CN113398752B - 一种具有除甲醛作用的空气净化材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及环保材料制备技术领域，具体公开了一种具有除甲醛作用的空气净化材料及其制备方法。所述的具有除甲醛作用的空气净化材料的制备方法，其包含如下步骤：(1)将醋酸亚铁、醋酸铜、硫脲以及有机溶剂加入到反应釜中，在130～180℃下反应10～20h后取固体产物得复合材料；(2)将复合材料以及吸附材料加入到有机溶剂中，搅拌5～10h后，取固体产物即得所述的具有除甲醛作用的空气净化材料。研究表明，通过该方法将复合材料与吸附材料复合得到的空气净化材料，具有优异的甲醛除去作用；该空气净化材料还可以作为建筑材料的原料，用于制备具有去除甲醛作用的建筑材料。

Description

一种具有除甲醛作用的空气净化材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及环保材料制备技术领域，具体涉及一种具有除甲醛作用的空气净化材料及其制备方法。
背景技术
甲醛是一种有机化学物质，其化学式为HCHO；为无色气体，有刺激性气味。甲醛对皮肤、黏膜的具有刺激作用；吸入高浓度甲醛可导致打喷嚏、咳嗽并伴有鼻和喉咙的烧灼感等症状；此外，还可诱发支气管哮喘、肺炎、肺水肿等疾病。人体长期暴露于甲醛污染的环境中，可降低机体的呼吸功能、神经系统的信息整合功能和影响机体的免疫应答，对心血管系统、内分泌系统、消化系统、生殖系统、肾也具有毒性作用。
在新装修的室内，甲醛是主要的污染物之一，去除室内甲醛是对于保护人体健康具有重要的意义。硅藻土和活性炭是常用的甲醛吸附材料，但是单用硅藻土或活性炭来去除甲醛，其对甲醛的去除能力是有限的。因此，急需开发一种甲醛去除能力强的空气净化材料。
发明内容
为了克服现有甲醛吸附材料对甲醛的吸附能力不足，本发明提供了一种全新的具有除甲醛作用的空气净化材料；所述的空气净化材料与常规的硅藻土和活性炭相比，其对甲醛的除去能力得到了大幅地提高。
本发明所要解决的上述技术问题，通过以下技术方案予以实现：
一种具有除甲醛作用的空气净化材料的制备方法，其包含如下步骤：
(1)将醋酸亚铁、醋酸铜、硫脲以及有机溶剂加入到反应釜中，在130～180℃下反应10～20h后取固体产物得复合材料；
(2)将复合材料以及吸附材料加入到有机溶剂中，搅拌5～10h后，取固体产物即得所述的具有除甲醛作用的空气净化材料。
发明人经大量的研究惊奇的发现，将醋酸亚铁、醋酸铜和硫脲反应得到的复合材料经步骤(2)与吸附材料(硅藻土和活性炭)复合得到的空气净化材料；其具有优异的甲醛去除作用；其对甲醛的去除作用远远高于硅藻土和活性炭；取得了显著的技术进步。
在此，发明人需要强调的是，能否制备得到具有优异的甲醛去除作用的空气净化材料，复合材料的制备起着决定性作用；研究表明：只有以醋酸亚铁和醋酸铜与硫脲反应制备复合材料，再与吸附材料复合后制备得到的空气净化材料，才具有优异的甲醛去除作用；若仅仅以醋酸亚铁或醋酸铜与硫脲反应制备复合材料，再与吸附材料复合后制备得到的空气净化材料，其对甲醛的去除作用要显著地小于同时以醋酸亚铁和醋酸铜与硫脲反应制备复合材料，再与吸附材料复合后制备得到的空气净化材料。
优选地，步骤(1)中醋酸亚铁、醋酸铜、硫脲以及有机溶剂的用量比为15～20g：18～22g：13～16g：400～600mL。
最优选地，步骤(1)中醋酸亚铁、醋酸铜、硫脲以及有机溶剂的用量比为17g：20g：15g：500mL。
优选地，步骤(1)中在150℃下反应12h。
优选地，步骤(1)中所述的有机溶剂为无水乙醇。
优选地，步骤(2)中复合材料、吸附材料以及有机溶剂的用量比为8～12g：100～200g：1～2L。
进一步优选地，步骤(2)中复合材料、吸附材料以及有机溶剂的用量比为8～12g：150～180g：1～2L。
最优选地，步骤(2)中复合材料、吸附材料以及有机溶剂的用量比为10g：160g：1.5L。
优选地，所述的吸附材料选自硅藻土和活性炭。
最优选地，所述的吸附材料由质量比2～4:1的硅藻土和活性炭组成。
发明人经进一步研究惊奇的发现：将复合材料同时与吸附材料硅藻土和活性炭复合得到的空气净化材料；其对甲醛的去除作用明显大于将复合材料仅仅与吸附材料硅藻土或吸附材料活性炭复合得到的空气净化材料。这说明，醋酸亚铁、醋酸铜和硫脲反应得到的复合材料并不是与任何吸附材料复合都具有优异的去除甲醛的作用的，只有将复合材料同时与硅藻土和活性炭复合得到的空气净化材料才具有优异的去除甲醛作用。
将复合材料同时与吸附材料硅藻土和活性炭复合得到的空气净化材料取得了进一步预料不到的去除甲醛的效果。
优选地，步骤(2)中搅拌6～8h。
进一步优选地，步骤(2)中所述的吸附材料在加入有机溶剂前进行如下处理：将吸附材料放入含有过硫酸钠和氯化钠的水溶液中浸泡8～24h；浸泡后取出，在120～140℃下焙烧1～3h；
所述的水溶液中过硫酸钠的浓度为50～100g/L；氯化钠的浓度为120～160g/L。
最优选地，所述的吸附材料由质量比2～4:1的硅藻土和活性炭组成。
发明人进一步研究表明，吸附材料在加入有机溶剂前，将吸附材料硅藻土和活性炭先放在含有过硫酸钠和氯化钠的水溶液中浸泡，接着进行煅烧处理；其与不进行该步骤处理的吸附材料硅藻土和活性炭相比，可以进一步提高空气净化材料的甲醛去除能力。
本发明还提供一种由上述制备方法制备得到的具有除甲醛作用的空气净化材料。
有益效果：本发明提供了一种全新的具有除甲醛作用的空气净化材料的制备方法；该方法首次将醋酸亚铁、醋酸铜和硫脲反应得到的复合材料与吸附材料(硅藻土和活性炭)复合制备得到的空气净化材料；研究表明，通过该方法将复合材料与吸附材料复合得到的空气净化材料，其具有优异的甲醛除去作用；其对甲醛的去除作用远远高于硅藻土和活性炭；取得了显著的技术进步；由于本发明空气净化材料具有优异的甲醛去除能力；因此，该空气净化材料还可以作为建筑材料的原料，用于制备具有去除甲醛作用的建筑材料。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。
实施例1具有除甲醛作用的空气净化材料的制备
(1)将醋酸亚铁、醋酸铜、硫脲以及无水乙醇加入到反应釜中，在150℃下反应12h后去除无水乙醇取固体产物得复合材料；
(2)将复合材料以及硅藻土和活性炭加入到无水乙醇中，搅拌8h后，去除无水乙醇取固体产物即得所述的具有除甲醛作用的空气净化材料；
步骤(1)中醋酸亚铁、醋酸铜、硫脲以及无水乙醇的用量比为17g：20g：15g：500mL；步骤(2)中复合材料、硅藻土、活性炭以及无水乙醇的用量比为10g：120g：40g：1.5L。
实施例2具有除甲醛作用的空气净化材料的制备
(1)将醋酸亚铁、醋酸铜、硫脲以及无水乙醇加入到反应釜中，在130℃下反应20h后去除无水乙醇取固体产物得复合材料；
(2)将复合材料以及硅藻土和活性炭加入到无水乙醇中，搅拌5h后，去除无水乙醇取固体产物即得所述的具有除甲醛作用的空气净化材料；
步骤(1)中醋酸亚铁、醋酸铜、硫脲以及无水乙醇的用量比为15g：22g：16g：600mL；步骤(2)中复合材料、硅藻土、活性炭以及无水乙醇的用量比为8g：100g：50g：1L。
实施例3具有除甲醛作用的空气净化材料的制备
(1)将醋酸亚铁、醋酸铜、硫脲以及无水乙醇加入到反应釜中，在180℃下反应10h后去除无水乙醇取固体产物得复合材料；
(2)将复合材料以及硅藻土和活性炭加入到无水乙醇中，搅拌10h后，去除无水乙醇取固体产物即得所述的具有除甲醛作用的空气净化材料；
步骤(1)中醋酸亚铁、醋酸铜、硫脲以及无水乙醇的用量比为20g：18g：13g：400mL；步骤(2)中复合材料、硅藻土、活性炭以及无水乙醇的用量比为10g：160g：40g：2L。
实施例4具有除甲醛作用的空气净化材料的制备
(1)将醋酸亚铁、醋酸铜、硫脲以及无水乙醇加入到反应釜中，在150℃下反应12h后去除无水乙醇取固体产物得复合材料；
(2)将复合材料以及硅藻土和活性炭加入到无水乙醇中，搅拌8h后，去除无水乙醇取固体产物即得所述的具有除甲醛作用的空气净化材料；
所述的硅藻土和活性炭在加入到无水乙醇中前进行如下处理：将硅藻土和活性炭放入含有60g/L过硫酸钠和140g/L氯化钠的水溶液中浸泡12h；浸泡后取出，在130℃下焙烧2h；
步骤(1)中醋酸亚铁、醋酸铜、硫脲以及无水乙醇的用量比为17g：20g：15g：500mL；步骤(2)中复合材料、硅藻土、活性炭以及无水乙醇的用量比为10g：120g：40g：1.5L。
对比例1具有除甲醛作用的空气净化材料的制备
(1)将醋酸亚铁、硫脲以及无水乙醇加入到反应釜中，在150℃下反应12h后去除无水乙醇取固体产物得复合材料；
(2)将复合材料以及硅藻土和活性炭加入到无水乙醇中，搅拌8h后，去除无水乙醇取固体产物即得所述的具有除甲醛作用的空气净化材料；
步骤(1)中醋酸亚铁、硫脲以及无水乙醇的用量比为37g：15g：500mL；步骤(2)中复合材料、硅藻土、活性炭以及无水乙醇的用量比为10g：120g：40g：1.5L。
对比例1与实施例1的区别在于，对比例1仅仅以醋酸亚铁和和硫脲反应制备复合材料；而实施例1则是同时以醋酸亚铁以及醋酸铜和硫脲反应制备复合材料。
对比例2具有除甲醛作用的空气净化材料的制备
(1)将醋酸铜、硫脲以及无水乙醇加入到反应釜中，在150℃下反应12h后去除无水乙醇取固体产物得复合材料；
(2)将复合材料以及硅藻土和活性炭加入到无水乙醇中，搅拌8h后，去除无水乙醇取固体产物即得所述的具有除甲醛作用的空气净化材料；
步骤(1)中醋酸铜、硫脲以及无水乙醇的用量比为37g：15g：500mL；步骤(2)中复合材料、硅藻土、活性炭以及无水乙醇的用量比为10g：120g：40g：1.5L。
对比例2与实施例1的区别在于，对比例2仅仅以醋酸铜和和硫脲反应制备复合材料；而实施例1则是同时以醋酸亚铁以及醋酸铜和硫脲反应制备复合材料。
对比例3具有除甲醛作用的空气净化材料的制备
(1)将醋酸亚铁、醋酸铜、硫脲以及无水乙醇加入到反应釜中，在150℃下反应12h后去除无水乙醇取固体产物得复合材料；
(2)将复合材料以及硅藻土加入到无水乙醇中，搅拌8h后，去除无水乙醇取固体产物即得所述的具有除甲醛作用的空气净化材料；
步骤(1)中醋酸亚铁、醋酸铜、硫脲以及无水乙醇的用量比为17g：20g：15g：500mL；步骤(2)中复合材料、硅藻土以及无水乙醇的用量比为10g：160g：1.5L。
对比例3与实施例1的区别在于，对比例3仅仅将复合材料与硅藻土进行复合制备具有除甲醛作用的空气净化材料；而实施例1则是将复合材料同时与硅藻土和活性炭进行复合制备具有除甲醛作用的空气净化材料。
对比例4具有除甲醛作用的空气净化材料的制备
(1)将醋酸亚铁、醋酸铜、硫脲以及无水乙醇加入到反应釜中，在150℃下反应12h后去除无水乙醇取固体产物得复合材料；
(2)将复合材料以及活性炭加入到无水乙醇中，搅拌8h后，去除无水乙醇取固体产物即得所述的具有除甲醛作用的空气净化材料；
步骤(1)中醋酸亚铁、醋酸铜、硫脲以及无水乙醇的用量比为17g：20g：15g：500mL；步骤(2)中复合材料、活性炭以及无水乙醇的用量比为10g：160g：1.5L。
对比例4与实施例1的区别在于，对比例4仅仅将复合材料与活性炭进行复合制备具有除甲醛作用的空气净化材料；而实施例1则是将复合材料同时与硅藻土和活性炭进行复合制备具有除甲醛作用的空气净化材料。
对比例5具有除甲醛作用的空气净化材料的制备
(1)将醋酸亚铁、醋酸铜、硫脲以及无水乙醇加入到反应釜中，在150℃下反应12h后去除无水乙醇取固体产物得复合材料；
(2)将复合材料以及硅藻土和活性炭加入到无水乙醇中，搅拌8h后，去除无水乙醇取固体产物即得所述的具有除甲醛作用的空气净化材料；
所述的硅藻土和活性炭在加入到无水乙醇中前进行如下处理：将硅藻土和活性炭放入含有60g/L过硫酸钠的水溶液中浸泡12h；浸泡后取出，在130℃下焙烧2h；
步骤(1)中醋酸亚铁、醋酸铜、硫脲以及无水乙醇的用量比为17g：20g：15g：500mL；步骤(2)中复合材料、硅藻土、活性炭以及无水乙醇的用量比为10g：120g：40g：1.5L。
对比例5和实施例4的区别在于，硅藻土和活性炭的前处理方法不同；对比例5仅仅将硅藻土和活性炭放入含有60g/L过硫酸钠的水溶液中浸泡；而实施例4则是将硅藻土和活性炭放入含有60g/L过硫酸钠和140g/L氯化钠的水溶液中浸泡。
实验例
制作一个长宽高分别为0.5m带通气管和排气管的可以密封的玻璃箱；取20g待测试的空气净化材料铺在玻璃箱的底部；同时在玻璃箱的底部放置一个甲醛测试仪用于测试玻璃箱中的甲醛浓度；接着将甲醛发生器产生的甲醛通过玻璃箱的通气管通入到玻璃箱中，使得玻璃箱中的起始甲醛浓度为1.0mg/m3时密闭玻璃箱；接着每隔2h记录每组测试材料实验玻璃箱中的甲醛浓度；连续测试6h；每种材料测试5次，实验结果取5次的平均值，实验结果见表1。
待测试的空气净化材料为实施例1～4以及对比例1～5制备得到的具有除甲醛作用的空气净化材料；同时取20g硅藻土和活性炭(质量比为3:1)组成的混合物作为对照。
表1.具有除甲醛作用的空气净化材料的甲醛的去除效果
Figure BDA0003127478420000071
Figure BDA0003127478420000081
从表1中2、4和6h的甲醛测试实验数据可以看出，实施例1～3制备得到的具有除甲醛作用的空气净化材料的甲醛去除能力远远高于由硅藻土和活性炭组成的常规材料的甲醛去除能力。这说明将复合材料与硅藻土和活性炭复合得到的空气净化材料与常规的吸附材料硅藻土和活性炭相比，可以大幅提高常规的吸附材料硅藻土和活性炭的甲醛去除能力，取得了显著的技术进步。
从表1中2、4和6h的甲醛测试实验数据可以看出，实施例4制备得到的具有除甲醛作用的空气净化材料在2、4、6h后其对甲醛的去除能力与实施例1相比，进步一得到了大幅的提高；尤其是在4h后，其甲醛浓度小于0.08mg/m3；这说明在制备具有除甲醛作用的空气净化材料过程中，将吸附材料硅藻土和活性炭经本发明所述的方法进行预处理(即将吸附材料硅藻土和活性炭先放在含有过硫酸钠和氯化钠的水溶液中浸泡，接着进行煅烧处理)；其与不采用本发明所述方法进行预处理的吸附材料硅藻土和活性炭相比，可以进一步大幅提高空气净化材料的甲醛去除能力。
从表1中2、4和6h的甲醛测试实验数据可以看出，对比例1～2制备得到的具有除甲醛作用的空气净化材料的甲醛去除能力明显小于实施例1；这说明：复合材料的制备对于能否制备得到具有优异的甲醛去除作用的空气净化材料起着决定性作用；只有同时以醋酸亚铁和醋酸铜与硫脲反应制备复合材料，再与吸附材料复合后制备得到的空气净化材料，才具有优异的甲醛去除作用；若仅仅以醋酸亚铁或醋酸铜与硫脲反应制备复合材料，再与吸附材料复合后制备得到的空气净化材料，其对甲醛的去除作用要显著地小于同时以醋酸亚铁和醋酸铜与硫脲反应制备复合材料，再与吸附材料复合后制备得到的空气净化材料。
从表1中2、4和6h的甲醛测试实验数据可以看出，对比例3～4制备得到的具有除甲醛作用的空气净化材料的甲醛去除能力明显小于实施例1；这说明：醋酸亚铁、醋酸铜和硫脲反应得到的复合材料并不是与任何吸附材料复合都具有优异的去除甲醛的作用的，只有将复合材料同时与硅藻土和活性炭复合得到的空气净化材料才具有优异的去除甲醛作用。复合材料仅仅与硅藻土或活性炭复合得到的空气净化材料，其对甲醛的去除作用要远远显著地小于将复合材料同时与硅藻土和活性炭复合得到的空气净化材料。
从表1中2、4和6h的甲醛测试实验数据可以看出，对比例5制备得到的具有除甲醛作用的空气净化材料的甲醛去除能力与实施例1相比，并没有得到大幅的提高；其对甲醛的去除能力也显著小于实施例4；这说明吸附材料硅藻土和活性炭的预处理方法中的浸泡溶液十分关键：只有将吸附材料硅藻土和活性炭先放在含有过硫酸钠和氯化钠的水溶液中浸泡，接着进行煅烧处理，才能进一步提高具有除甲醛作用的空气净化材料的甲醛去除能力；若只是将吸附材料硅藻土和活性炭放在只含有过硫酸钠的水溶液中浸泡，其并不能进一步显著提高具有除甲醛作用的空气净化材料的甲醛去除能力。

Claims (10)

1.一种具有除甲醛作用的空气净化材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
(1)将醋酸亚铁、醋酸铜、硫脲以及有机溶剂加入到反应釜中，在130～180℃下反应10～20h后取固体产物得复合材料；
(2)将复合材料以及吸附材料加入到有机溶剂中，搅拌5～10h后，取固体产物即得所述的具有除甲醛作用的空气净化材料。
2.根据权利要求1所述的具有除甲醛作用的空气净化材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中醋酸亚铁、醋酸铜、硫脲以及有机溶剂的用量比为15～20g：18～22g：13～16g：
400～600mL。
3.根据权利要求1所述的具有除甲醛作用的空气净化材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中醋酸亚铁、醋酸铜、硫脲以及有机溶剂的用量比为17g：20g：15g：500mL。
4.根据权利要求1所述的具有除甲醛作用的空气净化材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中在150℃下反应12h。
5.根据权利要求1所述的具有除甲醛作用的空气净化材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的有机溶剂为无水乙醇。
6.根据权利要求1所述的具有除甲醛作用的空气净化材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中复合材料、吸附材料以及有机溶剂的用量比为8～12g：100～200g：1～2L。
7.根据权利要求1所述的具有除甲醛作用的空气净化材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中复合材料、吸附材料以及有机溶剂的用量比为10g：160g：1.5L。
8.根据权利要求1所述的具有除甲醛作用的空气净化材料的制备方法，其特征在于，所述的吸附材料选自硅藻土和活性炭。
9.根据权利要求1所述的具有除甲醛作用的空气净化材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中搅拌6～8h。
10.根据权利要求1～9任一项所述的制备方法制备得到的具有除甲醛作用的空气净化材料。
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