CN112915782A - 一种用于空气净化的复合纳米材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于空气净化的复合纳米材料及其制备方法 Download PDF

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CN112915782A CN202110111808.7A CN202110111808A CN112915782A CN 112915782 A CN112915782 A CN 112915782A CN 202110111808 A CN202110111808 A CN 202110111808A CN 112915782 A CN112915782 A CN 112915782A
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Abstract

本发明公开一种用于空气净化的复合纳米材料及其制备方法，包括如下重量份原料：25‑50份复合纳米粒子，15‑30份吸附粒子，3‑5份羟乙基甲基纤维素，3‑5份木质纤维素，10‑15份生物质胶；将羟乙基甲基纤维素、木质纤维素和生物质胶混合，之后水解缩合，制成溶胶，依次加入复合纳米粒子和吸附粒子，匀速搅拌30min，之后蒸发、脱水制成凝胶，之后经过干燥和热处理，制得用于空气净化的复合纳米材料；复合纳米粒子在使用时，可见光能够激发钒酸铟产生电子，转移至复合纳米粒子表面，电子和表面吸附的氧分子结合形成超氧自由基，之后与吸附在复合纳米粒子表面的有机污染物发生氧化还原反应，进一步提高其空气净化效果。

Description

一种用于空气净化的复合纳米材料及其制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，具体为一种用于空气净化的复合纳米材料及其制备方法。
背景技术
目前纳米级的二氧化钛粒径多在100纳米左右，催化效率不高，而在5-10纳米粒径的产品市场上还比较少。一般光触媒只能在波长200～380纳米的紫外线光照射下，产生光催化作用，而需要进行光触媒治理的室内和车内往往达不到这种光触媒的激活条件。紫外线光触媒依靠太阳光内的紫外线或者人造紫外线光源催化二氧化纳反应形成分解薄膜。紫外线光触媒对紫外线的光线强度和采光条件要求比较高，且人造紫外线对人体伤害较大。
中国发明专利CN105854430A公开了一种用于空气净化的纳米复合材料的制备方法，以生蛭石粉为模板，在高温加压条件下制备纳米级二氧化钛复合材料，所得到的纳米级二氧化钛管包覆在蛭石层状结构内，具备良好的耐压能力，PM2.5吸附能力强，装配到特定的净化装置中以后，使用寿命长。
发明内容
为了克服上述的技术问题，本发明提供一种用于空气净化的复合纳米材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种用于空气净化的复合纳米材料，包括如下重量份原料：25-50份复合纳米粒子，15-30份吸附粒子，3-5份羟乙基甲基纤维素，3-5份木质纤维素，10-15份生物质胶；
该用于空气净化的复合纳米材料由如下方法制成：
将羟乙基甲基纤维素、木质纤维素和生物质胶混合，之后水解缩合，制成溶胶，依次加入复合纳米粒子和吸附粒子，以150-250r/min的转速匀速搅拌30min，之后蒸发、脱水制成凝胶，之后经过干燥和热处理，制得用于空气净化的复合纳米材料。
进一步地，所述复合纳米粒子由如下方法制成：
步骤S1、将钛酸四丁酯和冰乙酸加入烧杯中，加入无水乙醇，以100-200r/min的转速匀速搅拌30min，制得溶液A；将去离子水和无水乙醇按照1∶2的体积比混合均匀，之后滴加质量分数38％浓盐酸调节pH，直至pH＝1-2，匀速搅拌30min，制得溶液B；以400-500r/min的转速匀速搅拌溶液A，边搅拌边以10滴/min的速率滴加溶液B，滴加结束后继续搅拌直至溶剂挥发，制得溶胶；
步骤S2、将浓度为1mol/L三氯化铟水溶液加入三口烧瓶中，以40-100r/min的转速匀速搅拌并滴加浓度为1mol/L偏钒酸钠水溶液，控制滴加速率为1滴/s，滴加结束后匀速搅拌15min，之后滴加质量分数20％氢氧化钠水溶液调节pH，直至体系的pH＝8，继续搅拌30min，制得混合液，将混合液转移至反应釜中，升温至120-150℃，在此温度下匀速搅拌并反应15h，反应结束后冷却，制得反应产物，将反应产物用去离子水洗涤三次，之后加入正丁醇中回流5h，趁热过滤，用无水乙醇洗涤三次，之后置于真空干燥箱中，在真空度-0.08MPa，温度为60℃下干燥4h，制得样品，控制三氯化铟水溶液和偏钒酸钠水溶液的体积比为1∶1；
步骤S3、将步骤S2制得的样品加入步骤S1制得的溶胶中，超声分散15min，控制超声的功率为60-80W，之后干燥除去溶剂，转移至马弗炉中，在450-500℃下煅烧3h，研磨、过筛，制得复合纳米粒子，控制样品的用量为溶胶质量的1％-2％。
步骤S1中将钛酸四丁酯和冰乙酸制成溶液A，乙醇水溶液作为溶液B，之后混合，通过冰醋酸法制备出一种溶胶，该溶胶为二氧化钛溶胶，二氧化钛能够无选择性的将各种有机物污染物氧化，将其降解或开环生成小分子，最后矿化为二氧化碳、水等无机小分子，但是二氧化钛本身在可见光区的光催化活性较低，步骤S2中将三氯化铟水溶液与偏钒酸钠水溶液混合，制备出样品，该样品为钒酸铟，之后步骤S3中将样品与溶胶混合后煅烧，制备出复合纳米粒子，通过将钒酸铟与二氧化钛复合能够提高二氧化钛光敏性，进而提高二氧化钛在可见光下的利用率，而且该复合纳米粒子在使用时，可见光能够激发钒酸铟产生电子，转移至复合纳米粒子表面，电子和表面吸附的氧分子结合形成超氧自由基，之后与吸附在复合纳米粒子表面的有机污染物发生氧化还原反应，进一步提高其空气净化效果。
进一步地，步骤S1中控制钛酸四丁酯、冰乙酸和无水乙醇的用量比为12g∶3mL∶12mL，溶液B和溶液A的体积比为4∶15。
进一步地，所述吸附粒子由如下方法制成：
步骤S11、将DL-乳酸加入三口烧瓶中，在110℃下加热至直至无冷凝水流出，之后加入氧化锌，升温至200℃，减压蒸馏，制得中间体C，将中间体C重结晶，制得精制后的中间体C，将精制后的中间体C置于反应瓶中，加入氧化锌，在压强为1.7X104Pa，温度为150-170℃条件下反应4h，加入去离子水中，之后在80-100℃下加热5h，制得聚乳酸，控制DL-乳酸和氧化锌的用量比为200mL∶10g，精制后的中间体C和氧化锌的用量比为10g∶5g，两次氧化锌添加量的重量比为1∶1；
步骤S12、将制得的聚乳酸加入装有二氯甲烷的烧杯中，匀速搅拌20min后滴加质量分数10％的聚乙烯醇水溶液，控制滴加时间为15-30min，滴加结束后升温至75-90℃，匀速搅拌直至二氯甲烷完全挥发，制得聚乳酸微球，控制聚乳酸和聚乙烯醇的重量比为1∶1-3；
步骤S13、将壳聚糖加入质量分数10％稀盐酸溶液中，40-50℃水浴加热，在此温度下反应1h，然后依次加入硫氰酸铵和氯乙酸，磁力搅拌10min后加入无水乙醇并以100r/min的转速磁力搅拌2h，搅拌结束后以10000r/min的转速离心3min，之后用索氏提取器回流提取2h，之后将提取出的产物加入去离子水中，制得改性壳聚糖溶液，加入步骤S12制得的聚乳酸微球，在110-150℃条件下匀速搅拌直至溶剂挥发，制得吸附粒子，控制壳聚糖、稀盐酸溶液、硫氰酸铵、氯乙酸和无水乙醇的重量比为1∶20∶2∶3∶10，聚乳酸微球和改性壳聚糖溶液的重量比为1∶20-30。
步骤S11中在氧化锌作为催化剂的条件下，通过DL-乳酸制备出一种中间体，之后重结晶对中间体进行提纯，之后通过开环聚合法制得聚乳酸，之后步骤S12中将制得的聚乳酸加入二氯甲烷中，之后通过溶剂挥发法制备出聚乳酸微球，溶剂在挥发过程中能够导致聚乳酸微球表面凹凸不平，而且赋予其微孔结构，所以使得制备出聚乳酸微球具有较大的比表面积，赋予其优异的吸附性能，步骤S12中通过将壳聚糖、硫氰酸铵和氯乙酸混合，制得改性壳聚糖，该改性壳聚糖中含有硫脲基以及羧基等官能团，在之前的壳聚糖中引入新的官能团，进一步增加壳聚糖上的吸附位点，进而赋予改性壳聚糖更强的吸附性能，之后将改性壳聚糖和聚乳酸微球混合，制得吸附粒子，将吸附粒子与复合纳米粒子混合，能够增加制备出的复合纳米材料的吸附性。
一种用于空气净化的复合纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
将羟乙基甲基纤维素、木质纤维素和生物质胶混合，之后水解缩合，制成溶胶，依次加入复合纳米粒子和吸附粒子，以150-250r/min的转速匀速搅拌30min，之后蒸发、脱水制成凝胶，之后经过干燥和热处理，制得用于空气净化的复合纳米材料。
本发明的有益效果：
(1)本发明一种用于空气净化的复合纳米材料以复合纳米粒子和吸附粒子等原料制成，复合纳米粒子制备过程中步骤S1中将钛酸四丁酯和冰乙酸制成溶液A，乙醇水溶液作为溶液B，之后混合，通过冰醋酸法制备出一种溶胶，该溶胶为二氧化钛溶胶，二氧化钛能够无选择性的将各种有机物污染物氧化，将其降解或开环生成小分子，最后矿化为二氧化碳、水等无机小分子，但是二氧化钛本身在可见光区的光催化活性较低，步骤S2中将三氯化铟水溶液与偏钒酸钠水溶液混合，制备出样品，该样品为钒酸铟，之后步骤S3中将样品与溶胶混合后煅烧，制备出复合纳米粒子，通过将钒酸铟与二氧化钛复合能够提高二氧化钛光敏性，进而提高二氧化钛在可见光下的利用率，而且该复合纳米粒子在使用时，可见光能够激发钒酸铟产生电子，转移至复合纳米粒子表面，电子和表面吸附的氧分子结合形成超氧自由基，之后与吸附在复合纳米粒子表面的有机污染物发生氧化还原反应，进一步提高其空气净化效果。
(2)吸附粒子在制备过程中步骤S11中在氧化锌作为催化剂的条件下，通过DL-乳酸制备出一种中间体，之后重结晶对中间体进行提纯，之后通过开环聚合法制得聚乳酸，之后步骤S12中将制得的聚乳酸加入二氯甲烷中，之后通过溶剂挥发法制备出聚乳酸微球，溶剂在挥发过程中能够导致聚乳酸微球表面凹凸不平，而且赋予其微孔结构，所以使得制备出聚乳酸微球具有较大的比表面积，赋予其优异的吸附性能，步骤S12中通过将壳聚糖、硫氰酸铵和氯乙酸混合，制得改性壳聚糖，该改性壳聚糖中含有硫脲基以及羧基等官能团，在之前的壳聚糖中引入新的官能团，进一步增加壳聚糖上的吸附位点，进而赋予改性壳聚糖更强的吸附性能，之后将改性壳聚糖和聚乳酸微球混合，制得吸附粒子，将吸附粒子与复合纳米粒子混合，能够增加制备出的复合纳米材料的吸附性。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种用于空气净化的复合纳米材料，包括如下重量份原料：25份复合纳米粒子，15份吸附粒子，3份羟乙基甲基纤维素，3份木质纤维素，10份生物质胶；
该用于空气净化的复合纳米材料由如下方法制成：
将羟乙基甲基纤维素、木质纤维素和生物质胶混合，之后水解缩合，制成溶胶，依次加入复合纳米粒子和吸附粒子，以150r/min的转速匀速搅拌30min，之后蒸发、脱水制成凝胶，之后经过干燥和热处理，制得用于空气净化的复合纳米材料。
复合纳米粒子由如下方法制成：
步骤S1、将钛酸四丁酯和冰乙酸加入烧杯中，加入无水乙醇，以100r/min的转速匀速搅拌30min，制得溶液A；将去离子水和无水乙醇按照1∶2的体积比混合均匀，之后滴加质量分数38％浓盐酸调节pH，直至pH＝1，匀速搅拌30min，制得溶液B；以400r/min的转速匀速搅拌溶液A，边搅拌边以10滴/min的速率滴加溶液B，滴加结束后继续搅拌直至溶剂挥发，制得溶胶，控制钛酸四丁酯、冰乙酸和无水乙醇的用量比为12g∶3mL∶12mL，溶液B和溶液A的体积比为4∶15；
步骤S2、将浓度为1mol/L三氯化铟水溶液加入三口烧瓶中，以100r/min的转速匀速搅拌并滴加浓度为1mol/L偏钒酸钠水溶液，控制滴加速率为1滴/s，滴加结束后匀速搅拌15min，之后滴加质量分数20％氢氧化钠水溶液调节pH，直至体系的pH＝8，继续搅拌30min，制得混合液，将混合液转移至反应釜中，升温至120℃，在此温度下匀速搅拌并反应15h，反应结束后冷却，制得反应产物，将反应产物用去离子水洗涤三次，之后加入正丁醇中回流5h，趁热过滤，用无水乙醇洗涤三次，之后置于真空干燥箱中，在真空度-0.08MPa，温度为60℃下干燥4h，制得样品，控制三氯化铟水溶液和偏钒酸钠水溶液的体积比为1∶1；
步骤S3、将步骤S2制得的样品加入步骤S1制得的溶胶中，超声分散15min，控制超声的功率为60W，之后干燥除去溶剂，转移至马弗炉中，在450℃下煅烧3h，研磨、过筛，制得复合纳米粒子，控制样品的用量为溶胶质量的1％。
吸附粒子由如下方法制成：
步骤S11、将DL-乳酸加入三口烧瓶中，在110℃下加热至直至无冷凝水流出，之后加入氧化锌，升温至200℃，减压蒸馏，制得中间体C，将中间体C重结晶，制得精制后的中间体C，将精制后的中间体C置于反应瓶中，加入氧化锌，在压强为1.7X104Pa，温度为150℃条件下反应4h，加入去离子水中，之后在80℃下加热5h，制得聚乳酸，控制DL-乳酸和氧化锌的用量比为200mL∶10g，精制后的中间体C和氧化锌的用量比为10g∶5g，两次氧化锌添加量的重量比为1∶1；
步骤S12、将制得的聚乳酸加入装有二氯甲烷的烧杯中，匀速搅拌20min后滴加质量分数10％的聚乙烯醇水溶液，控制滴加时间为15min，滴加结束后升温至75℃，匀速搅拌直至二氯甲烷完全挥发，制得聚乳酸微球，控制聚乳酸和聚乙烯醇的重量比为1∶2；
步骤S13、将壳聚糖加入质量分数10％稀盐酸溶液中，40℃水浴加热，在此温度下反应1h，然后依次加入硫氰酸铵和氯乙酸，磁力搅拌10min后加入无水乙醇并以100r/min的转速磁力搅拌2h，搅拌结束后以10000r/min的转速离心3min，之后用索氏提取器回流提取2h，之后将提取出的产物加入去离子水中，制得改性壳聚糖溶液，加入步骤S12制得的聚乳酸微球，在110℃条件下匀速搅拌直至溶剂挥发，制得吸附粒子，控制壳聚糖、稀盐酸溶液、硫氰酸铵、氯乙酸和无水乙醇的重量比为1∶20∶2∶3∶10，聚乳酸微球和改性壳聚糖溶液的重量比为1∶20。
实施例2
一种用于空气净化的复合纳米材料，包括如下重量份原料：35份复合纳米粒子，20份吸附粒子，4份羟乙基甲基纤维素，4份木质纤维素，12份生物质胶；
该用于空气净化的复合纳米材料由如下方法制成：
将羟乙基甲基纤维素、木质纤维素和生物质胶混合，之后水解缩合，制成溶胶，依次加入复合纳米粒子和吸附粒子，以150r/min的转速匀速搅拌30min，之后蒸发、脱水制成凝胶，之后经过干燥和热处理，制得用于空气净化的复合纳米材料。
复合纳米粒子由如下方法制成：
步骤S1、将钛酸四丁酯和冰乙酸加入烧杯中，加入无水乙醇，以100r/min的转速匀速搅拌30min，制得溶液A；将去离子水和无水乙醇按照1∶2的体积比混合均匀，之后滴加质量分数38％浓盐酸调节pH，直至pH＝1，匀速搅拌30min，制得溶液B；以400r/min的转速匀速搅拌溶液A，边搅拌边以10滴/min的速率滴加溶液B，滴加结束后继续搅拌直至溶剂挥发，制得溶胶，控制钛酸四丁酯、冰乙酸和无水乙醇的用量比为12g∶3mL∶12mL，溶液B和溶液A的体积比为4∶15；
步骤S2、将浓度为1mol/L三氯化铟水溶液加入三口烧瓶中，以100r/min的转速匀速搅拌并滴加浓度为1mol/L偏钒酸钠水溶液，控制滴加速率为1滴/s，滴加结束后匀速搅拌15min，之后滴加质量分数20％氢氧化钠水溶液调节pH，直至体系的pH＝8，继续搅拌30min，制得混合液，将混合液转移至反应釜中，升温至120℃，在此温度下匀速搅拌并反应15h，反应结束后冷却，制得反应产物，将反应产物用去离子水洗涤三次，之后加入正丁醇中回流5h，趁热过滤，用无水乙醇洗涤三次，之后置于真空干燥箱中，在真空度-0.08MPa，温度为60℃下干燥4h，制得样品，控制三氯化铟水溶液和偏钒酸钠水溶液的体积比为1∶1；
步骤S3、将步骤S2制得的样品加入步骤S1制得的溶胶中，超声分散15min，控制超声的功率为60W，之后干燥除去溶剂，转移至马弗炉中，在450℃下煅烧3h，研磨、过筛，制得复合纳米粒子，控制样品的用量为溶胶质量的1％。
吸附粒子由如下方法制成：
步骤S11、将DL-乳酸加入三口烧瓶中，在110℃下加热至直至无冷凝水流出，之后加入氧化锌，升温至200℃，减压蒸馏，制得中间体C，将中间体C重结晶，制得精制后的中间体C，将精制后的中间体C置于反应瓶中，加入氧化锌，在压强为1.7X104Pa，温度为150℃条件下反应4h，加入去离子水中，之后在80℃下加热5h，制得聚乳酸，控制DL-乳酸和氧化锌的用量比为200mL∶10g，精制后的中间体C和氧化锌的用量比为10g∶5g，两次氧化锌添加量的重量比为1∶1；
步骤S12、将制得的聚乳酸加入装有二氯甲烷的烧杯中，匀速搅拌20min后滴加质量分数10％的聚乙烯醇水溶液，控制滴加时间为15min，滴加结束后升温至75℃，匀速搅拌直至二氯甲烷完全挥发，制得聚乳酸微球，控制聚乳酸和聚乙烯醇的重量比为1∶2；
步骤S13、将壳聚糖加入质量分数10％稀盐酸溶液中，40℃水浴加热，在此温度下反应1h，然后依次加入硫氰酸铵和氯乙酸，磁力搅拌10min后加入无水乙醇并以100r/min的转速磁力搅拌2h，搅拌结束后以10000r/min的转速离心3min，之后用索氏提取器回流提取2h，之后将提取出的产物加入去离子水中，制得改性壳聚糖溶液，加入步骤S12制得的聚乳酸微球，在110℃条件下匀速搅拌直至溶剂挥发，制得吸附粒子，控制壳聚糖、稀盐酸溶液、硫氰酸铵、氯乙酸和无水乙醇的重量比为1∶20∶2∶3∶10，聚乳酸微球和改性壳聚糖溶液的重量比为1∶20。
实施例3
一种用于空气净化的复合纳米材料，包括如下重量份原料：40份复合纳米粒子，25份吸附粒子，4份羟乙基甲基纤维素，5份木质纤维素，14份生物质胶；
该用于空气净化的复合纳米材料由如下方法制成：
将羟乙基甲基纤维素、木质纤维素和生物质胶混合，之后水解缩合，制成溶胶，依次加入复合纳米粒子和吸附粒子，以150r/min的转速匀速搅拌30min，之后蒸发、脱水制成凝胶，之后经过干燥和热处理，制得用于空气净化的复合纳米材料。
复合纳米粒子由如下方法制成：
步骤S1、将钛酸四丁酯和冰乙酸加入烧杯中，加入无水乙醇，以100r/min的转速匀速搅拌30min，制得溶液A；将去离子水和无水乙醇按照1∶2的体积比混合均匀，之后滴加质量分数38％浓盐酸调节pH，直至pH＝1，匀速搅拌30min，制得溶液B；以400r/min的转速匀速搅拌溶液A，边搅拌边以10滴/min的速率滴加溶液B，滴加结束后继续搅拌直至溶剂挥发，制得溶胶，控制钛酸四丁酯、冰乙酸和无水乙醇的用量比为12g∶3mL∶12mL，溶液B和溶液A的体积比为4∶15；
步骤S2、将浓度为1mol/L三氯化铟水溶液加入三口烧瓶中，以100r/min的转速匀速搅拌并滴加浓度为1mol/L偏钒酸钠水溶液，控制滴加速率为1滴/s，滴加结束后匀速搅拌15min，之后滴加质量分数20％氢氧化钠水溶液调节pH，直至体系的pH＝8，继续搅拌30min，制得混合液，将混合液转移至反应釜中，升温至120℃，在此温度下匀速搅拌并反应15h，反应结束后冷却，制得反应产物，将反应产物用去离子水洗涤三次，之后加入正丁醇中回流5h，趁热过滤，用无水乙醇洗涤三次，之后置于真空干燥箱中，在真空度-0.08MPa，温度为60℃下干燥4h，制得样品，控制三氯化铟水溶液和偏钒酸钠水溶液的体积比为1∶1；
步骤S3、将步骤S2制得的样品加入步骤S1制得的溶胶中，超声分散15min，控制超声的功率为60W，之后干燥除去溶剂，转移至马弗炉中，在450℃下煅烧3h，研磨、过筛，制得复合纳米粒子，控制样品的用量为溶胶质量的1％。
吸附粒子由如下方法制成：
步骤S11、将DL-乳酸加入三口烧瓶中，在110℃下加热至直至无冷凝水流出，之后加入氧化锌，升温至200℃，减压蒸馏，制得中间体C，将中间体C重结晶，制得精制后的中间体C，将精制后的中间体C置于反应瓶中，加入氧化锌，在压强为1.7X104Pa，温度为150℃条件下反应4h，加入去离子水中，之后在80℃下加热5h，制得聚乳酸，控制DL-乳酸和氧化锌的用量比为200mL∶10g，精制后的中间体C和氧化锌的用量比为10g∶5g，两次氧化锌添加量的重量比为1∶1；
步骤S12、将制得的聚乳酸加入装有二氯甲烷的烧杯中，匀速搅拌20min后滴加质量分数10％的聚乙烯醇水溶液，控制滴加时间为15min，滴加结束后升温至75℃，匀速搅拌直至二氯甲烷完全挥发，制得聚乳酸微球，控制聚乳酸和聚乙烯醇的重量比为1∶2；
步骤S13、将壳聚糖加入质量分数10％稀盐酸溶液中，40℃水浴加热，在此温度下反应1h，然后依次加入硫氰酸铵和氯乙酸，磁力搅拌10min后加入无水乙醇并以100r/min的转速磁力搅拌2h，搅拌结束后以10000r/min的转速离心3min，之后用索氏提取器回流提取2h，之后将提取出的产物加入去离子水中，制得改性壳聚糖溶液，加入步骤S12制得的聚乳酸微球，在110℃条件下匀速搅拌直至溶剂挥发，制得吸附粒子，控制壳聚糖、稀盐酸溶液、硫氰酸铵、氯乙酸和无水乙醇的重量比为1∶20∶2∶3∶10，聚乳酸微球和改性壳聚糖溶液的重量比为1∶20。
实施例4
一种用于空气净化的复合纳米材料，包括如下重量份原料：50份复合纳米粒子，30份吸附粒子，5份羟乙基甲基纤维素，5份木质纤维素，15份生物质胶；
该用于空气净化的复合纳米材料由如下方法制成：
将羟乙基甲基纤维素、木质纤维素和生物质胶混合，之后水解缩合，制成溶胶，依次加入复合纳米粒子和吸附粒子，以150r/min的转速匀速搅拌30min，之后蒸发、脱水制成凝胶，之后经过干燥和热处理，制得用于空气净化的复合纳米材料。
复合纳米粒子由如下方法制成：
步骤S1、将钛酸四丁酯和冰乙酸加入烧杯中，加入无水乙醇，以100r/min的转速匀速搅拌30min，制得溶液A；将去离子水和无水乙醇按照1∶2的体积比混合均匀，之后滴加质量分数38％浓盐酸调节pH，直至pH＝1，匀速搅拌30min，制得溶液B；以400r/min的转速匀速搅拌溶液A，边搅拌边以10滴/min的速率滴加溶液B，滴加结束后继续搅拌直至溶剂挥发，制得溶胶，控制钛酸四丁酯、冰乙酸和无水乙醇的用量比为12g∶3mL∶12mL，溶液B和溶液A的体积比为4∶15；
步骤S2、将浓度为1mol/L三氯化铟水溶液加入三口烧瓶中，以100r/min的转速匀速搅拌并滴加浓度为1mol/L偏钒酸钠水溶液，控制滴加速率为1滴/s，滴加结束后匀速搅拌15min，之后滴加质量分数20％氢氧化钠水溶液调节pH，直至体系的pH＝8，继续搅拌30min，制得混合液，将混合液转移至反应釜中，升温至120℃，在此温度下匀速搅拌并反应15h，反应结束后冷却，制得反应产物，将反应产物用去离子水洗涤三次，之后加入正丁醇中回流5h，趁热过滤，用无水乙醇洗涤三次，之后置于真空干燥箱中，在真空度-0.08MPa，温度为60℃下干燥4h，制得样品，控制三氯化铟水溶液和偏钒酸钠水溶液的体积比为1∶1；
步骤S3、将步骤S2制得的样品加入步骤S1制得的溶胶中，超声分散15min，控制超声的功率为60W，之后干燥除去溶剂，转移至马弗炉中，在450℃下煅烧3h，研磨、过筛，制得复合纳米粒子，控制样品的用量为溶胶质量的1％。
吸附粒子由如下方法制成：
步骤S11、将DL-乳酸加入三口烧瓶中，在110℃下加热至直至无冷凝水流出，之后加入氧化锌，升温至200℃，减压蒸馏，制得中间体C，将中间体C重结晶，制得精制后的中间体C，将精制后的中间体C置于反应瓶中，加入氧化锌，在压强为1.7X104Pa，温度为150℃条件下反应4h，加入去离子水中，之后在80℃下加热5h，制得聚乳酸，控制DL-乳酸和氧化锌的用量比为200mL∶10g，精制后的中间体C和氧化锌的用量比为10g∶5g，两次氧化锌添加量的重量比为1∶1；
步骤S12、将制得的聚乳酸加入装有二氯甲烷的烧杯中，匀速搅拌20min后滴加质量分数10％的聚乙烯醇水溶液，控制滴加时间为15min，滴加结束后升温至75℃，匀速搅拌直至二氯甲烷完全挥发，制得聚乳酸微球，控制聚乳酸和聚乙烯醇的重量比为1∶2；
步骤S13、将壳聚糖加入质量分数10％稀盐酸溶液中，40℃水浴加热，在此温度下反应1h，然后依次加入硫氰酸铵和氯乙酸，磁力搅拌10min后加入无水乙醇并以100r/min的转速磁力搅拌2h，搅拌结束后以10000r/min的转速离心3min，之后用索氏提取器回流提取2h，之后将提取出的产物加入去离子水中，制得改性壳聚糖溶液，加入步骤S12制得的聚乳酸微球，在110℃条件下匀速搅拌直至溶剂挥发，制得吸附粒子，控制壳聚糖、稀盐酸溶液、硫氰酸铵、氯乙酸和无水乙醇的重量比为1∶20∶2∶3∶10，聚乳酸微球和改性壳聚糖溶液的重量比为1∶20。
对比例1
本对比例与实施例1相比，用二氧化钛纳米粒子代替复合纳米粒子。
对比例2
本对比例与实施例1相比，未加入吸附粒子。
对比例3
本对比例为市场中一种用于空气净化的纳米材料。
将实施例1-4和对比例1-3置于20m3的封闭空间中2h后进行检测，结果如下所示；
TVOC(ppm) 甲醛(ppm) 苯(ppm)
空白 68.5 2.8 4.2
实施例1 0.68 0.010 0.06
实施例2 0.70 0.008 0.05
实施例3 0.65 0.008 0.05
实施例4 0.66 0.009 0.06
对比例1 12.15 1.35 1.68
对比例2 3.56 0.18 0.12
对比例3 10.68 1.20 1.65
从上表中能够看出2h后封闭空间中空白组的TVOC浓度为65.8ppm，实施例1-4的TVOC浓度为0.65-0.70ppm，对比例1-3的TVOC浓度为3.56-12.15ppm；空白组的甲醛浓度为2.8ppm，实施例1-4的甲醛浓度为0.008-0.010ppm，对比例1-3的甲醛浓度为0.18-1.35ppm；空白组的苯浓度为4.2ppm，实施例1-4的苯浓度为0.005-0.006ppm，对比例1-3的苯浓度为0.12-1.65ppm；所以本发明中复合纳米粒子在使用时，可见光能够激发钒酸铟产生电子，转移至复合纳米粒子表面，电子和表面吸附的氧分子结合形成超氧自由基，之后与吸附在复合纳米粒子表面的有机污染物发生氧化还原反应，进一步提高其空气净化效果。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于空气净化的复合纳米材料，其特征在于，包括如下重量份原料：25-50份复合纳米粒子，15-30份吸附粒子，3-5份羟乙基甲基纤维素，3-5份木质纤维素，10-15份生物质胶；
该用于空气净化的复合纳米材料由如下方法制成：
将羟乙基甲基纤维素、木质纤维素和生物质胶混合，之后水解缩合，制成溶胶，依次加入复合纳米粒子和吸附粒子，以150-250r/min的转速匀速搅拌30min，之后蒸发、脱水制成凝胶，之后经过干燥和热处理，制得用于空气净化的复合纳米材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于空气净化的复合纳米材料，其特征在于，所述复合纳米粒子由如下方法制成：
步骤S1、将钛酸四丁酯和冰乙酸加入烧杯中，加入无水乙醇，以100-200r/min的转速匀速搅拌30min，制得溶液A；将去离子水和无水乙醇按照1∶2的体积比混合均匀，之后滴加质量分数38％浓盐酸调节pH，直至pH＝1-2，匀速搅拌30min，制得溶液B；以400-500r/min的转速匀速搅拌溶液A，边搅拌边以10滴/min的速率滴加溶液B，滴加结束后继续搅拌直至溶剂挥发，制得溶胶；
步骤S2、将浓度为1mol/L三氯化铟水溶液加入三口烧瓶中，以40-100r/min的转速匀速搅拌并滴加浓度为1mol/L偏钒酸钠水溶液，控制滴加速率为1滴/s，滴加结束后匀速搅拌15min，之后滴加质量分数20％氢氧化钠水溶液调节pH，直至体系的pH＝8，继续搅拌30min，制得混合液，将混合液转移至反应釜中，升温至120-150℃，在此温度下匀速搅拌并反应15h，反应结束后冷却，制得反应产物，将反应产物用去离子水洗涤三次，之后加入正丁醇中回流5h，趁热过滤，用无水乙醇洗涤三次，之后置于真空干燥箱中，在真空度-0.08MPa，温度为60℃下干燥4h，制得样品，控制三氯化铟水溶液和偏钒酸钠水溶液的体积比为1∶1；
步骤S3、将步骤S2制得的样品加入步骤S1制得的溶胶中，超声分散15min，控制超声的功率为60-80W，之后干燥除去溶剂，转移至马弗炉中，在450-500℃下煅烧3h，研磨、过筛，制得复合纳米粒子，控制样品的用量为溶胶质量的1％-2％。
3.根据权利要求2所述的一种用于空气净化的复合纳米材料，其特征在于，步骤S1中控制钛酸四丁酯、冰乙酸和无水乙醇的用量比为12g∶3mL∶12mL，溶液B和溶液A的体积比为4∶15。
4.根据权利要求1所述的一种用于空气净化的复合纳米材料，其特征在于，所述吸附粒子由如下方法制成：
步骤S11、将DL-乳酸加入三口烧瓶中，在110℃下加热至直至无冷凝水流出，之后加入氧化锌，升温至200℃，减压蒸馏，制得中间体C，将中间体C重结晶，制得精制后的中间体C，将精制后的中间体C置于反应瓶中，加入氧化锌，在压强为1.7X104Pa，温度为150-170℃条件下反应4h，加入去离子水中，之后在80-100℃下加热5h，制得聚乳酸，控制DL-乳酸和氧化锌的用量比为200mL∶10g，精制后的中间体C和氧化锌的用量比为10g∶5g，两次氧化锌添加量的重量比为1∶1；
步骤S12、将制得的聚乳酸加入装有二氯甲烷的烧杯中，匀速搅拌20min后滴加质量分数10％的聚乙烯醇水溶液，控制滴加时间为15-30min，滴加结束后升温至75-90℃，匀速搅拌直至二氯甲烷完全挥发，制得聚乳酸微球，控制聚乳酸和聚乙烯醇的重量比为1∶1-3；
步骤S13、将壳聚糖加入质量分数10％稀盐酸溶液中，40-50℃水浴加热，在此温度下反应1h，然后依次加入硫氰酸铵和氯乙酸，磁力搅拌10min后加入无水乙醇并以100r/min的转速磁力搅拌2h，搅拌结束后以10000r/min的转速离心3min，之后用索氏提取器回流提取2h，之后将提取出的产物加入去离子水中，制得改性壳聚糖溶液，加入步骤S12制得的聚乳酸微球，在110-150℃条件下匀速搅拌直至溶剂挥发，制得吸附粒子，控制壳聚糖、稀盐酸溶液、硫氰酸铵、氯乙酸和无水乙醇的重量比为1∶20∶2∶3∶10，聚乳酸微球和改性壳聚糖溶液的重量比为1∶20-30。
5.根据权利要求1所述的一种用于空气净化的复合纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将羟乙基甲基纤维素、木质纤维素和生物质胶混合，之后水解缩合，制成溶胶，依次加入复合纳米粒子和吸附粒子，以150-250r/min的转速匀速搅拌30min，之后蒸发、脱水制成凝胶，之后经过干燥和热处理，制得用于空气净化的复合纳米材料。
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