CN114307626B

CN114307626B - 一种纳米光触媒甲醛清除剂及其制备方法

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Publication number: CN114307626B
Application number: CN202110277591.7A
Authority: CN
Inventors: 马善东
Original assignee: Suzhou Qingtai Environmental Technology Co ltd
Current assignee: Suzhou Qingtai Environmental Technology Co ltd
Priority date: 2021-03-15
Filing date: 2021-03-15
Publication date: 2023-04-07
Anticipated expiration: 2041-03-15
Also published as: CN114307626A

Abstract

本发明涉及清除剂术领域，具体涉及一种纳米光触媒甲醛清除剂及其制备方法。制备原料包括：纳米光触媒剂、分散剂、甲醛诱导剂、渗透剂、氧化石墨烯、去离子水，所述纳米光触媒剂包括纳米二氧化钛，除甲醛率高达90％以上，可以持续不断的吸附分解有害气体，达到净化空气的作用，从而保证长效。

Description

一种纳米光触媒甲醛清除剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及清除剂术领域，具体涉及一种纳米光触媒甲醛清除剂及其制备方法。

背景技术

甲醛是一种被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质，可经呼吸道吸收影响机体的免疫系统以及生物大分子作用等使机体发生损伤，具有强烈的致癌性和促癌变性，比如如果长期接触甲醛，可引起过敏性皮炎、色斑、支气管哮喘、白血病等。因此对于室内甲醛的防治，不仅要对装修材料提出高要求，还需对装修后室内空气进行持续的净化，使室内甲醛含量保持在正常范围之内。

传统光催化和物理吸附方法，可以在一定程度上降低室内甲醛的浓度，但物理吸附只是将甲醛从空气中转移到吸附材料中，并没有将甲醛分解，一旦吸附饱和反而会产生二次污染。而传统的光催化效率低使甲醛的分解不彻底，并且分解效果的持久性不够。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种纳米光触媒甲醛清除剂，制备原料包括：纳米光触媒剂、分散剂、甲醛诱导剂、渗透剂、氧化石墨烯、去离子水。

作为本发明一种优选的技术方案，所述制备原料按重量份计，包括纳米光触媒剂6-15份、分散剂3-8份、甲醛诱导剂5-10份、渗透剂3-5份、氧化石墨烯1-3份、去离子水1000份。

作为本发明一种优选的技术方案，所述纳米光触媒剂包括纳米二氧化钛、纳米二氧化锌、纳米二氧化硅中的至少一种。

作为本发明一种优选的技术方案，所述纳米二氧化钛为锐态型纳米二氧化钛和金红石型纳米二氧化钛的混合。

作为本发明一种优选的技术方案，所述锐态型纳米二氧化钛和金红石型纳米二氧化钛的的重量比为(5-10)：1。

作为本发明一种优选的技术方案，所述锐态型纳米二氧化钛的平均粒径为1-10nm。

作为本发明一种优选的技术方案，所述甲醛诱导剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵、柠檬酸、茶多酚中的至少一种。

作为本发明一种优选的技术方案，所述渗透剂为异构十三醇聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚中的至少一种。

作为本发明一种优选的技术方案，所述氧化石墨烯的片径为0.5-5μm。

本发明的第二个方面提供了所述纳米光触媒甲醛清除剂的制备方法，至少包括以下步骤：

S、将去离子水和分散剂倒入搅装置，进行搅拌混合，混合时间为30-40分钟，搅拌速度为1000-1200r/min；

S2、然后向溶液中加入纳米光触媒剂、氧化石墨烯，继续搅拌直至完全混合；

S3、最后向溶液中加入甲醛诱导剂、渗透剂，利用搅拌装置加热搅拌，加热温度控制在30-35℃，搅拌时间为2-3.5小时，搅拌速度控制在600-1200r/min，搅拌完成后冷却至室温既可制得。

有益效果：

本发明提供了一种纳米光触媒甲醛清除剂，除甲醛率高达90％以上，纳米光触媒包括纳米二氧化钛，其中，纳米二氧化钛选自锐态型纳米二氧化钛和金红石型纳米二氧化钛的混合，通过二者的协同作用，进一步提高了纳米光触媒分解甲醛的能力。此外，清除剂中含有的氧化石墨烯增加了活性氧离子，加强了氧化石墨烯负载二氧化钛对甲醛的降解效果。本发明提供的纳米光触媒甲醛清除剂不存在吸附后饱和问题，可以持续不断的吸附分解有害气体，达到净化空气的作用，从而保证长效。

具体实施方式

参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。

如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。

当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。

单数形式包括复数讨论对象，除非上下文中另外清楚地指明。“任选的”或者“任意一种”是指其后描述的事项或事件可以发生或不发生，而且该描述包括事件发生的情形和事件不发生的情形。

说明书和权利要求书中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体数量，还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。

在一些优选的实施方式中，所述制备原料按重量份计，包括纳米光触媒剂6-15份、分散剂3-8份、甲醛诱导剂5-10份、渗透剂3-5份、氧化石墨烯1-3份、去离子水1000份。

纳米光触媒剂

纳米光触媒在光照射下，价带电子被激发到导带，形成了电子和空穴，与吸附于其表面的O₂和H₂O作用，生成超氧化物阴离子自由基，O^2-和羟基自由基-OH，其自由基具有很强的氧化分解能力，能破坏有机物中的C-C键、C-H键、C-N键、C-O键、O-H键、N-H键，分解有机物为二氧化碳与水。从而将甲醛分解且除去。

在一些优选的实施方式中，所述纳米光触媒剂包括纳米二氧化钛、纳米二氧化锌、纳米二氧化硅中的至少一种。

在一些优选的实施方式中，所述纳米二氧化钛为锐态型纳米二氧化钛和金红石型纳米二氧化钛的混合。

在一些优选的实施方式中，所述锐态型纳米二氧化钛和金红石型纳米二氧化钛的重量比为(5-10)：1。

本发明人意外的发现，当所述纳米光触媒剂包括重量比为(5-10)：1的锐态型纳米二氧化钛和金红石型纳米二氧化钛的混合时，甲醛的去除率进一步提高，这可能是由于锐钛型二氧化钛在可见光短波部分的反射率比金红石型二氧化钛高，光催化活性比金红石型高，但金红石型二氧化钛晶型更趋向六面体,较锐钛型二氧化钛更容易分散，从而提高了锐钛型二氧化钛的均匀分散性，避免了纳米光触媒剂的团聚，从而提高了纳米光触媒的催化活性，进而提高了甲醛分解能力。

为了提高纳米光触媒剂的比表面积，增加光触媒产生的超氧化物阴离子自由基数量，在一些优选的实施方式中，所述锐态型纳米二氧化钛的平均粒径为1-10nm。

分散剂

在一些优选的实施方式中，分散剂选自纤维素乙酸酯、纤维素乙酸丁酸酯、甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇、十二烷基硫酸钠中的至少一种。

在一些优选的实施方式中，分散剂至少包括纤维素乙酸酯、纤维素乙酸丁酸酯、甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的至少一种，分散剂包括纤维素衍生物，可以提高光触媒和氧化石墨烯产生立体障碍的反作用力，从而有助于清除剂形成薄水膜，提高持久性。

甲醛诱导剂

甲醛诱导剂与甲醛等有机物之间可以互溶，从而提高甲醛活性，促进甲醛分解。

在一些优选的实施方式中，所述甲醛诱导剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵、柠檬酸、茶多酚中的至少一种。

在一些优选的实施方式中，所述甲醛诱导剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵和柠檬酸的混合，重量比为(1-3):1，柠檬酸具有酸化作用，可以加强甲醛等有害气体的活性，促进其分解，从而提高甲醛分解效率。

渗透剂

在一些优选的实施方式中，所述渗透剂为异构十三醇聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚中的至少一种。

氧化石墨烯

氧化石墨烯是石墨烯的氧化物，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯在水中具有优越的分散性。

本发明中，氧化石墨烯一方面能够提高吸附空气污染物能力，光触媒剂用于光催化分解富集于氧化石墨烯中的空气污染物，直至转化为无害物质，达到空气净化的目的。另外，氧化石墨烯增加了活性氧离子，加强了氧化石墨烯负载二氧化钛对甲醛的降解效果。二氧化钛做为一种催化剂本身不发生反应而被消耗，分解能力一直存在，因此该甲醛清除剂不存在吸附后饱和问题，可以持续不断的吸附分解有害气体，达到净化空气的作用，从而保证长效。在一些优选的实施方式中，所述氧化石墨烯的片径为0.5-5μm。

下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售的。

实施例

实施例1

实施例1提供了一种纳米光触媒甲醛清除剂，制备原料按重量份计，包括纳米光触媒剂10份、分散剂6份、甲醛诱导剂7份、渗透剂4份、氧化石墨烯2份、去离子水1000份。

所述纳米光触媒剂为锐态型纳米二氧化钛和金红石型纳米二氧化钛的混合，重量比为8：1；所述锐态型纳米二氧化钛的平均粒径为3-5nm，购自宁波极微纳新材料科技有限公司，型号为MZT-A1；所述金红石型纳米二氧化钛为纳米棒状，长轴50nm、短轴15nm，型号为MZT-R1。

所述分散剂为纤维素乙酸丁酸酯，购自山东旭晨化工科技有限公司，货号0273。

所述甲醛诱导剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵和柠檬酸的混合，重量比为2:1。

所述渗透剂为异构十三醇聚氧乙烯醚购自广东翁江化学试剂有限公司，货号为PB20418。

所述氧化石墨烯的片径为0.5-5μm，厚度为0.8-1.2nm；购自江苏先丰纳米材料科技有限公司，货号XF002-2。

实施例1还提供了一种纳米光触媒甲醛清除剂的制备方法，至少包括以下步骤：

S、按配方，将去离子水和分散剂倒入搅装置，进行搅拌混合，混合时间为35分钟，搅拌速度为1000r/min；

S3、最后向溶液中加入甲醛诱导剂、渗透剂，利用搅拌装置加热搅拌，加热温度控制在30℃，搅拌时间为3小时，搅拌速度控制在1000r/min，搅拌完成后冷却至室温既可制得。

实施例2

实施例2提供了一种纳米光触媒甲醛清除剂，制备原料按重量份计，包括纳米光触媒剂10份、分散剂6份、甲醛诱导剂7份、渗透剂4份、氧化石墨烯2份、去离子水1000份。

所述分散剂为甲基纤维素，购自成都万象宏润生物科技有限公司，货号4756。

所述渗透剂为月桂醇聚氧乙烯醚，购自临沂国力化工有限公司，货号LAE-9。

实施例2还提供了一种纳米光触媒甲醛清除剂的制备方法，至少包括以下步骤：

实施例3

实施例3提供了一种纳米光触媒甲醛清除剂，制备原料按重量份计，包括纳米光触媒剂10份、分散剂6份、甲醛诱导剂7份、渗透剂4份、氧化石墨烯2份、去离子水1000份。

实施例3还提供了一种纳米光触媒甲醛清除剂的制备方法，至少包括以下步骤：

实施例4

实施例4提供了一种纳米光触媒甲醛清除剂，制备原料按重量份计，包括纳米光触媒剂6份、分散剂6份、甲醛诱导剂7份、渗透剂4份、氧化石墨烯2份、去离子水1000份。

实施例4还提供了一种纳米光触媒甲醛清除剂的制备方法，至少包括以下步骤：

实施例5

实施例5提供了一种纳米光触媒甲醛清除剂，制备原料按重量份计，包括纳米光触媒剂15份、分散剂6份、甲醛诱导剂7份、渗透剂4份、氧化石墨烯2份、去离子水1000份。

实施例5还提供了一种纳米光触媒甲醛清除剂的制备方法，至少包括以下步骤：

实施例6

实施例6提供了一种纳米光触媒甲醛清除剂，制备原料按重量份计，包括纳米光触媒剂10份、分散剂6份、甲醛诱导剂7份、渗透剂4份、氧化石墨烯2份、去离子水1000份。

所述纳米光触媒剂为锐态型纳米二氧化钛和金红石型纳米二氧化钛的混合，重量比为5：1；所述锐态型纳米二氧化钛的平均粒径为3-5nm，购自宁波极微纳新材料科技有限公司，型号为MZT-A1；所述金红石型纳米二氧化钛为纳米棒状，长轴50nm、短轴15nm，型号为MZT-R1。

实施例6还提供了一种纳米光触媒甲醛清除剂的制备方法，至少包括以下步骤：

实施例7

实施例7提供了一种纳米光触媒甲醛清除剂，制备原料按重量份计，包括纳米光触媒剂10份、分散剂6份、甲醛诱导剂7份、渗透剂4份、氧化石墨烯2份、去离子水1000份。

所述纳米光触媒剂为锐态型纳米二氧化钛和金红石型纳米二氧化钛的混合，重量比为10：1；所述锐态型纳米二氧化钛的平均粒径为3-5nm，购自宁波极微纳新材料科技有限公司，型号为MZT-A1；所述金红石型纳米二氧化钛为纳米棒状，长轴50nm、短轴15nm，型号为MZT-R1。

实施例7还提供了一种纳米光触媒甲醛清除剂的制备方法，至少包括以下步骤：

对比例1

对比例1提供了一种纳米光触媒甲醛清除剂，制备原料按重量份计，包括纳米光触媒剂10份、分散剂6份、甲醛诱导剂7份、渗透剂4份、氧化石墨烯2份、去离子水1000份。

所述纳米光触媒剂为锐态型纳米二氧化钛，所述锐态型纳米二氧化钛的平均粒径为3-5nm，购自宁波极微纳新材料科技有限公司，型号为MZT-A1。

对比例1还提供了一种纳米光触媒甲醛清除剂的制备方法，至少包括以下步骤：

对比例2

对比例2提供了一种纳米光触媒甲醛清除剂，制备原料按重量份计，包括纳米光触媒剂10份、分散剂6份、甲醛诱导剂7份、渗透剂4份、氧化石墨烯2份、去离子水1000份。

所述纳米光触媒剂为锐态型纳米二氧化钛和金红石型纳米二氧化钛的混合，重量比为12：1；所述锐态型纳米二氧化钛的平均粒径为3-5nm，购自宁波极微纳新材料科技有限公司，型号为MZT-A1；所述金红石型纳米二氧化钛为纳米棒状，长轴50nm、短轴15nm，型号为MZT-R1。

对比例2还提供了一种纳米光触媒甲醛清除剂的制备方法，至少包括以下步骤：

对比例3

对比例3提供了一种纳米光触媒甲醛清除剂，制备原料按重量份计，包括纳米光触媒剂10份、分散剂6份、甲醛诱导剂7份、渗透剂4份、去离子水1000份。

对比例3还提供了一种纳米光触媒甲醛清除剂的制备方法，至少包括以下步骤：

S2、然后向溶液中加入纳米光触媒剂，继续搅拌直至完全混合；

性能测试

分别取实施例和对比例制备的纳米光触媒甲醛清除剂100mL均匀喷涂在3m²基纸上，自然晾干后放入1.5m³的试验舱内进行试验，其中甲醛的含量为1.14mg/m³，24h后检测实验舱内剩余甲醛含量，并计算甲醛去除率，测试结果如表1所示。

表1

前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明所述方法的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。在权利要求中所用的一些数值范围也包括了在其之内的子范围，这些范围中的变化也应在可能的情况下解释为被所附的权利要求覆盖。

Claims

1.一种纳米光触媒甲醛清除剂，其特征在于，制备原料按重量份计，包括纳米光触媒剂15份、分散剂6份、甲醛诱导剂7份、渗透剂4份、氧化石墨烯2份、去离子水1000份；

所述纳米光触媒剂为锐态型纳米二氧化钛和金红石型纳米二氧化钛的混合，重量比为8：1；

所述锐态型纳米二氧化钛的平均粒径为3-5nm；所述金红石型纳米二氧化钛为纳米棒状，长轴50nm、短轴15nm；

所述分散剂为纤维素乙酸丁酸酯；

所述甲醛诱导剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵和柠檬酸的混合，重量比为2:1；

所述渗透剂为异构十三醇聚氧乙烯醚；

所述氧化石墨烯的片径为0.5-5μm，厚度为0.8-1.2nm；

所述的纳米光触媒甲醛清除剂的制备方法，至少包括以下步骤：

S1、按配方，将去离子水和分散剂倒入搅拌装置，进行搅拌混合，混合时间为35分钟，搅拌速度为1000r/min；

S3、最后向溶液中加入甲醛诱导剂、渗透剂，利用搅拌装置加热搅拌，加热温度控制在30℃，搅拌时间为3小时，搅拌速度控制在1000r/min，搅拌完成后冷却至室温即可制得。