CN109876789A - 空气净化用除甲醛多孔弹性体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空气净化用除甲醛多孔弹性体的制备方法，包括以下步骤：S1，提供一碳纳米管簇，该碳纳米管簇包括多个碳纳米管，且碳纳米管之间通过范德华力相互吸引形成所述碳纳米管簇；S2，将所述碳纳米管簇浸没于分散有二氧化钛粉末的硝酸溶液后立即取出形成预制体；S3，通过强辐射源对所述预制体进行辐照，并静置；S4，将静置后的预制体清洗至中性，定型后在真空条件下冷冻干燥。

Description

空气净化用除甲醛多孔弹性体的制备方法

技术领域

本发明涉及一种空气净化用除甲醛多孔弹性体的制备方法。

背景技术

甲醛是室内空气中的头号污染气体，是影响人类身体健康的主要污染物，大于0.08m³的甲醛浓度可引起眼红、眼痒、咽喉不适等很多病状。

目前，吸附法和降解法是两种去除甲醛的重要方法。在众多的吸附材料中，碳材料，特别是碳纳米管是一种应用最广的吸附材料。而降解法中，二氧化钛是最为常用的材料。现有技术中虽然有将二氧化钛负载于碳纳米管的复合材料，但是，该复合材料制备工艺复杂，且两种材料之间的结合力较低，难以发挥这两种材料之间的协调作用。

发明内容

本发明提供了一种空气净化用除甲醛多孔弹性体的制备方法，可以有效解决上述问题。

本发明是这样实现的：

一种空气净化用除甲醛多孔弹性体的制备方法，包括以下步骤：

S1，提供一碳纳米管簇，该碳纳米管簇包括多个碳纳米管，且碳纳米管之间通过范德华力相互吸引形成所述碳纳米管簇；

S2，将所述碳纳米管簇浸没于分散有二氧化钛粉末的硝酸溶液后立即取出形成预制体；

S3，通过强辐射源对所述预制体进行辐照，并静置；

S4，将静置后的预制体清洗至中性，定型后在真空条件下冷冻干燥。

作为进一步改进的，在步骤S2中，所述二氧化钛粉末在硝酸溶液中的浓度为0.01g～0.05g/ml。

作为进一步改进的，在步骤S2中，所述硝酸的浓度为50wt％～70wt％。

作为进一步改进的，在步骤S3中，辐射剂量率2～10kGy/s，辐射总剂量为100～150kGy。

作为进一步改进的，在步骤S3中，辐射剂量率5～8kGy/s，辐射总剂量为120～150kGy。

作为进一步改进的，在步骤S3中，所述静置的时间为2h～8h。

作为进一步改进的，在步骤S4中，所述真空条件下冷冻干燥的步骤包括：

S41，将所述预制体放入冷冻干燥机中，急冷至-20℃～-30℃，并保温2～4小时。

作为进一步改进的，在步骤S4中，所述将静置后的预制体清洗至中性的步骤包括：

S42，将静置后的预制体浸没在水中并通过超声波处理清洗至中性。

作为进一步改进的，所述碳纳米管的长度为5毫米～10毫米，且所述超声波对应的频率为68KHz～34KHz。

本发明的有益效果是：本发明通过强辐射源对所述预制体进行辐照，从而可以使碳纳米管的两端中形成多个缺陷，该多个缺陷一方面可用于容置二氧化钛粉末，从而二氧化钛粉末与所述碳纳米管之间形成良好的结合；另一方面该多个缺陷易于被硝酸所氧化形成多个官能团，从而降低反应时间，并使官能团之间可以相互反应形成复杂的交联结构，最后使所述碳纳米管复合多孔弹性体具有良好的回弹性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例提供的空气净化用除甲醛多孔弹性体的制备方法流程图。

图2是本发明实施例提供的空气净化用除甲醛多孔弹性体的照片。

图3是本发明实施例提供的空气净化器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

参照图1所示，一种空气净化用除甲醛多孔弹性体的制备方法，包括以下步骤：

S1，提供一碳纳米管簇，该碳纳米管簇包括多个碳纳米管，且碳纳米管之间通过范德华力相互吸引形成所述碳纳米管簇；

S2，将所述碳纳米管簇浸没于分散有二氧化钛粉末的硝酸溶液后立即取出形成预制体；

S3，通过强辐射源对所述预制体进行辐照，并静置；

S4，将静置后的预制体清洗至中性，定型后在真空条件下冷冻干燥。

在步骤S1中，所述碳纳米管簇为从一碳纳米管阵列直接刮取获得。碳纳米管的直径为20纳米～30纳米。所述碳纳米管的长度为5毫米～10毫米。碳纳米管优选为表面较为纯净且不含杂质，从而使碳纳米管之间具有较为良好的作用力。所述碳纳米管簇的制备方法为：制备一碳纳米管阵列于一基底；采用刀片或其他工具将该碳纳米管阵列从该基底上刮落，获得所述碳纳米管簇。

在步骤S2中，所述二氧化钛粉末在硝酸溶液中的浓度为0.01g～0.05g/ml。所述二氧化钛粉末的粒径可以为纳米级，优选的，所述二氧化钛粉末的粒径为20纳米～30纳米之间。所述硝酸的浓度为50wt％～70wt％。

在步骤S3中，可以理解，通过辐射剂量率及总剂量的控制，从而可以使碳纳米管的两端形成多个缺陷，该多个缺陷一方面可用于容置二氧化钛粉末，从而二氧化钛粉末与所述碳纳米管之间形成良好的结合；另一方面该多个缺陷易于被硝酸所氧化形成多个官能团，从而降低反应时间，并使官能团之间可以相互反应形成复杂的交联结构，最后使所述碳纳米管复合多孔弹性体具有良好的回弹性能。一般而言，碳纳米管阵列中的碳纳米管两端都较为完整，从而使碳纳米管难以被快速氧化，故通过辐射可以形成多个缺陷，从而有利于后续的反应。另外，如果辐射过量会产生过量杂质，从而降低碳纳米管之间的作用力，也降低碳纳米管的支撑性能。故，优选的，辐射剂量率2～10kGy/s，辐射总剂量为100～150kGy。更优选的，所述辐射剂量率5～8kGy/s，所述辐射总剂量为120～150kGy。

在步骤S3中，所述静置的时间为2h～8h。在静置过程中，硝酸会与缺陷中碳原子继续发生氧化反应，从而形成多个羟基及羧基官能团。

在步骤S4中，所述将静置后的预制体清洗至中性的步骤包括：

S42，将静置后的预制体浸没在水中并通过超声波处理清洗至中性。

作为进一步改进的，所述超声波对应的频率为68KHz～34KHz。由于超声波的波长与碳纳米管的波长相当，因此，所述碳纳米管容易发生共振而相互缠绕，并且各种官能团之间也会相互反应，形成交联的结构。

在步骤S4中，所述真空条件下冷冻干燥的步骤包括：

S41，将所述预制体放入冷冻干燥机中，急冷至-20℃～-30℃，并保温2～4小时。

请参见图2，本发明还提供一种通过上述方法获得的空气净化用除甲醛多孔弹性体。所述碳纳米管复合多孔弹性体包括碳纳米管簇以及分散于所述碳纳米管簇内的二氧化钛粉末，该碳纳米管簇包括多个碳纳米管，且碳纳米管之间通过范德华力相互吸引；所述碳纳米管的端部包括多个缺陷，所述多个缺陷中的碳原子被氧化形成多个交联的羟基和羧基，部分二氧化钛粉末填充于所述缺陷中。优选的，所述羰基和羟基官能团占总质量的8～12％，且所述二氧化钛粉末占总质量的2～5％。所述空气净化用除甲醛多孔弹性体压缩一半后，两分钟内回弹到80vt％以上。

实施例1：

将1g左右的碳纳米管簇浸没于100ml分散有二氧化钛粉末的硝酸溶液后立即取出形成预制体，其中，二氧化钛粉末的含量为0.02g/ml，且硝酸的浓度为70wt％；强辐射源对所述预制体进行辐照，其中辐射剂量率8kGy/s，辐射总剂量为150kGy，并静置2小时；最后，将静置后的预制体浸没在水中并通过超声波处理清洗至中性，并急冷至-30℃，并保温2小时，其中，超声波频率为40KHz。最后裁剪为1cm*1cm*1cm的样品A留用测试。

对比例2：

与实施例1基本相同，不同之处在于：未使用超声波处理所述预制体，得到样品B。

对比例1：

与实施例1基本相同，不同之处在于：未使用强辐射源照射所述预制体，得到样品C。

对比例2：

与实施例1基本相同，不同之处在于：辐射剂量率15kGy/s，辐射总剂量为200kGy，得到样品D。

按压回弹测试：将实施例1-2及对比例1-2中的样品进行按压回弹测试，其中，将样品A压缩到0.5cm，一分钟后回弹到0.9cm，两分钟内基本回弹原型。将样品B压缩到0.5cm，一分钟后回弹到0.8cm，两分钟内基本回弹到0.9cm。将样品C压缩到0.5cm，两分钟内基本只回弹到0.6cm。将样品D压缩到0.5cm，两分钟内基本只回弹到0.7cm。

另外，经过检测，实施例1-2中羰基和羟基等官能团占总质量的12％左右。而，对比例1中羰基和羟基等官能团占总质量的3％以下，对比例2中羰基和羟基等官能团占总质量可达到15％以上。由此可见，对比例2中的碳纳米管被过度氧化，使其失去了支撑的功能，故其回弹性能较低。而对比例1中，碳纳米管被氧化的量较低，从而无法形成交联结构。

请参照图3，本发明还提供一种空气净化装置，包括：下水箱10以及与所述下水箱10联通的过滤腔体20；所述下水箱10用于对气体进行一次过滤，所述过滤腔体20用于对所述气体进行二次过滤。所述过滤腔体20包括设置于风道中的送风组件、空气滤芯21以及紫外灯管18/19。所述送风组件设置于所述风道的进风口，所述紫外灯管用于照射所述空气滤芯21；所述空气滤芯21为通过空气净化用除甲醛多孔弹性体制备而成；所述碳纳米管复合多孔弹性体包括碳纳米管簇以及分散于所述碳纳米管簇内的二氧化钛粉末，该碳纳米管簇包括多个碳纳米管，且碳纳米管之间通过范德华力相互吸引；所述碳纳米管的端部包括多个缺陷，所述多个缺陷中的碳原子被氧化形成多个交联的羟基和羧基，部分二氧化钛粉末填充于所述缺陷中。由于空气净化用除甲醛多孔弹性体中的碳纳米管具有良好的比表面及及吸附性能，可以用于捕获甲醛等有机污染物，而紫外灯管18/19配合二氧化钛粉末形成光触媒，从而可以对甲醛等有机污染物进行分解，故，本案的空气净化装置可以有效吸附剂讲解甲醛等有机污染物。

所述下水箱10包括进气管道11、设置于所述下水箱10底部的海绵隔层12；所述进气管道11的进气孔与外界联通；所述海绵隔层12将所述下水箱10分割为两部分，所述进气管道11的出气孔112设置于所述海绵隔层12的下部，从而使从所述出气孔112排出大气泡通过所述海绵隔层12分割成小气泡，从而使气体中的污染物及粉尘可以完全溶解于水中。

进一步优选的，所述出气孔112沿所述进气管道11的长度方向间隔设置，且从所述下水箱10两边到所述下水箱10中部的方向，所述出气孔112的直径依次递增。

进一步优选的，所述紫外灯管18/19分别设置于所述空气滤芯21的两侧。

进一步优选的，所述空气滤芯21与所述过滤腔体20的高度方向形成35°～45°夹角。通过控制所述空气滤芯21的角度可以最大限度提高空气滤芯21与空气的接触面积，另外，还可以起到降低震动的作用。

进一步优选的，所述送风组件包括驱动电机14、第一叶片16以及第二叶片15；所述第一叶片16以及所述第二叶片15分别通过转轴与所述驱动电机14连接；所述第一叶片16伸入所述下水箱10中，用于使水箱中的水均匀混合；所述第二叶片15置于所述风道的进风口。

进一步优选的，所述第一叶片16以及所述第二叶片15的排布方向相同。所述下水箱10的底部进一步包括排污口13。所述驱动电机14用于控制所述第一叶片16以及所述第二叶片15正转以进行空气净化。具体的，所述驱动电机14正转，使所述下水箱10形成负压，在负压的作用下空气从所述进气管道11进入，并被海绵隔层12分割成小气泡进行空气过滤净化。所述驱动电机14用于控制所述第一叶片16以及所述第二叶片15反转以从所述排污口13进行排污。具体的，所述驱动电机14反转，使所述下水箱10形成正压，此时，关闭进气管道11并打开排污口13，所述海绵隔层12内的水会由于压力作用从所述排污口13流出，另外，由于海绵隔层12靠近所述下水箱10底部的一侧积累较多污染物，此时，可以在水流的震动作用下掉落，而从所述排污口13排出。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种空气净化用除甲醛多孔弹性体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，提供一碳纳米管簇，该碳纳米管簇包括多个碳纳米管，且碳纳米管之间通过范德华力相互吸引形成所述碳纳米管簇；

S2，将所述碳纳米管簇浸没于分散有二氧化钛粉末的硝酸溶液后立即取出形成预制体；

S3，通过强辐射源对所述预制体进行辐照，并静置；

S4，将静置后的预制体清洗至中性，定型后在真空条件下冷冻干燥。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述二氧化钛粉末在硝酸溶液中的浓度为0.01g～0.05g/ml。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述硝酸的浓度为50wt％～70wt％。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，辐射剂量率2～10kGy/s，辐射总剂量为100～150kGy。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，辐射剂量率5～8kGy/s，辐射总剂量为120～150kGy。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述静置的时间为2h～8h。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，所述真空条件下冷冻干燥的步骤包括：

S41，将所述预制体放入冷冻干燥机中，急冷至-20℃～-30℃，并保温2～4小时。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，所述将静置后的预制体清洗至中性的步骤包括：

S42，将静置后的预制体浸没在水中并通过超声波处理清洗至中性。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管的长度为5毫米～10毫米，且所述超声波对应的频率为68KHz～34KHz。