CN111013528A - 一种吸收并分解甲醛的材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种吸收并分解甲醛的材料及其制备方法，吸收并分解甲醛的材料以粗孔微球硅胶为载体，所述粗孔微球硅胶上负载有甲醛分解剂。本发明通过将甲醛分解剂负载在粗孔微球硅胶的表面，所述甲醛分解剂能够对粗孔微球硅胶吸附的甲醛进行光催化分解，所述材料通过粗孔微球硅胶吸附甲醛，甲醛分解剂及时分解甲醛，避免了被吸附的甲醛在高温下解吸的问题。
Description
技术领域
本发明涉及空气净化技术领域，具体涉及一种吸收并分解甲醛的材料及其制备方法。
背景技术
甲醛是现代人类居住的室内主要污染物之一，被国际癌症组织定义为一级致癌物。
甲醛的主要来源分为两大类，第一是工业排放的污染物中含有甲醛，工业化的结果导致空气污染严重，甲醛的含量逐年增多。空气中的甲醛势必会流入室内。第二，人类对居住环境的装饰要求越来越高，导致室内装饰材料的使用量多品种多。板材家具最常用的粘结剂是价格便宜且固化快的尿素和甲醛。而板材中的甲醛粘结剂的释放长达几个月甚至几年。
甲醛对人体的嗅觉、眼睛、肠胃、肺功能、血液以及染色体的伤害都很大。甲醛中毒分为急性中毒和慢性中毒两种。急性中毒是指人类处在高浓度的甲醛环境中，导致哮喘、皮肤过敏和人体浮肿等症状。慢性中毒是指人类长期处于甲醛含量超标的环境中，会出现记忆力衰退、睡眠紊乱、头痛、白血病、鼻咽癌等症状，还会导致孕妇肚中胎儿的染色体发生异常。
目前，治理甲醛超标的主要方法是使用强吸附剂除去甲醛，比如吸附炭、分子筛、沸石和粗孔硅胶等。虽然这些材料对甲醛的吸附作用很强，但这些材料并不能从根本上除去甲醛，只是将空气中的甲醛聚集在吸附材料中，如果温度升高，甲醛又将从这些材料中解析出来，对空气造成二次污染。
发明内容
本发明所得目的在于提供一种吸收并分解甲醛的材料，解决现有强吸附剂除去甲醛易导致解吸的问题。
此外，本发明还提供上述室内空气净化材料的制备方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种吸收并分解甲醛的材料，以粗孔微球硅胶为载体，所述粗孔微球硅胶上负载有甲醛分解剂。
在现有技术中，吸附法除甲醛只能吸附甲醛，不能分解甲醛，度升高，吸附材料解吸，甲醛会再次释放出来，对空气造成二次污染。
本发明所述粗孔微球硅胶为超细二氧化硅气凝胶，内部具有均匀的微孔结构，平均孔径在8-12nm，吸附有机气体能力较强，能够吸附甲醛；所述甲醛分解剂能在可见光照下分解甲醛。
本发明通过将甲醛分解剂负载在粗孔微球硅胶的表面，所述甲醛分解剂能够对粗孔微球硅胶吸附的甲醛进行光催化分解，所述材料通过粗孔微球硅胶吸附甲醛，甲醛分解剂及时分解甲醛，避免了被吸附的甲醛在高温下解吸的问题。如此，本发明解决了现有强吸附剂除去甲醛易导致解吸的问题。
进一步地，甲醛分解剂为p型半导体Cu2S。
本发明通过化学沉积法将p型半导体Cu2S负载于粗孔微球硅胶。
目前光催化材料使用最多的是在紫外灯光源下进行降解作用，很显然不能适用与室内的甲醛分解。
p型半导体Cu2S是一种新型的p型半导体，禁带宽度约为1.2eV，能响应可见光，从而在可见光照下实现光催化用，在日光作用下即可将甲醛分解为H2O和CO2。
同时，p型半导体Cu2S不仅光催化效率高且可循环使用。
进一步地，p型半导体Cu2S的负载量为1.6％-20％。
进一步地，p型半导体Cu2S的负载量为6％。
Cu2S在粗孔微球硅胶上的负载量以1.6％～20％为宜，经过实验测试，以负载量6％的样品降解甲醛的效果最优。
本申请通过将粗孔微球硅胶和p型半导体Cu2S的比例设置为上述能够最大限度提高空气净化效果：
当催化剂的负载量过多，团聚严重，比表面积下降，减少了光接受面积，分解效果降低；过少，光照下，电子跃迁数量少，形成的电子-空穴对少，氧化总能力降低，从而分解效果降低。
一种吸收并分解甲醛的材料的制备方法，包括以下步骤：
1)、分别配置浓度相同的一缩二乙二醇溶液A和一缩二乙二醇溶液B；
2)、将CuCl2·2H2O加入一缩二乙二醇溶液A中，搅拌使CuCl2·2H2O完全溶解；
3)、向步骤2)中获得的溶液中添加聚乙烯吡咯烷酮，搅拌至完全溶解；
4)、将步骤3)获得的溶液中加入粗孔微球硅胶，持续搅拌并油浴加热至150℃-190℃，获得悬浮液；
5)、将硫脲加入一缩二乙二醇溶液B中，搅拌形成均匀溶液；
6)、将步骤5)获得的均匀溶液加入到步骤4)获得的悬浮液中，搅拌并恒温一段时间；
7)、将步骤6)获得的悬浮液依次进行洗涤、抽滤和烘干。
在本发明所述方法中，选用氯化铜(CuCl2·2H2O)为铜源，硫脲(CH4N2S)为硫源，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂，一缩二乙二醇(DEG)为还原剂。反应机理如下：
本发明反应时间短，Cu2S晶粒尺寸小，比表面积大，接收光照面积大，从而使得分解甲醛的效果强。
进一步地，一缩二乙二醇溶液A和一缩二乙二醇溶液B的浓度为0.5mol/L。
进一步地，聚乙烯吡咯烷酮的加入量为0.5g-3.5g。
进一步地，聚乙烯吡咯烷酮的加入量为2g。
进一步地，Cu2+与硫脲的比例控制在1:7～1:80。
进一步地，Cu2+与硫脲的比例控制在1:20。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明通过将甲醛分解剂负载在粗孔微球硅胶的表面，所述甲醛分解剂能够对粗孔微球硅胶吸附的甲醛进行光催化分解，所述材料通过粗孔微球硅胶吸附甲醛，甲醛分解剂及时分解甲醛，避免了被吸附的甲醛在高温下解吸的问题。
2、本发明将p型半导体Cu2S用于甲醛分解，从而在可见光照下实现光催化用，同时，p 型半导体Cu2S不仅光催化效率高且可循环使用。
3、本发明所述制备方法反应时间短，Cu2S晶粒尺寸小，比表面积大，接收光照面积大，从而使得分解甲醛的效果强。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为发明的工艺流程图；
图2为性能检测图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-日光灯，2-第一插座，3-甲醛检测仪，4-第二恒温加热搅拌器，5-第二恒温加热搅拌器， 6-第二插座，7-遮光布。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1所示，一种吸收并分解甲醛的材料，以粗孔微球硅胶为载体，所述粗孔微球硅胶上负载有p型半导体Cu2S；所述p型半导体Cu2S的负载量为6％。
上述循环使用的室内空气净化材料的制备方法如下：
包括以下步骤：
1)、分别配置浓度为0.5mol/L的一缩二乙二醇溶液A和一缩二乙二醇溶液B；
2)、将6.8g CuCl2·2H2O加入100ml一缩二乙二醇溶液A中，搅拌使CuCl2·2H2O完全溶解，搅拌采用集热式恒温加热磁力搅拌器；
3)、向步骤2)中获得的溶液中添加2g聚乙烯吡咯烷酮，搅拌至完全溶解；
4)、将步骤3)获得的溶液中加入5g粗孔微球硅胶，持续搅拌并油浴加热至150℃，获得悬浮液，油浴通过集热式恒温加热磁力搅拌器中加入二甲基硅油来实现；
5)、将1.52g硫脲加入100ml一缩二乙二醇溶液B中，搅拌形成均匀溶液；
6)、将步骤5)获得的均匀溶液加入到步骤4)获得的悬浮液中，搅拌并恒温一段时间，此悬浮液中粗孔微球硅胶、CuCl2·2H2O以及硫脲的质量比为5:6.8:1.52；
7)、将步骤6)获得的悬浮液依次进行洗涤、抽滤和烘干。
实施例2：
一种吸收并分解甲醛的材料，以粗孔微球硅胶为载体，所述粗孔微球硅胶上负载有p型半导体Cu2S；所述p型半导体Cu2S的负载量为1.6％。
与实施例1中制备方法的区别在于：
CuCl2·2H2O的加入量为6.8g，一缩二乙二醇溶液A和一缩二乙二醇溶液B的体积分别为为100ml，聚乙烯吡咯烷酮的加入量为2.0g，粗孔微球硅胶的加入量为5.0g，悬浮液中粗孔微球硅胶、CuCl2·2H2O以及硫脲的质量比为5:6.8:0.38；油浴温度为190℃。
实施例3：
一种吸收并分解甲醛的材料，以粗孔微球硅胶为载体，所述粗孔微球硅胶上负载有p型半导体Cu2S；所述p型半导体Cu2S的负载量为20％。
与实施例1中制备方法的区别在于：
CuCl2·2H2O的加入量为6.8g，一缩二乙二醇溶液A和一缩二乙二醇溶液B的体积分别为为100ml，聚乙烯吡咯烷酮的加入量为100m，粗孔微球硅胶的加入量为5.0g，硫脲加入量为 4.56g。
实施例4：
本实施例基于实施例1，与实施例1的取杯在于：
油浴加热至170℃.
对比例1：
一种室内空气净化材料，以粗孔微球硅胶为载体，所述粗孔微球硅胶的表面负载有Cu。
对比例2：
一种室内空气净化材料，以粗孔微球硅胶为载体，所述粗孔微球硅胶的表面负载有CdS。
对比例3：
一种室内空气净化材料，以ZnO为载体，所述载体表面负载有p型半导体Cu2S。
对比例4：
一种室内空气净化材料，以TiO2为载体，所述载体表面负载有p型半导体Cu2S。
对比例5：
本对比例基于实施例1，与实施例1的区别在于：
p型半导体Cu2S的负载量为25％
对比例6：
本对比例基于实施例1，与实施例1的区别在于：
p型半导体Cu2S的负载量为1％。
对比例7：
本对比例基于实施例1，与实施例1的区别在于：
CuCl2·2H2O的加入量为6.8g，一缩二乙二醇溶液A和一缩二乙二醇溶液B的体积分别为为100ml，聚乙烯吡咯烷酮的加入量为100ml，粗孔微球硅胶的加入量为5.0g，硫脲加入量为 0.76g，悬浮液中粗孔微球硅胶、CuCl2·2H2O以及硫脲的质量比为5:6.8:0.76。
对比例8：
本对比例基于实施例1，与实施例1的区别在于：
CuCl2·2H2O的加入量为6.8g，一缩二乙二醇溶液A和一缩二乙二醇溶液B的体积分别为为100ml，聚乙烯吡咯烷酮的加入量为100ml，粗孔微球硅胶的加入量为5.0g，硫脲加入量为 3.04g，悬浮液中粗孔微球硅胶、CuCl2·2H2O以及硫脲的质量比为5:6.8:3.04。
将实施例1-实施例4，以及对比例1-对比例8制备的材料采用静态测试法对样品分解甲醛性能进行评估，性能检测如图2所示(在图2中，附图标记1为日光灯，2为第一插座，3为甲醛检测仪，4为第二恒温加热搅拌器，5为第二恒温加热搅拌器，6为第二插座，7为遮光布)，具体如下：
1.称取0.5g样品平铺于恒温加热搅拌器上，此时不加热。2.用针筒量取0.5ml甲醛溶液滴在恒温加热搅拌器上。然后密闭玻璃仓，并盖上遮光布。开启甲醛测定仪。此时，风扇低速转动，日光灯亮，恒温加热搅拌器开始加热到35℃并恒温，使甲醛充分挥发到空气中。每隔30分钟记录一下甲醛测定仪的读数。3.当甲醛测定仪三次读数不变时，开启遮光布，加热恒温加热搅拌器到70℃。每隔30分钟记录甲醛测定仪的读数。当甲醛测定仪的读数重新升高并保持三次读数不变时。测试实验结束。
甲醛的分解率的计算过程如下：
η＝(C0-Ct)/C0*100％
其中，C0是初始浓度；
Ct是t min后的浓度；
η是分解率。
试验结果如表1所示：
表1
| 实施例1 | 甲醛的分解率81％ |
| 实施例2 | 甲醛的分解率47％ |
| 实施例3 | 甲醛的分解率62％ |
| 实施例4 | 甲醛的分解率85％ |
| 对比例1 | 甲醛的分解率50％ |
| 对比例2 | 甲醛的分解率64％ |
| 对比例3 | 甲醛的分解率76％ |
| 对比例4 | 甲醛的分解率72％ |
| 对比例5 | 甲醛的分解率53％ |
| 对比例6 | 甲醛的分解率29％ |
| 对比例7 | 甲醛的分解率50％ |
| 对比例8 | 甲醛的分解率73％ |
由表1的数据可知：
1、粗孔微球硅胶为最佳载体，p型半导体Cu2S为在日光下甲醛分解效果最好的光催化剂。
2、当p型半导体Cu2S的负载量为6％，甲醛分解效果最佳，当油浴温度为170℃时效果最佳。
3、CuCl2·2H2O的加入量为6.8g，一缩二乙二醇溶液A和一缩二乙二醇溶液B的体积分别为为100ml，聚乙烯吡咯烷酮的加入量为100ml，粗孔微球硅胶的加入量为5.0g，硫脲加入量为1.52g，悬浮液中粗孔微球硅胶、CuCl2·2H2O以及硫脲的质量比为5:6.8:1.52，甲醛分解效果最佳。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种吸收并分解甲醛的材料，其特征在于，以粗孔微球硅胶为载体，所述粗孔微球硅胶上负载有甲醛分解剂。
2.根据权利要求1所述的一种吸收并分解甲醛的材料，其特征在于，所述甲醛分解剂为p型半导体Cu2S。
3.根据权利要求1所述的一种吸收并分解甲醛的材料，其特征在于，所述p型半导体Cu2S的负载量为1.6％-20％。
4.根据权利要求3所述的一种吸收并分解甲醛的材料，其特征在于，所述p型半导体Cu2S的负载量为6％。
5.一种如权利要求1-4任一项所述吸收并分解甲醛的材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、分别配置浓度相同的一缩二乙二醇溶液A和一缩二乙二醇溶液B；
2)、将CuCl2·2H2O加入一缩二乙二醇溶液A中，搅拌使CuCl2·2H2O完全溶解；
3)、向步骤2)中获得的溶液中添加聚乙烯吡咯烷酮，搅拌至完全溶解；
4)、将步骤3)获得的溶液中加入粗孔微球硅胶，持续搅拌并油浴加热至150℃-190℃，获得悬浮液；
5)、将硫脲加入一缩二乙二醇溶液B中，搅拌形成均匀溶液；
6)、将步骤5)获得的均匀溶液加入到步骤4)获得的悬浮液中，搅拌并恒温一段时间；
7)、将步骤6)获得的悬浮液依次进行洗涤、抽滤和烘干。
6.根据权利要求5所述的吸收并分解甲醛的材料的制备方法，其特征在于，所述一缩二乙二醇溶液A和一缩二乙二醇溶液B的浓度为0.5mol/L。
7.根据权利要求5所述的吸收并分解甲醛的材料的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量为0.5g-3.5g。
8.根据权利要求7所述的吸收并分解甲醛的材料的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量为2g。
9.根据权利要求5所述的吸收并分解甲醛的材料的制备方法，其特征在于，Cu2+与硫脲的比例为1:7～1:80。
10.根据权利要求9所述的吸收并分解甲醛的材料的制备方法，其特征在于，Cu2+与硫脲的比例为1:20。
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