CN1211154C - 光触媒复合炭吸附材料及其制法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光触媒复合炭吸附材料及其制法和用途。所述光触媒复合炭吸附材料是由木质炭、粘土、陶粒和光触媒剂的组合物按一定的重量百分比经600-1000℃高温煅烧炭化而制成。本发明的光触媒复合炭吸附材料可用作对甲醛气体的吸附除臭剂；或用作对氨气的吸附除臭剂；或用作对硫化氢气体的吸附除臭剂；或用作去除水中的残留氯离子的吸附净水剂或滤料；或用作去除水中的氨氮吸附净水剂或滤料。

Description

光触媒复合炭吸附材料及其制法和用途

技术领域

本发明涉及吸附和净化材料技术领域，尤其是涉及一种光触媒复合炭吸附材料及其制法和用途。

背景技术

随着社会经济的高度发展，人类社会的工业化和城市化日益加剧，水污染和空气污染日益严重。近10年来，我国城市生活污水排放量每年以5％的速度递增，在1999年首次超过工业污水排放量，2001年城市生活污水排放量221亿吨，占全国污水排放总量的53.2％。同样，城市空气污染也越来越严重。如工业燃煤释放大量的二氧化硫、一氧化碳等有害气体。随着我国汽车工业的高速发展，汽车尾气排放大量的低价态氮化物和一氧化碳气体使各大中城市的空气严重污染。另外，许多室内装饰材料会缓慢释放诸如醛类、酚类、醇类等小分子有害有机物，人体、宠物、食品、垃圾等会释放难闻气味，还有中央冷气等也容易产生难闻气味和传播致命微生物病毒，如军团菌等。总之，环境的污染已严重威胁着人类的健康，提高人类及其他生命的生存环境是全世界普遍关注的问题。

在环保技术领域，常常需要使用到吸附和净化材料。现有技术中，一般是直接使用木炭、竹炭、煤炭、生物陶粒等吸附材料，存在吸附效率低和黑色污染等问题，不仅限制了该材料的实际应用，而且使用成本较高。

发明内容

本发明的目的在于解决现有吸附材料所存在的吸附效率低和黑色污染等问题，而提供一种具抗菌灭菌功能且吸附效率高和污染较少的光触媒复合炭吸附材料。

本发明的目的是这样实现的，一种光触媒复合炭吸附材料，其特征在于，所述光触媒复合炭吸附材料是由木质炭、粘土、陶粒和光触媒剂的组合物经600-1000℃高温煅烧炭化而制成；

所述组合物中各组分的重量百分比如下：

木质炭            5％-20％；

粘土              5％-20％；

陶粒              55％-89％；

光触媒剂          1％-5％；

其中，所述木质炭的粒径为50μm-1mm，有效成份大于98％；

所述粘土的粒径为50μm-1mm，有效成份大于98％；

所述陶粒的粒径为0.5mm-1mm，有效成份大于98％。

所述光触媒剂的粒径≤15nm，其中纳米二氧化钛(TiO₂)的含量大于98％。

本发明的光触媒复合炭吸附材料的制备方法如下：

将木质炭、粘土、陶粒和光触媒剂的组合物按上述重量百分比加入容器内；开动搅拌器低速档至中速档运行30-90分钟，温度为室温；然后进行挤粒和烘干，再经600-1000℃高温煅烧炭化，即制成光触媒复合炭吸附材料。

本发明光触媒复合炭吸附材料的用途如下：

1.制成用作对甲醛气体的抗菌灭菌型吸附除臭剂；

2.制成用作对氨气的抗菌灭菌型吸附除臭剂；

3.制成用作对硫化氢气体的抗菌灭菌型吸附除臭剂；

4.制成用作去除水中的残留氯离子的吸附净水剂或滤料；

5.制成用作去除水中的氨氮吸附净水剂或滤料。

具体实施方式

在本发明的一个实施例中，光触媒复合炭吸附材料是由木质炭、粘土、陶粒和光触媒剂的组合物经600-1000℃高温煅烧炭化而制成，各组分的重量百分比如下：

木质炭            5％-20％；

粘土              5％-20％；

陶粒              55％-89％；

光触媒剂          1％-5％；

其中，所述木质炭的粒径为50μm-1mm，有效成份大于98％；

所述粘土的粒径为50μm-1mm，有效成份大于98％；

所述陶粒的粒径为0.5mm-1mm，有效成份大于98％。

所述光触媒剂的粒径≤15nm，其中纳米TiO₂的含量大于98％。其形态为粉状或液体，颜色为白色偏黄，比表面积(m²/g)：＞180，PH值为6-8，干燥损失＜1.0，灼烧损失＜2。

最后制成的光触媒复合炭吸附材料是粒状的，粒径为1mm-10mm。

所述光触媒复合炭吸附材料的制备方法如下：

在通风、无尘的室内环境下，将以上组分按上述重量百分比加入容器内，开动搅拌器低速档至中速档运行30-90分钟，温度为室温；然后按1mm-10mm的粒径挤粒后再用烘炉烘干，再经600-1000℃高温煅烧炭化，即制成光触媒复合炭吸附材料。

制成后的光触媒复合炭吸附材料的工作机理是：由木质炭、粘土、陶粒和光触媒剂所组成的光触媒复合炭吸附材料具有大量不同孔径的微细孔结构，包括有很多分子水平(20埃)的超细微孔，这些细微孔隙能有效地吸附产生臭味的化学物质和气体；因为组分里有以主要成份是纳米TiO₂的光触媒剂，纳米TiO₂是活性很强的光催化剂，光触媒剂不但对紫外线有很好的吸收能力，而且对可见光也有较高的吸收能力，故可利用日光和白色灯光中的很大一部分光能，增强光催化能力，在日光和白色灯光的照射下，光触媒剂的纳米TiO₂价带上的电子吸收光能而被激发到导带上产生带有很强负电的高活性电子，同时在价带上产生带正电的空穴(h+)，从而产生具有很强活性的电子一一空穴对，形成氧化还原体系。这些电子一空穴对迁移到二氧化钛表面后与空气中的水(H₂O)发生作用，最终产生具有高度化学氧化活性的羟基自由基(OH)和超氧化物离子，OH自由基的电子亲和能力强，容易攻击高电子云密度的有机分子部位，形成进一步氧化的中间产物而产生抗菌灭菌的作用。由于光触媒剂的比表面积非常大(＞140m2/g)，增强了光触媒复合炭吸附材料的吸附能力，为光催化反应提供大的活性表面，因光催化产生具有高度化学氧化活性的羟基自由基(OH)和超氧化物离子可与光触媒复合炭吸附的空气污染物或细菌更充分地接触，从而进行抗菌灭菌和除臭。

制成后的光触媒复合炭吸附材料的主要特征和用途有如下六个方面：

1.不同级别的微孔分布：

由木质炭、粘土、陶粒和光触媒剂所组成的光触媒复合炭吸附材料具有大量不同孔径的微细孔结构，包括有很多分子水平(20埃)的超细微孔，这些细微孔隙能有效地吸附产生臭味的化学物质和气体，同时也具有很多0.01nm到100nm的适合于微生物居住的微孔。因此本发明的光触媒复合炭吸附材料具有优异的空气净化和水质净化的功能。

2.对甲醛气体的吸附：

人们进入新装修的房间或到买夹板的门市时，往往会感到刺眼、喉痛等，这些症状称为新房综合症。甲醛是造成新房综合症的主要原因。新房综合症也被认为是造成皮肤过敏、喘息的原因。光触媒复合炭吸附材料因其超细微孔的独特吸附能力而能有效地吸附甲醛气体，使其从空气中被去除。据实验室测定，本发明的光触媒复合炭吸附材料比市售常用的矿物多孔吸附材料吸附甲醛的速度要快5倍，吸附量要大4-5倍。

3.对氨气的吸附：

氨气是造成恶臭的原因之一。光触媒复合炭吸附材料因其超细微孔的独特吸附能力而能有效吸附氨气，使其从空气中被去除。据实验室测定，光触媒复合炭吸附材料对氨气的去除率在20小时以上能达100％，而市售常用的竹炭和备长炭在20小时以后对氨气的去除率只有30％左右。

4.对硫化氢气体的吸附：

与氨气相同，硫化氢气体也是造成恶臭的原因之一(特别是腐臭)。光触媒复合炭吸附材料因其超细微孔的独特吸附能力而具有吸附硫化氢气体的优异功能。据实验室测定，光触媒复合炭吸附材料对硫化氢气体的优异吸附能力是一般竹炭和备长炭的2.5倍。

5.去除水中的残留氯离子：

光触媒复合炭吸附材料不仅能去除自来水中的残留余氯，消除自来水特有的臭味，还能将其自身含有的矿物质溶于水中，以提供可口的饮用水。据实验室测定，在含有一定容量氯离子的水中，在48小时内，光触媒复合炭吸附材料对水中氯离子的去除率达100％，而使用相同量的竹炭去除率只有60％。

6.去除水中的氨氮：

水中的氨氮对鱼类是有害的。光触媒复合炭吸附材料具有大量不同孔径的微细孔结构，并具有很多分子水平(20埃)的超细微孔，在没有强光照射的情况下，这些细微孔隙能适合消化细菌等微生物居住，而消化细菌等微生物对抑制腐败有机物和鱼类粪便释放的氨氮具有消化作用，能保持水质清新干净。

实施本发明的光触媒复合炭吸附材料，由于其由木炭、粘土、陶粒和光触媒剂复合烧制碳化而成，具有三重结构，对污染物质的吸附由单纯的物理吸附转变为化学吸附，边吸附边分解，提高了吸附污染颗粒物种类，提高了吸附效率和饱和容量；而且，不会产生二次污染，大大延长了吸附材料的使用寿命。其吸附效率是普通活性炭的2.5倍，并且克服了使用活性炭会产生粉末和黑色污染的缺点，对环境中的化学污染物、生物污染物、挥发性有机化合物、臭味、烟尘等污染物具有强烈的吸附能力，是净化环境的优良功能材料。由本发明的光触媒复合炭吸附材料制成的空气净化抗菌灭菌除臭剂或过滤材料，可用于住宅、宾馆、酒店、会议室、卡拉OK室、汽车、地铁等室内的会客厅、洗手间、厕所、衣柜、鞋柜、空调、空气净化器等领域的过滤材料的抗菌灭菌或过滤材料的除臭吸附。

Claims (4)

1.一种光触媒复合炭吸附材料，其特征在于，所述光触媒复合新型炭吸附材料是由木质炭、粘土、陶粒和光触媒剂的组合物经600-1000℃高温煅烧炭化而制成；

所述组合物中各组分的重量百分比如下：

木质炭              5％-20％；

粘土                5％-20％；

陶粒                55％-89％；

光触媒剂            1％-5％；

其中，所述木质炭的粒径为50μm-1mm，有效成份大于98％；

所述粘土的粒径为50μm-1mm，有效成份大于98％；

所述陶粒的粒径为0.5mm-1mm，有效成份大于98％；

所述光触媒剂的粒径≤15nm，其中纳米二氧化钛的含量大于98％。

2.根据权利要求1所述的光触媒复合炭吸附材料，其特征在于，所述光触媒复合炭吸附材料是粒状的，粒径为1mm-10mm。

3.根据权利要求1或2所述的光触媒复合炭吸附材料的制作方法，其特征在于，将木质炭、粘土、陶粒和光触媒剂的组合物加入容器内，开动搅拌器低速档至中速档运行30-90分钟，温度为室温；然后按1mm-10mm的粒径挤粒后再用烘炉烘干，再经600-1000℃高温煅烧炭化即成。

4.根据权利要求1或2所述的光触媒复合炭吸附材料的用途，其特征在于，所述光触媒复合炭吸附材料可用作对甲醛气体的吸附除臭剂；或用作对氨气的吸附除臭剂；或用作对硫化氢气体的吸附除臭剂；或用作去除水中的残留氯离子的吸附净水剂或滤料；或用作去除水中的氨氮吸附净水剂或滤料。