CN114771140A

CN114771140A - 一种掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕及其制备方法

Info

Publication number: CN114771140A
Application number: CN202210264817.4A
Authority: CN
Inventors: 汪远昊; 兰天; 龙江
Original assignee: Jiangxi Changhao Industrial Co ltd; Shangraochanghao Glass Co ltd
Current assignee: Jiangxi Changhao Industrial Co ltd; Shangraochanghao Glass Co ltd
Priority date: 2022-03-17
Filing date: 2022-03-17
Publication date: 2022-07-22

Abstract

本方案公开了一种掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕及其制备方法，该方法包括如下步骤：制备生物炭材料；制备负载二氧化钛的长余辉材料；将生物炭材料，负载二氧化钛的长余辉材料加入到超纯水中，并加入第三有机粘合剂混合搅拌均匀，研磨，加热，冷却获得块状成型的掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕。该木雕不仅能有效避免室内污染物对人体造成危害问题，又可以充当装饰品，给人们带来心理和生理上的健康。

Description

一种掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕及其制备方法

技术领域

本发明涉及发光材料领域，特征涉及一种掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕及其制备方法。

背景技术

长余辉发光材料是一种光致发光材料，其在高能射线、可见光等激发下可以产生荧光，长余辉发光材料在激发光停止照射后物质仍能够持续发光。长余辉发光材料不含有毒重金属元素，可以在检测和成像前激发，在“免激发”条件下实现生物传感和成像，因而有效避免了原位激发产生的背景干扰，并且其荧光发射在激发停止后会持续数分钟至数小时，这使得长余辉发光功能材料在应急指示、夜间交通标志显示、低亮度照明、仪表夜显、夜光艺术品等方面有着巨大的应用。

随着人们对室内环境的空气污染程度日益重视，绿色建筑等一系列低碳建筑被人们重视起来，目前市场上的活性炭材料使用一段时间之后会达到饱和，失去其效果，脱附又会对环境造成二次污染。所以目前市场上的净化空气的活性炭不能长时间有效地净化空气。

发明内容

本方案的一个目的在于提供一种掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕制备方法，该方法制备的木雕不仅能有效避免室内污染物对人体造成危害问题，又可以充当装饰品，给人们带来心理和生理上的健康。

本方案的另一个目的在于提供一种掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕。

为达到上述目的，本方案如下：

一种掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕制备方法，该方法包括如下步骤：

制备生物炭材料；

制备负载二氧化钛的长余辉材料；

将生物炭材料，负载二氧化钛的长余辉材料加入到超纯水中，并加入第三有机粘合剂混合搅拌均匀，研磨，加热，冷却获得块状成型的掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕。

优选的，制备生物炭材料包括将经预处理获得的小麦秸秆粉末与酸溶液混合，混合物经加热后冷却，冷却后与碱溶液混合后烘干，烘干后的混合物在通氮的条件下炭化预定时长获得生物炭材料。

优选的，所述酸溶液为质量百分比浓度为5％的柠檬酸溶液，所述碱溶液为质量百分比浓度为10％～20％的氢氧化钾溶液。

优选的，通氮条件下的炭化温度为850～950℃，炭化时长为1.5～2.5h。

优选的，制备负载二氧化钛的长余辉材料包括：

将硅酸盐基长余辉蓝色发光粉体、第一有机粘合剂、敏化剂以及助溶剂混合，混合后在无氧条件下及1150～1250℃温度下反应3.5～4.5h获反应产物，随炉冷却；

将反应产物粉碎后与纳米二氧化钛，第二有机粘合剂混合均匀获得负载二氧化钛的长余辉材料。

优选的，制备负载二氧化钛的长余辉材料的各原料的重量份为5～35份的硅酸盐基长余辉蓝色发光材料，1～3份的第一有机粘合剂，1～4份的敏化剂，20～50份的助溶剂，15～35份的纳米二氧化钛，0.5～2份的第二有机粘合剂。

优选的，所述硅酸盐基长余辉蓝色发光粉体为CaAl₂O₄:Eu²⁺，粉体粒径大小为80～200μm。

优选的，所述第一有机粘合剂和第二有机粘合剂为2-羟基乙基甲基丙烯酸酯；所述敏化剂为2,5'-二溴-2'-羟基苯乙酮；所述助溶剂为乙二醇丁醚；所述纳米二氧化钛的粒径为20nm～25nm。

优选的，所述第三有机粘合剂与所述生物炭材料的质量比为1:5～1:3；所述负载二氧化钛的长余辉材料与所述生物炭材料的质量比为1:10～1:5；所述第三有机粘合剂为2-羟基乙基甲基丙烯酸酯。

第二方面，提供一种掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕，所述掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕由上述各项所述制备方法制备得到。

本方案的有益效果如下：

1.本方法制备的掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕可以延长长余辉材料的发光时间，余辉时间达到8小时。

2.在长余辉材料发光的基础上，增加了材料的自清洁功能，在无光照情况下，通过长余辉材料的自余辉也可以保持二氧化钛光催化的特性。

附图说明

为了更清楚地说明本方案的实施，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本方案的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1制得的生物炭的SEM图。

具体实施方式

下面对本方案的实施方式作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅是本方案的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本方案中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备，不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

对于目前市场上的活性炭材料在使用一段时间之后达到饱和，失去吸附污染气体的效果，脱附又会对环境造成二次污染。本申请的发明人提出了一种既可美化环境，又能起到净化作用的木雕。通过在长余辉材料上负载二氧化钛，再把生物炭均匀掺杂在长余辉材料中，起到吸附室内有机污染气体的作用。二氧化钛有光催化的作用，并且无毒无害，因此吸附在生物炭孔径内的有机污染气体在二氧化钛的催化作用下经过阳光照射降解为无毒无害的二氧化碳和水。二氧化碳和水又可以从生物炭的孔径中释放出来，这样就达到无限净化的目的。

本方案制备的长余辉木雕既可以充当装饰品，又可以长时间净化室内空气，其应用前景广泛，造价低，适用性广，无需复杂操作，只需要静置就可以无休止地净化室内污染。

为实现上述目的，发明人提出一种掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕的制备方法，该方法包括以下步骤：

1.制备生物炭材料

将小麦秸秆60℃烘干12h至恒重，粉碎，过60目筛成粉末，在水热釜中将小麦秆粉末与水混合，混合物中小麦秆粉末的质量百分比浓度为10％～20％；再取质量百分比浓度为5％的柠檬酸溶液加入水热釜中混合，柠檬酸的纯度为99％，将水热釜中的混合物放入马弗炉加热至220℃，加热时间设置为5h，冷却至室温后取出，向取出物中加入质量百分比浓度为10％～20％的氢氧化钾溶液，氢氧化钾溶液的纯度为98％，混合均匀之后静置24h，再放入烘箱烘干5h，烘干温度为105℃；烘干之后取出混合物，盛入刚玉舟内，管式炉通氮，设置温度900℃，炭化时长2h；冷却至室温取出，用过量稀盐酸冲洗抽滤，再用超纯水洗涤至中性，烘干至恒重即得生物炭材料。经测定，制得的生物炭材料的比表面积在1000m²2g～1200m²2g，吸附性能显著。

2.制备负载二氧化钛的长余辉材料

将硅酸盐基长余辉蓝色发光粉体、第一有机粘合剂、敏化剂以及助溶剂混合，将各原料混合后在无氧及1200℃的温度下反应4h，随炉冷却，将冷却后的产物粉碎，粉碎产物与纳米二氧化钛和第二有机粘合剂混合均匀，制得负载二氧化钛的长余辉材料。

在本步骤中，使用的各原料的重量份为，5～35份的硅酸盐基长余辉蓝色发光材料，1～3份的第一有机粘合剂，1～4份的敏化剂，20～50份的助溶剂，15～35份的纳米二氧化钛，0.5～2份的第二有机粘合剂。

在一个实施例中，硅酸盐基长余辉蓝色发光粉体为CaAl₂O₄:Eu²⁺，粉体粒径大小为80-200μm。

在一个实施例中，第一有机粘合剂和第二有机粘合剂皆为2-羟基乙基甲基丙烯酸酯，纯度97％。

在一个实施例中，敏化剂为2,5'-二溴-2'-羟基苯乙酮，纯度97％。

在一个实施例中，助溶剂为乙二醇丁醚，纯度99％以上。

3.制备掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕

将制得的生物炭材料和负载二氧化钛的长余辉材料加入超纯水中，并加入第三有机粘合剂，搅拌均匀放入球磨机中，研磨均匀，在马弗炉中加热至200℃，保温时长2h；

冷却至室温之后取出，块状成型的产物即为制得的掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕。在一个实施例中，第三有机粘合剂为2-羟基乙基甲基丙烯酸酯，纯度97％，所述第三有机粘合剂的质量与生物炭材料的质量比为1:5～1:3。

在另一个实施例中，负载二氧化钛的长余辉材料的质量与生物炭材料的质量比为1:10～1:5。

下面，通过具体的实施例对本方法进行说明。

实施例1

1.将小麦秸秆60℃烘干12h至恒重，粉碎，过60目筛成粉末，在水热釜中将小麦秆粉末与水混合，混合物中小麦秆粉末的质量百分比浓度为10％，取质量百分比浓度为5％的柠檬酸溶液加入水热釜中混合，柠檬酸的纯度为99％，将水热釜中的混合物放入马弗炉加热至220℃，加热时间设置为5h，冷却至室温后取出，向取出物中加入质量百分比浓度为10％的氢氧化钾溶液，氢氧化钾溶液的纯度为98％，混合均匀之后静置24h，再放入烘箱烘干5h，温度105℃；烘干之后取出混合物，盛入刚玉舟内，管式炉通氮，设置温度900℃，炭化时长2h；然后冷却至室温取出，用过量稀盐酸冲洗抽滤，再用超纯水洗涤至中性，烘干至恒重即得生物炭材料，制得的生物炭材料的SEM图如图1所示。

2.将硅酸盐基长余辉蓝色发光粉体、第一有机粘合剂、敏化剂以及助溶剂混合，将各原料混合均匀,倒入与助溶剂用量相同的水，溶解完全之后放入高温炉中，在无氧及1200℃的温度下反应4h，随炉冷却，将冷却后的产物粉碎，粉碎产物与纳米二氧化钛和第二有机粘合剂混合均匀，制得负载二氧化钛的长余辉材料。

在本步骤中，各原料的重量份为硅酸盐基长余辉蓝色发光粉体30份，第一有机粘合剂1份，敏化剂2份，助溶剂40份，纳米二氧化钛27份，第二有机粘合剂2份。

3.将制得的生物炭材料与制得的负载二氧化钛的长余辉材料加入超纯水，并加入第三有机粘合剂，搅拌均匀放入球磨机中，研磨均匀，在马弗炉中加热至200℃，保温时长2h；

冷却至室温之后取出，块状成型的产物即为制得的掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕；

本步骤中，各物质的质量比为：

第三有机粘合剂:负载二氧化钛的长余辉发光材料:生物炭材料＝1:1:5。

本实施例中的第一有机粘合剂，第二有机粘合剂，第三有机粘合剂皆为2-羟基乙基甲基丙烯酸酯。

实施例2

本实施例的技术方案与实施例1基本相同，本实施例与实施例1中的不同之处在于制备负载二氧化钛的长余辉材料步骤中各原料的用量。本实施例中制备负载二氧化钛的长余辉材料的各原料用量如表1所示。

表1

组分名称	组分用量
		CaAl<sub>2</sub>O<sub>4</sub>:Eu<sup>2+</sup>	30份
2-羟基乙基甲基丙烯酸酯(第一有机粘合剂)	2份
		2,5'-二溴-2'-羟基苯乙酮	2份
乙二醇丁醚	35份
		纳米二氧化钛	30份
2-羟基乙基甲基丙烯酸酯(第二有机粘合剂)	1份

实施例3

本实施例的技术方案与实施例1基本相同，本实施例与实施例1中的不同之处在于制备负载二氧化钛的长余辉材料步骤中各原料的用量。本实施例中制备负载二氧化钛的长余辉材料的各原料用量如表2所示。

表2

组分名称	组分用量
		CaAl<sub>2</sub>O<sub>4</sub>:Eu<sup>2+</sup>	35份
2-羟基乙基甲基丙烯酸酯(第一有机粘合剂)	2份
		2,5'-二溴-2'-羟基苯乙酮	2份
乙二醇丁醚	45份
		纳米二氧化钛	15份
2-羟基乙基甲基丙烯酸酯(第二有机粘合剂)	1份

效果例1

在3个100L容积的密闭暗箱中，分别放入3分等量的实施例1中制备的掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕，在相同光照相同湿度下，检测其对甲醛的净化效率。密闭玻璃箱中放置风扇，保证空气流通，注入一定量的甲醛气体，在24h，36h时测试甲醛的去除率。其中a无光照预处理，放入暗箱；b木雕在高压汞灯下光照预处理2h，放入暗箱；c接受光照36h。表3中为实施例1中制备的掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕在不同条件下对甲醛的净化结果。

表3

样品	甲醛去除率24h	甲醛去除率36h
			a	19.8％	25.6％
b	45.5％	58.6％
			c	58.5％	72.2％

效果例2

在3个100L容积的密闭暗箱中，分别放入3分等量的实施例2中制备的掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕，在相同光照相同湿度下，检测其对甲醛的净化效率。密闭玻璃箱中放置风扇，保证空气流通，注入一定量的甲醛气体，在24h，36h时测试甲醛的去除率。其中a无光照预处理，放入暗箱；b木雕在高压汞灯下光照预处理2h，放入暗箱；c接受光照36h。表4中为实施例2中制备的掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕在不同条件下对甲醛的净化结果。

表4

样品	甲醛去除率24h	甲醛去除率36h
			a	17.5％	22.6％
b	48.2％	59.6％
			c	60.2％	75.2％

效果例3

在3个100L容积的密闭暗箱中，分别放入3分等量的实施例3中制备的掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕，在相同光照相同湿度下，检测其对甲醛的净化效率。密闭玻璃箱中放置风扇，保证空气流通，注入一定量的甲醛气体，在24h，36h时测试甲醛的去除率。其中a无光照预处理，放入暗箱；b木雕在高压汞灯下光照预处理2h，放入暗箱；c接受光照36h。表5中为实施例3中制备的掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕在不同条件下对甲醛的净化结果。

表5

从效果例1至3可以看出本方法制备的掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕在不同条件下，对室内甲醛具有净化的作用。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

制备生物炭材料；

制备负载二氧化钛的长余辉材料；

2.根据权利要求1所述的掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕制备方法，其特征在于，制备生物炭材料包括将经预处理获得的小麦秸秆粉末与酸溶液混合，混合物经加热后冷却，冷却后与碱溶液混合后烘干，烘干后的混合物在通氮的条件下炭化预定时长获得生物炭材料。

3.根据权利要求2所述的掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕制备方法，其特征在于，所述酸溶液为质量百分比浓度为5％的柠檬酸溶液，所述碱溶液为质量百分比浓度为10％～20％的氢氧化钾溶液。

4.根据权利要求2所述的掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕制备方法，其特征在于，通氮条件下的炭化温度为850～950℃，炭化时长为1.5～2.5h。

5.根据权利要求1所述的掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕制备方法，其特征在于，制备负载二氧化钛的长余辉材料包括：

6.根据权利要求5所述的掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕制备方法，其特征在于，制备负载二氧化钛的长余辉材料的各原料的重量份为5～35份的硅酸盐基长余辉蓝色发光材料，1～3份的第一有机粘合剂，1～4份的敏化剂，20～50份的助溶剂，15～35份的纳米二氧化钛，0.5～2份的第二有机粘合剂。

7.根据权利要求5所述的掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕制备方法，其特征在于，所述硅酸盐基长余辉蓝色发光粉体为CaAl₂O₄:Eu²⁺，粉体粒径大小为80～200μm。

8.根据权利要求5所述的掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕制备方法，其特征在于，所述第一有机粘合剂和第二有机粘合剂为2-羟基乙基甲基丙烯酸酯；所述敏化剂为2,5'-二溴-2'-羟基苯乙酮；所述助溶剂为乙二醇丁醚；所述纳米二氧化钛的粒径为20nm～25nm。

9.根据权利要求1所述的掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕制备方法，其特征在于，所述第三有机粘合剂与所述生物炭材料的质量比为1:5～1:3；所述负载二氧化钛的长余辉材料与所述生物炭材料的质量比为1:10～1:5；所述第三有机粘合剂为2-羟基乙基甲基丙烯酸酯。

10.一种掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕，其特征在于，所述掺杂二氧化钛的生物炭长余辉木雕由上述权利要求1至9任一项所述制备方法制备得到。