CN1191126C - 一种微孔型纳米复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种复合材料，公开了一种微孔型纳米复合材料。其特征在于复合材料中含有纳米材料和多孔隙材料。复合材料内部有大量连通表面的微孔通道，从而使吸附、催化活性得到充分体现。可用于吸附和催化降解液体污染物的有机物质，或者吸附和降解气体中的有害物质。

Description

一种微孔型纳米复合材料

技术领域

本发明涉及一种复合材料，尤其涉及一种微孔型纳米复合材料。

背景技术

现代社会中，随着化工建材、内燃机等的大量使用，以及工业生产的快速发展，空气中有害物质污染所带来的危害也日益严重。同时，由于生活废水和工业废水的大量产生，也带来了严重的环境问题。

由于纳米粒子具有量子尺寸效应，小尺寸效应、表面效应，利用纳米材料的表面吸附能力和催化特性消除有害气体或液体已成为很好的技术选择。当把纳米材料粒子与其它材料制成一定结构的复合材料之后，就能具有良好的吸附和降解有机物质的能力。

现有消除有害气体或液体方法有以下两种：

(1)采用多孔物质吸附的方式；

(2)采用催化剂进行催化氧化。

对于(1)方法，由于多孔物质在吸附一定量的有害物质后易达到饱和而失活，因此带来使用寿命短、回成处理麻烦、使用成本高而使用不便的问题。对于(2)方法，采用纳米材料(主要指超微粒子)是一种优选的方案，因为纳米粒子催化活性比一般催化剂的效率高很多倍。但问题是，现存的纳米材料自身或与其它材料复合形成致密物材料时，纳米粒子的吸附和催化作用一般集中在材料表面完成，大部分纳米粒子不能发挥相应的效果，从而形成很大的浪费，或达不到预想的功效。

发明内容

为克服上述技术的缺点，本发明的目的是提供一种新的复合材料。该复合材料通过将多孔材料的吸附效应和纳米材料的催化作用有效地结合起来，从而避免多孔物质的失活，同时，纳米材料的催化能力也得到充分的发挥。

本发明是通过以下技术方案得以实现的：

首先，本发明所述的微孔型纳米复合材料，其特征在于该复合材料中含有纳米材料和多孔隙材料，复合材料内部有大量连通表面的微孔通道。

而纳米材料同时分布在多孔隙材料的孔隙中、表面、周围；或纳米材料同时分布在多孔隙材料的孔隙表面、周围；或纳米材料同时分布在多孔隙材料的孔隙中、孔隙表面；或纳米材料同时分布在多孔隙材料的孔隙中、孔隙周围；或纳米材料仅分布在多孔隙材料的孔隙表面；或纳米材料仅分布在多孔隙材料的孔隙周围。

其中，所述的纳米材料，为金属纳米粉体，化合物纳米粉体的一种或其的组合，较好的是选自氧化钛、氧化锌、镍、铜、氧化铜、氧化银或银。所述的多孔隙材料，可以是活性碳、多孔硅酸盐的一种或组合，优选多孔硅酸盐的一种或组合，而多孔硅酸盐较好的是选自沸石、硅藻土、多孔硅胶或分子筛。并且纳米材料与多孔隙材料重量之比为1∶1-1∶40，纳米材料的平均尺寸在1-100nm之间。因为只有如此，才可以保证纳米材料能够均匀地分布开来，使吸附、催化活性得到充分体现。

本发明还提供制备具有上述特征的微孔型纳米复合材料的方法，主要有以下步骤：

(1A)将纳米材料复合到多孔隙材料的表面或内部，再加入粘结剂配成混合物；或

(1B)将纳米材料、多孔隙材料和粘结剂直接配成混合物；

(2)将上述混合物通过物理或化学的方法成型为一定形状。

(3)成型后的材料经干燥，成为具有微孔通道的纳米复合材料。

其中，所述的纳米材料，为金属纳米粉体、化合物纳米粉体中的一种或它们的的组合；较好的是选自氧化钛、氧化锌、镍、铜、氧化铜、氧化银或银。所述的多孔隙材料，可以是活性碳、多孔硅酸盐的一种或它们的组合；优选为多孔硅酸盐的一种或组合，而多孔硅酸盐较好的是选自沸石、硅藻土、多孔硅胶或分子筛。所述的粘结剂，可以是无机胶体粘结剂、有机高分子粘结剂的一种或它们的组合。可选自丙烯酸树脂、有机硅树脂、硅溶胶或聚乙烯吡咯烷酮，但不仅限于这些物质。纳米材料与多孔隙材料重量之比为1∶1～1∶40，纳米材料的平均粒径尺寸在1-100nm之间。同时(1A)所述的方法可以优选为气相沉积或液相共沉淀，(2)所述的物理或化学的方法优选为浇注或者喷涂等。

本发明的用途，在于可用于吸附和催化降解气体中的有害物质，也可用于吸附和催化降解液体污染物中的有机物质。其中所述液体可以优选为含有机或无机杂质的废水。具体说来，可用于废水处理工程、空调气体净化装置以及空气清新机、废气净化处理设备，最好用于气体中有害物质清除，即用于空调气体净化、空气清新机、废气净化处理设备。

与其它纳米材料的改性材料相比，本发明多孔隙材料中微孔通道的存在，可以使气体或液体中的有害物质被整个复合材料有效吸附。分布在多孔隙材料的孔隙中、表面或周围的纳米材料则可以不断氧化、分解有害物质，使本发明消除气体或液体中有害物质的作用可以长期有效并且高效维持。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进一步说明。

实施例1：取纳米氧化钛11克，500目4A沸石50克，丙烯酸树脂乳液20克，乙二醇3克和水16克，通过强烈的机械搅拌混合均匀，可形成稳定的浆料；取浆料100克、聚酯短纤维5克，搅拌均匀后注入圆筒形模具中成型并干燥10分钟，之后置于真空加热炉中抽真空并加热到100℃。成型的复合材料内有大量微空洞，有长效吸附、催化降解有机有害气体和杀菌性能，可用于空气清新机。

实施例2：取纳米氧化锌12克，纳米镍粉0.5克，纳米铜粉1克，450目煅烧硅藻土46克，水24克，非离子型分散剂1克，消泡剂0.5克，用球磨机研磨3小时，再加入有机硅树脂乳液15克，通过强烈的机械搅拌混合均匀，可形成稳定的浆料；用喷枪将浆料喷涂到玻璃纤维布上，之后置于真空加热炉中抽真空并加热到250℃。可制成具备一定柔性的膜，具有长效吸附、催化降解有机有害气体性能，可用于空调气体净化等。

实施例3：通过气相沉积的方式将纳米氧化锌和氧化银分别以5％和1％的比例复合到多孔硅胶中。取该复合粉末60克、硅溶胶20克，非离子分散剂1克和水19克机械搅拌混合均匀，可形成稳定的浆料；浆料注入布置好玻璃纤维骨架的模具中成型，之后置于真空加热炉中抽真空并加热到450℃。成型后力学性能好，有长效吸附、催化降解有机有害气体和杀菌性能，可作为滤筒用于废气净化处理。

实施例4：将氧化铜和银通过气相沉积的方法与13X分子筛实现纳米级复合，比例为6∶3∶91。取复合后的粉体与丙烯酸树脂乳液按规定80∶20的比例混合。通过强烈的机械搅拌形成混合物；混合物注在模具成型为块状物；块状物自然干燥3小时，再在100℃烘干3小时；所制备的复合材料强度好，吸附能力强，催化降解性能好，并有较好的杀菌效果，可直接用于水和空气净化装置。

实施例5：将纳米氧化钛、纳米氧化锌、活性碳粉、聚乙烯吡咯烷酮和水按6∶6∶42∶15∶21的比例混合并充分研磨均匀成浆料；用喷枪将浆料喷到无纺布上成膜；膜经80℃烘干5小时；所制备的复合材料强度好，过滤及吸附能力强，催化降解性能好，并有较好的杀菌效果，可直接用于空气净化装置。

本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，因此，在与本发明权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在本发明的范围之内。

Claims (11)

1、一种微孔型纳米复合材料，其特征在于该复合材料中含有纳米材料和多孔隙材料，复合材料内部有大量连通表面的微孔通道，

纳米材料同时分布在多孔隙材料的孔隙中、表面、周围；或

纳米材料同时分布在多孔隙材料的孔隙表面、周围；或

纳米材料同时分布在多孔隙材料的孔隙中、孔隙表面；或

纳米材料同时分布在多孔隙材料的孔隙中、孔隙周围；或

纳米材料仅分布在多孔隙材料的孔隙表面；或

纳米材料仅分布在多孔隙材料的孔隙周围；

其中，所述的纳米材料，为金属纳米粉体、化合物纳米粉体的一种或它们的组合；所述的多孔隙材料，是活性碳、多孔硅酸盐的一种或它们的组合；所述纳米材料与多孔隙材料重量之比为1∶1～1∶40。

2、如权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述纳米材料的平均粒径尺寸在1-100nm之间。

3、如权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述的金属纳米粉体、化合物纳米粉体选自氧化钛、氧化锌、镍、铜、氧化铜、氧化银或银。

4、如权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述的多孔隙材料是多孔硅酸盐的一种或它们的组合。

5、如权利要求4所述的复合材料，其特征在于所述的多孔硅酸盐选自沸石、硅藻土、多孔硅胶或分子筛。

6、一种权利要求1至5任一项所述微孔型纳米复合材料的制备方法，其特征在于主要有以下步骤：

(1A)将纳米材料复合到多孔隙材料的表面或内部，再加入粘结剂配成混合物；或

(1B)将纳米材料、多孔隙材料和粘结剂直接配成混合物；

(2)将上述混合物通过物理或化学的方法成型为一定形状；

(3)成型后的材料经干燥，成为具有微孔通道的纳米复合材料；

其中，所述的粘结剂，是无机胶体粘结剂、有机高分子粘结剂的一种或它们的组合。

7、如权利要求6所述的制备方法，其特征在于其中所述的无机胶体粘结剂、有机高分子粘结剂选自丙烯酸树脂、有机硅树脂、硅溶胶或聚乙烯吡咯烷酮。

8、如权利要求6所述的制备方法，其特征在于其中(1A)所述的方法为气相沉积或液相共沉淀。

9、如权利要求6所述的制备方法，其特征在于其中(2)所述的物理或化学的方法为浇注或者喷涂。

10、一种权利要求1至5中任一权利要求所述的纳米复合材料的用途，其特征在于可用于吸附和催化降解气体中的有害物质，也可用于吸附和催化降解液体污染物中的有机物质。

11、如权利要求10所述的复合材料的用途，其特征在于所述液体为含有机或无机杂质的废水。