种用于室内空气净化的介孔复合磁性材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述超声搅拌的超声波频率为40~50kHz，时间为30~40min。

3.根据权利要求1所述一种用于室内空气净化的介孔复合磁性材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中：硝酸镍35~40重量份、蒸馏水54~62重量份、十六烷基三甲基溴化铵3~6重量份。

4.根据权利要求1所述一种用于室内空气净化的介孔复合磁性材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述调节混合溶液pH 值为8~12。

5.根据权利要求1所述一种用于室内空气净化的介孔复合磁性材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中：混合溶液70~80重量份、硝酸铁20~30重量份。

6.根据权利要求1所述一种用于室内空气净化的介孔复合磁性材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述高压反应釜为内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压反应釜。

7.根据权利要求1所述一种用于室内空气净化的介孔复合磁性材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述加热反应的温度为180~200℃，时间为12~14h。

8.根据权利要求1所述一种用于室内空气净化的介孔复合磁性材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述高温煅烧的温度为800~1000℃，时间为2~3h。

9.根据权利要求1所述一种用于室内空气净化的介孔复合磁性材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中：磷酸钠8~12重量份、乙醇5~7重量份、水20~38重量份、纳米二氧化钛7~10重量份、硝酸银7~10重量份、氨水15~18重量份、磁性介孔铁酸镍材料20~23重量份。

10.权利要求1~9任一项所述方法制备得到的一种用于室内空气净化的介孔复合磁性材料。