CN113529491A - 一种改性硅藻土吸附壁纸及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性硅藻土吸附壁纸及其制备方法，包括制备改性硅藻土、制备复合光催化剂以及制备改性硅藻土吸附壁纸3个步骤，常规的硅藻土催化剂的吸附效果是物理吸附，对空气中甲醛吸附力不够导致壁纸对甲醛吸附性能不佳，本发明对壁纸中的催化剂本身进行改性，从而增大化学吸附，并且激活吸附的分子以加速催化反应，在甲醛的化学吸附过程中，甲醛的反键和键合轨道依次与电子相互作用，并且引导电子进出路易斯碱的非键合轨道和路易斯酸的未占据轨道，从而产生协同化学吸附作用，使空气中的甲醛能更好的吸附在催化剂上。
Description
技术领域
本发明涉及硅藻土技术领域，具体涉及一种改性硅藻土吸附壁纸及其制备方法。
背景技术
无纺平印壁纸是以无纺纸为基材，经过多个印刷辊转印花型和颜色而形成的装饰材料，其含有甲醛成分，而甲醛对人体健康的影响主要表现在嗅觉异常、刺激、过敏、肺功能异常、免疫功能异常等方面，当浓度较高时，对粘膜、上呼吸道、眼睛和皮肤具有强烈刺激性，对神经系统、免疫系统、肝脏等产生毒害。
硅藻土是一种重要的非金属矿物材料，在矿物学上属于蛋白石结构，由古代硅藻遗体组成，其化学成分主要是SiO2，含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等有机质，其具有吸附能力强、比表面积大、孔隙率高、耐高温等优良性质，常作为隔层材料、表面涂料或载体材料应用于家装领域，硅藻土不仅具有良好的吸湿性能，还能够有效的吸附室内甲醛等有害气体。
专利文献CN201810077290公开了一种具有长效保温、调温的硅藻土壁纸及制备方法，本发明提供了一种具有长效保温、调温的硅藻土壁纸及制备方法，将硅藻土和相变材料加热搅拌，使相变材料润湿并包覆硅藻土，在超声环境下加大压力，冷却后出料得到硅藻土相变材料，加入甲基丙烯酸甲酯中，在引发剂和发泡剂作用下，辐射制得微孔复合相变材料，涂覆在两层聚氯乙烯薄膜之间，热压后制得硅藻土复合壁纸，该方法通过聚合物包覆复合相变材料并将其热压牢固固定在基材上，解决了相变材料的泄露的问题，硅藻土分散性好，调温、调湿能力好，保温效果持久，并且整个制备工艺过程简单，易操控，原料易得，生产成本低，可工业化推广生产，但是该发明中的硅藻土自身对空气中的甲醛吸附力不够强，所以造成壁纸对甲醛的吸附性能不佳。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种改性硅藻土吸附壁纸及其制备方法，解决常规硅藻土壁纸对甲醛吸附性能不佳的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种改性硅藻土吸附壁纸，以重量份计，包括如下组分的制备原料：改性硅藻土15-17份、复合光催化剂2.5-5份、胶黏剂25-35份、聚丙烯酸钠0.4-0.5份、消泡剂0.02-0.03份、羧甲基纤维素0.05-0.06份、海藻胶0.6-0.8份、邻苯二甲酸二辛酯0.04-0.05份、去离子水80-100份。
优选的，所述改性硅藻土的制备方法，包括如下步骤：将三聚氰胺与硅藻土置于氮气气氛中进行煅烧，即得到改性硅藻土。
优选的，三聚氰胺与硅藻土的质量比为50-70:100。
优选的，煅烧温度为400-800℃，煅烧时间为8-12h。
优选的，所述复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：将BiOCl、Zn(NO3)2、NaOH和聚乙二醇200加入到去离子水中，在搅拌状态下加入无水乙醇，分散均匀，然后进行水热反应，待反应结束后，将反应产物进行过滤、洗涤和真空干燥，即得到BiOCl-ZnO异质结复合光催化剂。
优选的，BiOCl、Zn(NO3)2、NaOH和聚乙二醇200的质量比为50:40-60:25-35:2-4。
优选的，水热反应温度为180-240℃，水热反应时间为6-24h。
本发明还提供一种改性硅藻土吸附壁纸的制备方法，包括如下制备步骤：将改性硅藻土、复合光催化剂、胶黏剂、聚丙烯酸钠、消泡剂、羧甲基纤维素、海藻胶以及邻苯二甲酸二辛酯加入到去离子水中，混合均匀，得到涂料，再将涂料加入到涂布机的涂料槽内，进行涂布工艺，即得到改性硅藻土吸附壁纸。
优选的，所述胶黏剂为VAE胶黏剂、2011-胶或PVA胶黏剂。
优选的，所述消泡剂为消泡剂SN-154或消泡剂1410。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明提供一种改性硅藻土吸附壁纸及其制备方法，三聚氰胺显负电，硅藻土显正电，在静电作用下，三聚氰胺吸附在硅藻土的孔壁中，二者在N2保护气下煅烧后，一部分C经煅烧变为CO2逸出，一部分C成了N掺杂的C层，于是在硅藻土的表面就形成了N掺杂的C层，构成了表面路易斯酸碱对，富电子的氮形成了路易斯碱位，缺电子的碳形成了路易斯酸位，牢牢地吸附住空气中的甲醛分子，吸附的甲醛分子被氧化成CO2和H2O，路易斯酸碱的催化位点又被重新暴露出来，进行下一轮的甲醛吸附-分解过程，解决了常规壁纸吸附甲醛性能不佳的问题。
(2)本发明提供一种改性硅藻土吸附壁纸及其制备方法，由水热合成的纳米花状ZnO具有高比表面积，因此其具有非常好的光催化性能，能够在硅藻土吸附甲醛与水之后，通过光照激发光生载流子与水反应生成具有强氧化性的羟基自由基与过氧自由基等活性物质，进而与甲醛反应，从而起到光催化降解甲醛的效果，同时ZnO与具有富氧空位的BiOCl复合，能够在ZnO与BiOCl的接触界面形成异质界面，并构成异质结，能够促进载流子的分离，表面氧空位增加，提高了催化剂的活性，强化了壁纸的光催化降解甲醛的性能。
(3)本发明提供一种改性硅藻土吸附壁纸及其制备方法，常规的硅藻土催化剂的吸附效果是物理吸附，对空气中甲醛吸附力不够导致壁纸对甲醛吸附性能不佳，本发明对壁纸中的催化剂本身进行改性，从而增大化学吸附，并且激活吸附的分子以加速催化反应，在甲醛的化学吸附过程中，甲醛的反键和键合轨道依次与电子相互作用，并且引导电子进出路易斯碱的非键合轨道和路易斯酸的未占据轨道，从而产生协同化学吸附作用，使空气中的甲醛能更好的吸附在催化剂上。
具体实施方式
以下通过具体较佳实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不仅限于以下的实施例。
需要说明的是，无特殊说明外，本发明中涉及到的化学试剂均通过商业渠道购买。
实施例1
一种改性硅藻土吸附壁纸的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备改性硅藻土：将10g三聚氰胺与20g硅藻土置于氮气气氛中，于马弗炉内在400℃下煅烧8h，在硅藻土的表面形成N掺杂的C层，即得到改性硅藻土；
(2)制备复合光催化剂：将5gBiOCl、4gZn(NO3)2、2.5gNaOH与0.2g聚乙二醇200加入至100g去离子水中，在搅拌状态下加入20g无水乙醇，超声分散20min，得到分散液，将分散液加入至聚四氟乙烯内衬中，于水热反应釜内，在190℃下进行水热反应7h，待反应结束后，将反应产物自然冷却、过滤、洗涤和真空干燥，即得到BiOCl-ZnO异质结复合光催化剂；
(3)制备改性硅藻土吸附壁纸：将15g改性硅藻土、2.5g复合光催化剂、25gVAE胶黏剂、0.4g聚丙烯酸钠、0.02g消泡剂SN-154、0.05g羧甲基纤维素、0.6g海藻胶以及0.04g邻苯二甲酸二辛酯加入到80g去离子水中，混合均匀，得到涂料，再将涂料加入至涂布机的涂料槽内，于A4纸上进行涂布工艺，涂布机参数设置为滚筒压力60N，刮刀压力30N，刮刀角度20°，涂布速度10m/min，涂布后红外加热35s，即得到改性硅藻土吸附壁纸。
实施例2
一种改性硅藻土吸附壁纸的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备改性硅藻土：将11g三聚氰胺与20g硅藻土置于氮气气氛中，于马弗炉内在500℃下煅烧10h，在硅藻土的表面形成N掺杂的C层，即得到改性硅藻土；
(2)制备复合光催化剂：将5gBiOCl、4.5gZn(NO3)2、2.8gNaOH与0.2g聚乙二醇200加入至100g去离子水中，在搅拌状态下加入20g无水乙醇，超声分散20min，得到分散液，将分散液加入至聚四氟乙烯内衬中，于水热反应釜内，在200℃下进行水热反应8h，待反应结束后，将反应产物自然冷却、过滤、洗涤和真空干燥，即得到BiOCl-ZnO异质结复合光催化剂；
(3)制备改性硅藻土吸附壁纸：将15g改性硅藻土、3g复合光催化剂、26gVAE胶黏剂、0.4g聚丙烯酸钠、0.02g消泡剂SN-154、0.05g羧甲基纤维素、0.6g海藻胶以及0.04g邻苯二甲酸二辛酯加入到100g去离子水中，混合均匀，得到涂料，再将涂料加入至涂布机的涂料槽内，于A4纸上进行涂布工艺，涂布机参数设置为滚筒压力60N，刮刀压力30N，刮刀角度20°，涂布速度10m/min，涂布后红外加热35s，即得到改性硅藻土吸附壁纸。
实施例3
一种改性硅藻土吸附壁纸的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备改性硅藻土：将12g三聚氰胺与20g硅藻土置于氮气气氛中，于马弗炉内在600℃下煅烧11h，在硅藻土的表面形成N掺杂的C层，即得到改性硅藻土；
(2)制备复合光催化剂：将5gBiOCl、5gZn(NO3)2、3gNaOH与0.3g聚乙二醇200加入至100g去离子水中，在搅拌状态下加入20g无水乙醇，超声分散20min，得到分散液，将分散液加入至聚四氟乙烯内衬中，于水热反应釜内，在200℃下进行水热反应12h，待反应结束后，将反应产物自然冷却、过滤、洗涤和真空干燥，即得到BiOCl-ZnO异质结复合光催化剂；
(3)制备改性硅藻土吸附壁纸：将15g改性硅藻土、3.5g复合光催化剂、28gVAE胶黏剂、0.4g聚丙烯酸钠、0.02g消泡剂SN-154、0.05g羧甲基纤维素、0.6g海藻胶以及0.04g邻苯二甲酸二辛酯加入到100g去离子水中，混合均匀，得到涂料，再将涂料加入至涂布机的涂料槽内，于A4纸上进行涂布工艺，涂布机参数设置为滚筒压力60N，刮刀压力30N，刮刀角度20°，涂布速度10m/min，涂布后红外加热35s，即得到改性硅藻土吸附壁纸。
实施例4
一种改性硅藻土吸附壁纸的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备改性硅藻土：将12g三聚氰胺与20g硅藻土置于氮气气氛中，于马弗炉内在600℃下煅烧11h，在硅藻土的表面形成N掺杂的C层，即得到改性硅藻土；
(2)制备复合光催化剂：将5gBiOCl、5gZn(NO3)2、3gNaOH与0.3g聚乙二醇200加入至100g去离子水中，在搅拌状态下加入20g无水乙醇，超声分散20min，得到分散液，将分散液加入至聚四氟乙烯内衬中，于水热反应釜内，在200℃下进行水热反应12h，待反应结束后，将反应产物自然冷却、过滤、洗涤和真空干燥，即得到BiOCl-ZnO异质结复合光催化剂；
(3)制备改性硅藻土吸附壁纸：将15g改性硅藻土、3.5g复合光催化剂、28gVAE胶黏剂、0.4g聚丙烯酸钠、0.02g消泡剂SN-154、0.05g羧甲基纤维素、0.6g海藻胶以及0.04g邻苯二甲酸二辛酯加入到100g去离子水中，混合均匀，得到涂料，再将涂料加入至涂布机的涂料槽内，于A4纸上进行涂布工艺，涂布机参数设置为滚筒压力60N，刮刀压力30N，刮刀角度20°，涂布速度10m/min，涂布后红外加热35s，即得到改性硅藻土吸附壁纸。
对比例1
一种硅藻土吸附壁纸的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备复合光催化剂：将5gBiOCl、5gZn(NO3)2、3gNaOH与0.3g聚乙二醇200加入至100g去离子水中，在搅拌状态下加入20g无水乙醇，超声分散20min，得到分散液，将分散液加入至聚四氟乙烯内衬中，于水热反应釜内，在200℃下进行水热反应12h，待反应结束后，将反应产物自然冷却、过滤、洗涤和真空干燥，即得到BiOCl-ZnO异质结复合光催化剂；
(2)制备硅藻土吸附壁纸：将15g硅藻土、3.5g复合光催化剂、28gVAE胶黏剂、0.4g聚丙烯酸钠、0.02g消泡剂SN-154、0.05g羧甲基纤维素、0.6g海藻胶以及0.04g邻苯二甲酸二辛酯加入到100g去离子水中，混合均匀，得到涂料，再将涂料加入至涂布机的涂料槽内，于A4纸上进行涂布工艺，涂布机参数设置为滚筒压力60N，刮刀压力30N，刮刀角度20°，涂布速度10m/min，涂布后红外加热35s，即得到硅藻土吸附壁纸。
对比例2
一种改性硅藻土吸附壁纸的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备改性硅藻土：将20g硅藻土置于氮气气氛中，于马弗炉内在600℃下煅烧11h，在硅藻土的表面形成C层，即得到改性硅藻土；
(2)制备复合光催化剂：将5gBiOCl、5gZn(NO3)2、3gNaOH与0.3g聚乙二醇200加入至100g去离子水中，在搅拌状态下加入20g无水乙醇，超声分散20min，得到分散液，将分散液加入至聚四氟乙烯内衬中，于水热反应釜内，在200℃下进行水热反应12h，待反应结束后，将反应产物自然冷却、过滤、洗涤和真空干燥，即得到BiOCl-ZnO异质结复合光催化剂；
(3)制备改性硅藻土吸附壁纸：将15g改性硅藻土、3.5g复合光催化剂、28gVAE胶黏剂、0.4g聚丙烯酸钠、0.02g消泡剂SN-154、0.05g羧甲基纤维素、0.6g海藻胶以及0.04g邻苯二甲酸二辛酯加入到100g去离子水中，混合均匀，得到涂料，再将涂料加入至涂布机的涂料槽内，于A4纸上进行涂布工艺，涂布机参数设置为滚筒压力60N，刮刀压力30N，刮刀角度20°，涂布速度10m/min，涂布后红外加热35s，即得到改性硅藻土吸附壁纸。
将实施例1-4和对比例1-2所制备的吸附壁纸进行甲醛吸附实验，具体实验步骤如下：将实施例1-4和对比例1-2所制备的吸附壁纸贴于边长为500mm的正方体玻璃箱的三面，留一面朝阳面不贴壁纸，并于玻璃箱内放置相同的甲醛释放源与甲醛测定仪，使用TP1000无纸记录仪记录甲醛浓度，记录间隔1h，试验周期5d，分别取最高与最低浓度，实验结果如下表所示：
从表中可以看出，本实施例所制备的吸附壁纸对甲醛具有良好的吸附效果，对比例1中没有对硅藻土进行改性，其对甲醛的吸附能力明显降低，对比例2中在硅藻土的表面形成C层，没有进行N掺杂，在硅藻土的表面没有构成路易斯酸碱对，其对甲醛的吸附效果比对比例1好，但比本实施例差。
最后需要说明的是：以上实施例不以任何形式限制本发明。对本领域技术人员来说，在本发明基础上，可以对其作一些修改和改进。因此，凡在不偏离本发明精神的基础上所做的任何修改或改进，均属于本发明要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种改性硅藻土吸附壁纸，其特征在于，以重量份计，包括如下组分的制备原料：改性硅藻土15-17份、复合光催化剂2.5-5份、胶黏剂25-35份、聚丙烯酸钠0.4-0.5份、消泡剂0.02-0.03份、羧甲基纤维素0.05-0.06份、海藻胶0.6-0.8份、邻苯二甲酸二辛酯0.04-0.05份、去离子水80-100份。
2.根据权利要求1所述的改性硅藻土吸附壁纸，其特征在于，所述改性硅藻土的制备方法，包括如下步骤：将三聚氰胺与硅藻土置于氮气气氛中进行煅烧，即得到改性硅藻土。
3.根据权利要求2所述的改性硅藻土吸附壁纸，其特征在于，三聚氰胺与硅藻土的质量比为50-70:100。
4.根据权利要求2所述的改性硅藻土吸附壁纸，其特征在于，煅烧温度为400-800℃，煅烧时间为8-12h。
5.根据权利要求1所述的改性硅藻土吸附壁纸，其特征在于，所述复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：将BiOCl、Zn(NO3)2、NaOH和聚乙二醇200加入到去离子水中，在搅拌状态下加入无水乙醇，分散均匀，然后进行水热反应，待反应结束后，将反应产物进行过滤、洗涤和真空干燥，即得到BiOCl-ZnO异质结复合光催化剂。
6.根据权利要求5所述的改性硅藻土吸附壁纸，其特征在于，BiOCl、Zn(NO3)2、NaOH和聚乙二醇200的质量比为50:40-60:25-35:2-4。
7.根据权利要求5所述的改性硅藻土吸附壁纸，其特征在于，水热反应温度为180-240℃，水热反应时间为6-24h。
8.一种如权利要求1-7任一项所述改性硅藻土吸附壁纸的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：将改性硅藻土、复合光催化剂、胶黏剂、聚丙烯酸钠、消泡剂、羧甲基纤维素、海藻胶以及邻苯二甲酸二辛酯加入到去离子水中，混合均匀，得到涂料，再将涂料加入到涂布机的涂料槽内，进行涂布工艺，即得到改性硅藻土吸附壁纸。
9.根据权利要求8所述的改性硅藻土吸附壁纸的制备方法，其特征在于，所述胶黏剂为VAE胶黏剂、2011-胶或PVA胶黏剂。
10.根据权利要求8所述的改性硅藻土吸附壁纸的制备方法，其特征在于，所述消泡剂为消泡剂SN-154或消泡剂1410。
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