CN115073065A - 一种基于天然矿物复合的甲醛净化材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于天然矿物复合的甲醛净化材料及其制备方法。该甲醛净化材料按重量份计由如下成分制成：80‑100份氧化锰矿石、20‑50份硅藻土、5‑10份粘合剂，水40‑60份；其中，各固体组分的细度要求全部小于60目；氧化锰矿石中锰品位≥28％，粉末细度‑200目≥60％；硅藻土细度‑200目≥60％；粘合剂的粉末细度‑200目≥60％。其制备方法包括如下步骤：(1)按配比将氧化锰矿石粉末、硅藻土以及粘合剂混合搅拌均匀，加入水挤压成团；(2)将挤压成团的混合物放入造粒机中，挤压造粒；(3)脱水处理。本发明的甲醛净化材料兼顾了吸附所需的大比表面积和催化分解所需的催化剂的要求，具有快速吸附、持续分解甲醛的作用。

Description

一种基于天然矿物复合的甲醛净化材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及空气净化技术领域，具体涉及一种基于天然矿物复合的甲醛净化材料及其制备方法。
背景技术
甲醛是主要的室内污染物之一，属于一类致癌物质。甲醛的净化是保证室内健康环境的重要措施。相较于可能产生二次污染的甲醛消除方法(如活性炭等吸附材料)，常温催化氧化消除室内甲醛被认为是最具有前景的甲醛消除技术。锰氧化物具有较高的氧化还原性能，因其具有资源丰富、高活性以及低毒性等特点而被广泛应用于甲醛的净化中。
目前绝大部分的锰基甲醛净化材料多采用化学方法合成，大多生产效率较低、成本较高。因此，研制天然环保、经济、无二次污染的甲醛净化材料具有重要意义。
专利文献CN112774650A公开了甲醛净化材料制剂、制备方法及应用。甲醛净化材料制剂呈颗粒状，每个颗粒由甲醛净化材料和粘接剂构成，所述甲醛净化材料包括甲醛分解催化剂，所述甲醛分解催化剂主要由δ晶型的MnO2纳米片形成的亚微米-微米级花球状颗粒所构成。其中，δ晶型的MnO2由高锰酸钾、硫酸锰和水构成的反应液制备而成。其制备工序较为复杂，且对制备MnO2所用原料有纯度要求，成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于天然矿物复合的甲醛净化材料，以解决现有技术中甲醛净化材料生产工序复杂、成本高，以及直接使用天然矿物粉末容易起尘的问题。
本发明的另一目的在于提供一种所述基于天然矿物复合的甲醛净化材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于天然矿物复合的甲醛净化材料，按重量份计，由如下成分制成：80-100份氧化锰矿石、20-50份硅藻土、5-10份粘合剂，水40-60份；其中，各固体组分的细度要求全部小于60目；氧化锰矿石中锰品位≥28％，粉末细度-200目≥60％；硅藻土细度-200目≥60％；粘合剂的粉末细度-200目≥60％。
优选地，本发明中氧化锰矿石中锰品位为28％-54％，粉末细度为-200目占60-95％；硅藻土细度为-200目占60-90％；粘合剂细度为-200目占60-90％。所述粘合剂为淀粉、改性淀粉、高岭土、蒙脱石、沸石中一种或多种混合而成，优选为改性淀粉。
本发明在常规粘合造粒的基础上，选用氧化锰矿石，并加入硅藻土等多孔矿物，增加材料比表面积和透气性，增大甲醛可催化分解的活性位点；通过控制多孔矿物和氧化锰矿石的比例，调节材料的甲醛去除性能。
氧化锰矿石使用的锰品位≥28％，其中氧化锰矿石中的硅酸盐矿物较少，具有催化分解作用的锰氧化矿物含量高，是该方法制备的甲醛净化材料具备较强甲醛催化分解作用的有效保障。
各组分的细度要求全部小于60目，且细度小于200目的含量≥60％。当粒度大于60目时，矿物粉末粒度较粗，比表面积小，粘合效果较差，极大的影响甲醛的吸附分解以及材料的造粒效果。
使用淀粉等粘合剂对活性炭、活性锰等甲醛吸附、分解材料进行塑形是比较常用的造粒方法。采用氧化锰矿石作为原材料，利用了材料本身的矿物结构和含量，在有效发挥催化分解作用的同时避免了合成纯矿物所需高制作成本的缺陷。
在本发明的甲醛净化材料中，硅藻土等多孔矿物的加入及其比例是影响所得产品性能的关键因素。硅藻土等多孔矿物，矿物孔道大，比表面积大，这些矿物的加入，可以增加对甲醛的吸附作用，并通过增加锰氧化物与甲醛的接触面积，来促进催化分解作用。硅藻土等多孔矿物含量过少，则颗粒内部的锰氧化物无法接触到甲醛，吸附与催化分解作用较弱。反之，硅藻土等多孔矿物含量过高，锰氧化矿物含量较少，颗粒以吸附作用为主，催化分解作用被弱化，材料容易饱和，造成二次甲醛污染，并且性能下降。
一种基于天然矿物复合的甲醛净化材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按配比将氧化锰矿石粉末、硅藻土以及粘合剂混合搅拌均匀，加入水挤压成团；
(2)将挤压成团的混合物放入造粒机中，挤压造粒；
(3)通过自然风干或者采用烘箱烘干的方式对颗粒进行脱水处理。
优选地，步骤(1)中，预先将氧化锰矿石的原矿粉末在对辊机中全部粉碎到60目以下，再使用球磨机磨矿10-20min，使得矿物细度达到-200目≥60％。随后使用打粉机将氧化锰矿石粉末与硅藻土及粘合剂搅拌混匀，打粉机转速300-2000r/min，混匀2-4min。加水后使用压面机挤压成团，压面辊间隙为2-5mm，反复辊制5-10次。
优选地，步骤(2)中，造粒机网孔宽度(对应于颗粒直径)选择2-6mm，长度控制在0.5-2cm。
优选地，步骤(3)中，自然风干温度为10-30℃，时间为5-15天。烘箱温度为120-220℃，烘干时间为4-12小时。
本发明的有益效果在于：
本发明的甲醛净化材料充分发挥了锰氧化物对甲醛的催化分解作用与硅藻土天然多孔矿物大孔道的特点，通过粘合剂的粘合与材料脱水处理之后，对空气中的甲醛具有较强的吸附分解作用。
本发明的甲醛净化材料兼顾了吸附所需的大比表面积和催化分解所需的催化剂的要求，具有快速吸附、持续分解甲醛的作用。
基于天然矿物复合的甲醛净化材料克服了传统甲醛净化材料通过化学合成法中工序复杂、成本较高的问题，极大拓展了天然矿物粉末粒度细、容易分散、不便日常使用的应用场景。
本发明的甲醛净化材料，制作工艺简单，能耗较少，成本低，力学性能好。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
在以下实施例中，甲醛净化性能测试方法如下：
在空白仓和样品仓分别放置甲醛检测仪(仪器名称及型号：海克智动/HK B6A，甲醛传感器为英国DART传感器，检测方法为电化学法)，环境温度为20-25℃，湿度25-35％。取3g样品放入样品仓中，在样品仓和空白仓分别滴入2μL质量百分比浓度为4.7％的甲醛水溶液，密封24小时。分别检测空白仓和样品仓甲醛浓度。甲醛净化率按以下公式计算：
Figure BDA0003709824390000031
式中，C0为空白仓24小时后甲醛浓度；C1为样品仓24小时后甲醛浓度。
实施例1
氧化锰矿石采集自中国南方某锰矿床，矿石呈块状，主要矿物为软锰矿、硬锰矿、水锰矿、赤铁矿、石英等，锰：28-38％，铁：10-20％。取氧化锰矿石76g，破碎后对辊到60目，随后放入球磨机球磨10min，矿石粉末细度(-200目含量)为80％。加入20g硅藻土和4g改性淀粉，放入打粉机中搅拌2min，转速300r/min。加入50g水，将压面机的压面辊距调为5mm，反复辊制10次。其中，上述步骤使用的硅藻土、改性淀粉细度(-200目含量)为80％。
将成团的粉末放入造粒机中，粒径调为5mm，长度控制为1-2cm，挤压造粒。
将挤出的颗粒，放入180℃烘箱，烘制8h，获得甲醛净化材料。
对所得甲醛净化材料进行甲醛净化性能测试，测试结果：密封24小时后，空白仓甲醛浓度为0.56mg/m3，样品仓浓度为0.06mg/m3，甲醛净化率为89.3％。
实施例2
氧化锰矿石为加蓬锰矿，选用粉碎后的矿石粉末，其中锰：39-47％，铁：4-7％，石英：6-8％，氧化铝：4-7％，粒度<0.25mm，细度(-200目含量)为70％。取氧化锰矿石粉末76g，加入20g硅藻土、4g改性淀粉，放入打粉机中搅拌2min，转速300r/min。加入50g水，将压面机的压面辊距调为5mm，反复辊制10次。其中，上述步骤使用的硅藻土、改性淀粉细度(-200目含量)为80％。
将成团的粉末放入造粒机中，粒径调为5mm，长度控制1-2cm，挤压造粒。
将挤出的颗粒，放入180℃烘箱，烘制8h，获得甲醛净化材料。
对所得甲醛净化材料进行甲醛净化性能测试，测试结果：密封24小时后，空白仓甲醛浓度为0.61mg/m3，样品仓浓度为0.07mg/m3，甲醛净化率为88.5％。
实施例3
氧化锰矿石为澳大利亚锰籽矿，选用粉碎后的矿石粉末，其中锰：44-46％，铁：4-6％，石英：4-7％，氧化铝：4-7％，粒度<0.25mm，细度(-200目含量)为70％。取氧化锰矿石粉末76g，加入20g硅藻土和4g改性淀粉，放入打粉机中搅拌2min，转速300r/min。加入50g水，将压面机的压面辊距调为5mm，反复辊制10次。其中，上述步骤使用的硅藻土、改性淀粉细度(-200目含量)为80％。
将成团的粉末放入造粒机中，粒径调为5mm，长度控制为1-2cm，挤压造粒。
将挤出的颗粒，放入180℃烘箱，烘制8h，获得甲醛净化材料。
对所得甲醛净化材料进行甲醛净化性能测试，测试结果：密封24小时后，空白仓甲醛浓度为0.61mg/m3，样品仓浓度为0.06mg/m3，甲醛净化率为90.2％。
实施例4
氧化锰矿石为澳大利亚锰籽矿，选用粉碎后的矿石粉末，其中锰：44-46％，铁：4-6％，石英：4-7％，氧化铝：4-7％，粒度<0.25mm，细度(-200目含量)为70％。取氧化锰矿石粉末98g，加入2g改性淀粉，放入打粉机中搅拌2min，转速300r/min。加入50g水，将压面机的压面辊距调为5mm，反复辊制10次。其中，上述步骤使用的改性淀粉细度(-200目含量)为80％。
将成团的粉末放入造粒机中，粒径调为5mm，长度控制为1-2cm，挤压造粒。
将挤出的颗粒，放入180℃烘箱，烘制8h，获得甲醛净化材料。
对所得甲醛净化材料进行甲醛净化性能测试，测试结果：密封24小时后，空白仓甲醛浓度为0.57mg/m3，样品仓浓度为0.15mg/m3，甲醛净化率为73.7％。
实施例5
氧化锰矿石为澳大利亚锰籽矿，选用粉碎后的矿石粉末，其中锰：44-46％，铁：4-6％，石英：4-7％，氧化铝：4-7％，粒度<0.25mm，细度(-200目含量)为70％。取氧化锰矿石粉末26g，加入70g硅藻土和4g改性淀粉，放入打粉机中搅拌2min，转速300r/min。加入50g水，将压面机的压面辊距调为5mm，反复辊制10次。其中，上述步骤使用的硅藻土、改性淀粉细度(-200目含量)为80％。
将成团的粉末放入造粒机中，粒径调为5mm，长度控制为1-2cm，挤压造粒。
将挤出的颗粒，放入180℃烘箱，烘制8h，获得甲醛净化材料。
对所得甲醛净化材料进行甲醛净化性能测试，测试结果：密封24小时后，空白仓甲醛浓度为0.54mg/m3，样品仓浓度为0.21mg/m3，甲醛净化率为61.1％。
实施例6
氧化锰矿石为澳大利亚锰籽矿，选用粉碎后的矿石粉末，其中锰：44-46％，铁：4-6％，石英：4-7％，氧化铝：4-7％，粒度<0.25mm，细度(-200目含量)为70％。取氧化锰矿石粉末91g，加入5g硅藻土和4g改性淀粉，放入打粉机中搅拌2min，转速300r/min。加入50g水，将压面机的压面辊距调为5mm，反复辊制10次。其中，上述步骤使用的硅藻土、改性淀粉细度(-200目含量)为80％。
将成团的粉末放入造粒机中，粒径调为5mm，长度控制为1-2cm，挤压造粒。
将挤出的颗粒，放入180℃烘箱，烘制8h，获得甲醛净化材料。
对所得甲醛净化材料进行甲醛净化性能测试，测试结果：密封24小时后，空白仓甲醛浓度为0.58mg/m3，样品仓浓度为0.10mg/m3，甲醛净化率为82.8％。
实施例7
氧化锰矿石为澳大利亚锰籽矿，选用粉碎后的矿石粉末，其中锰：44-46％，铁：4-6％，石英：4-7％，氧化铝：4-7％，粒度<0.25mm，细度(-200目含量)为70％。取氧化锰矿石粉末76g，加入20g硅藻土和4g改性淀粉，放入打粉机中搅拌2min，转速300r/min。加入50g水，将压面机的压面辊距调为5mm，反复辊制10次。其中，上述步骤使用的硅藻土、改性淀粉细度(-200目含量)为80％。
将成团的粉末放入造粒机中，粒径调为5mm，长度控制为1-2cm，挤压造粒。
将挤出的颗粒，自然风干，温度10-30℃，时间12天，获得甲醛净化材料。对所得甲醛净化材料进行甲醛净化性能测试，测试结果：密封24小时后，空白仓甲醛浓度为0.64mg/m3，样品仓浓度为0.08mg/m3，甲醛净化率为87.5％。
实施例8
氧化锰矿石为澳大利亚锰籽矿，选用粉碎后的矿石粉末，其中锰：44-46％，铁：4-6％，石英：4-7％，氧化铝：4-7％，粒度<0.25mm，细度(-200目含量)为70％。取氧化锰矿石粉末76g，加入10g硅藻土、10蒙脱石和4g改性淀粉，放入打粉机中搅拌2min，转速300r/min。加入50g水，将压面机的压面辊距调为5mm，反复辊制10次。其中，上述步骤使用的硅藻土、蒙脱石和改性淀粉细度(-200目含量)为80％。
将成团的粉末放入造粒机中，粒径调为5mm，长度控制为1-2cm，挤压造粒。
将挤出的颗粒，自然风干，温度10-30℃，时间12天，获得甲醛净化材料。对所得甲醛净化材料进行甲醛净化性能测试，测试结果：密封24小时后，空白仓甲醛浓度为0.59mg/m3，样品仓浓度为0.11mg/m3，甲醛净化率为81.3％。
本发明甲醛净化材料，性价比高，可使用于工厂、办公室、汽车和民宅的甲醛去除。以民宅为例，新装修的房屋以及新购置的家具中常常会释放一定量的甲醛，在不能时时通风的情况下，一定时间的甲醛缓慢释放很容易造成房间内的甲醛浓度超标。在一间装修完工3个月后的房间内，密闭24小时后，使用电化学甲醛检测仪(海克智动，HK B6A)进行检测，浓度高达0.18mg。将实施例2中制成的甲醛净化材料80g，用无纺布包裹之后，包装成一袋。在15.84m2(3.3m×4.8m)的房间内放置6袋，密闭24小时后，房间内甲醛浓度为0.06mg/m3。
本发明依照实施例2所制备的甲醛净化材料，在国家空气净化产品质量检验检测中心(检测编号：KJ20220642)，使用QBT2761-2006-室内空气净化产品净化效果测定方法测定甲醛去除率为90％。该材料具有良好的甲醛吸附分解作用，颗粒可塑性较强，可适用于日常生活办公场所的甲醛去除。
以上所述的仅是本发明的较佳实施例，并不局限发明。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，还可以做出其它等同改进，均可以实现本发明的目的，都应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于天然矿物复合的甲醛净化材料，其特征在于，按重量份计，由如下成分制成：80-100份氧化锰矿石、20-50份硅藻土、5-10份粘合剂，水40-60份；其中，各固体组分的细度要求全部小于60目；氧化锰矿石中锰品位≥28％，粉末细度-200目≥60％；硅藻土细度-200目≥60％；粘合剂的粉末细度-200目≥60％。
2.根据权利要求1所述的基于天然矿物复合的甲醛净化材料，其特征在于，所述氧化锰矿石中锰品位为28％-54％；矿石粉末细度为-200目占60-95％；所述硅藻土细度为-200目占60-90％；所述粘合剂细度为-200目占60-90％。
3.根据权利要求1或2所述的基于天然矿物复合的甲醛净化材料，其特征在于，所述粘合剂为淀粉、改性淀粉、高岭土、蒙脱石、沸石中一种或多种混合而成。
4.根据权利要求3所述的基于天然矿物复合的甲醛净化材料，其特征在于，所述粘合剂为改性淀粉。
5.一种权利要求1至4中任一项所述的基于天然矿物复合的甲醛净化材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按配比将氧化锰矿石粉末、硅藻土以及粘合剂混合搅拌均匀，加入水挤压成团；
(2)将挤压成团的混合物放入造粒机中，挤压造粒；
(3)通过自然风干或者采用烘箱烘干的方式对颗粒进行脱水处理。
6.根据权利要求5所述的基于天然矿物复合的甲醛净化材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，预先将氧化锰矿石的原矿粉末在对辊机中全部粉碎到60目以下，再使用球磨机磨矿10-20min，使得矿物细度达到-200目≥60％；随后使用打粉机将氧化锰矿石粉末与硅藻土及粘合剂搅拌混匀，打粉机转速300-2000r/min，混匀2-4min；加水后使用压面机挤压成团，压面辊间隙为2-5mm，反复辊制5-10次。
7.根据权利要求5所述的基于天然矿物复合的甲醛净化材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述造粒机网孔宽度选择2-6mm，长度控制在0.5-2cm。
8.根据权利要求5所述的基于天然矿物复合的甲醛净化材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，自然风干温度为10-30℃，时间为5-15天；烘箱温度为120-220℃，烘干时间为4-12小时。
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