本發(fā)明屬于空氣凈化領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合凈化材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著生活水平的不斷提高，室內(nèi)環(huán)保與健康問題也逐漸成為人們關(guān)注的焦點。寫字樓、商場等場所較為密閉，較大程度地減少了與室外空氣的交換，空氣中負(fù)氧離子含量較低。由于人類活動，寫字樓、商場等室內(nèi)場所中容易積累各種粉塵、霉菌、細(xì)菌等有害物質(zhì)。裝修使用的人工造板產(chǎn)生的甲醛、苯、甲苯等揮發(fā)性氣體污染物也是空氣污染源之一，相對封閉的建筑環(huán)境導(dǎo)致這些污染物聚集。其中，甲醛作為一種具有致癌風(fēng)險的有害污染物廣泛存在，而市售空氣凈化材料大多是以吸附污染物分子為主要功能，缺乏降解凈化。在裝修后幾個月內(nèi)，多數(shù)揮發(fā)性氣體污染物能夠被市售空氣凈化材料吸附，但甲醛的釋放周期長達數(shù)年，材料的長效吸附效果不足，造成甲醛濃度的回升。

2、在現(xiàn)有技術(shù)制備的材料中，主要使用二氧化氯、有機胺來降解甲醛，但是容易造成二次化學(xué)污染；而生物降解的凈化效果不足，容易造成泄漏。本領(lǐng)域還利用強光照射電子，通過電子價位躍遷產(chǎn)生的氧化自由基進行降解，但是單一降解材料的激發(fā)條件比較嚴(yán)格，并不適用于寫字樓、商場等室內(nèi)場所。同時，水分子會堵塞復(fù)合材料的孔洞，二氧化碳被復(fù)合材料吸附后影響了材料孔徑。在一段時間后競爭吸附導(dǎo)致復(fù)合材料對空氣的凈化效果明顯減弱。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于上述內(nèi)容，為解決寫字樓、商場等封閉室內(nèi)場所中甲醛含量高且持續(xù)釋放、現(xiàn)有技術(shù)制備的材料對空氣凈化效果不足、材料容易遇水失效的問題，本發(fā)明提出了一種復(fù)合凈化材料及其制備方法。

2、本發(fā)明的目的在于：

3、一、制備一種能夠快速吸附污染物分子的復(fù)合凈化材料；

4、二、確保復(fù)合凈化材料對空氣的長效凈化效果；

5、三、克服復(fù)合凈化材料容易遇水失效的問題。

6、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

7、一種復(fù)合凈化材料的制備方法，

8、所述方法包括：

9、1）取硅酸鹽、溶劑混合均勻，調(diào)節(jié)ph值后加入表面活性劑和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑混合均勻，保持?jǐn)嚢柰瑫r加入錳酸鹽，待反應(yīng)完全后對體系進行過濾、清洗、老化和烘干得到硅基前驅(qū)體；

10、2）對硅基前驅(qū)體進行加熱晶化，待冷卻后清洗、烘干產(chǎn)物得到硅基吸附劑，將硅基吸附劑和銅鹽溶液混合均勻后進行超聲處理，經(jīng)過清洗、干燥和高溫處理即得到復(fù)合凈化材料。

11、作為優(yōu)選，

12、步驟1）所述硅酸鹽為硅酸鈉；

13、步驟1）所述溶劑為水，其用量為15～35?ml/g硅酸鹽；

14、步驟1）所述調(diào)節(jié)ph值的過程調(diào)節(jié)ph值至7.35～7.44。

15、作為優(yōu)選，

16、步驟1）所述表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨，其用量為0.02～0.03?g/g硅酸鹽；

17、步驟1）所述結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑為四丙基氫氧化銨，其用量為0.1～0.15?g/g硅酸鹽；

18、步驟1）所述錳酸鹽為高錳酸鈉，其用量為1.17～1.28?g/g硅酸鹽。

19、作為優(yōu)選，

20、步驟1）所述老化是于45～50?℃下恒溫20～22?h。

21、作為優(yōu)選，

22、步驟2）所述加熱晶化過程為：

23、將硅基前驅(qū)體均勻分布于載片上，按照每克硅基前驅(qū)體加入0.5～0.8?ml水，密封裝置進行水蒸氣輔助晶化，于155～165?℃下恒溫23.5～24.5?h。

24、作為優(yōu)選，

25、步驟2）所述銅鹽溶液為飽和硝酸銅溶液，其用量為0.3～0.5?ml/g硅基吸附劑。

26、作為優(yōu)選，

27、步驟2）所述超聲處理的時長為4～5?h；

28、步驟2）所述高溫處理是于600～650?℃下，恒溫4～4.5?h。

29、一種復(fù)合凈化材料。

30、在本發(fā)明技術(shù)方案中，構(gòu)建了一種用于凈化空氣的多級孔硅基復(fù)合材料。本發(fā)明以硅酸鈉（na2o·nsio2，n為硅酸鈉模數(shù)）為原料，由于硅酸鈉模數(shù)會顯著影響其溶解性，所以本發(fā)明選定了一種硅酸鈉模數(shù)為1的硅酸鈉原料，該原料可以在室溫下溶于水中。硅酸鈉容易發(fā)生水解，構(gòu)建堿性環(huán)境可以減少體系中h2sio3的含量，同時，高錳酸鈉能夠在本發(fā)明所構(gòu)建的特定ph值條件下能夠水解形成黑色的二氧化錳沉淀物。

31、在一定ph值范圍內(nèi)，隨著體系內(nèi)oh-離子含量的增加，硅基前驅(qū)體內(nèi)出現(xiàn)豐富的孔洞，能與甲醛接觸的孔壁面積增加。弱堿環(huán)境有利于形成豐富的氧空位，有利于調(diào)節(jié)材料表面的電子結(jié)構(gòu)，形成的活性氧（o2-、o-、o22-）能夠提高對甲醛的轉(zhuǎn)化效果。但是加入高濃度的堿液會造成材料晶體結(jié)構(gòu)變化，mno4-與oh-反應(yīng)形成mno42-等錳價態(tài)高的副產(chǎn)物。部分孔洞難以保持原狀，造成嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)損壞。因此，本發(fā)明限制堿液濃度。

32、由于濕的半晶態(tài)凝膠在熱處理時容易因水揮發(fā)產(chǎn)生的毛細(xì)力超過其骨架強度而裂開或彎曲，破壞其原有的結(jié)構(gòu)，所以本發(fā)明加入了一種表面活性劑來降低水的表面張力。不僅如此，表面活性劑的種類也會對材料的形貌產(chǎn)生較為顯著的影響，既能用作軟模板劑促進形成微孔，又能誘導(dǎo)晶體生長方向，有利于構(gòu)建高度有序的多孔結(jié)構(gòu)。但是單一的介孔結(jié)構(gòu)的比表面積較小、活性較弱，導(dǎo)致在甲醛濃度較高的環(huán)境中，材料活性位點的利用率較低，顯然造成吸附性能的下降。僅投放單一介孔結(jié)構(gòu)的材料容易因水分子堵塞孔道而無法實現(xiàn)對甲醛的快速吸附、運輸、接觸催化。因此，有必要引入尺寸更小的小孔來有效地攔截水分子，這也是本發(fā)明的重點。由于上述提到的特殊弱堿性環(huán)境，本發(fā)明無法采用本領(lǐng)域常用的酸處理、堿處理方法來實現(xiàn)小孔的引入。

33、本發(fā)明添加四乙基氫氧化銨并進行老化，在一定時間內(nèi)，si-mno2晶種形成，材料初步老化固化至半晶態(tài)膠質(zhì)物。進一步地，本發(fā)明對硅基前驅(qū)體進行加熱晶化，因四乙基氫氧化銨非揮發(fā)性季銨鹽的協(xié)同作用，水蒸氣輔助產(chǎn)物脫去部分硅形成晶內(nèi)微孔，晶內(nèi)微孔具有魚鱗狀毛刺，能夠為后續(xù)銅物種形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)提供支撐作用。在此過程中，晶化溫度、晶化時間會對產(chǎn)物產(chǎn)生顯著的影響。過高的溫度導(dǎo)致產(chǎn)物純度下降還會聚集，而過低的溫度導(dǎo)致產(chǎn)物發(fā)生斷裂，晶內(nèi)結(jié)合力差；晶化時間短顯然會造成晶化程度低，而長時間的晶化過程將會導(dǎo)致產(chǎn)物發(fā)生溶解，晶粒較小。飽和銅鹽溶液中成核數(shù)目豐富，銅離子被吸附至硅基吸附劑內(nèi)，形成的納米晶片堆積在晶內(nèi)微孔的毛刺附近，晶片相互穿插構(gòu)成超微孔網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了小孔的引入。

34、本發(fā)明對體系進行超聲處理，在此過程中，銅與硅基材料形成中間體。高溫誘導(dǎo)銅錳相互作用，活化產(chǎn)生更多高活性的氧物種。同時，銅物種在高溫時遷移被氧缺陷捕獲形成離子交換和摻雜，使其能避免在高溫下團聚。材料銅錳活性位點和氧空位位點的活性均得到極大提升，增強材料對有害氣體分子的活化、吸附，能夠形成穩(wěn)定的化學(xué)吸附鍵。其中，被吸附的甲醛分子不容易脫附，且化學(xué)吸附鍵不會自發(fā)斷開，有利于顯著降低空氣中的甲醛濃度。

35、本發(fā)明中的硅基骨架能夠起到良好的支撐作用，輔以老化等方法，能夠提高材料的穩(wěn)定性，從而能夠確保材料長效地凈化空氣。本發(fā)明構(gòu)建的多級孔材料中較大的孔洞能夠提供較為寬敞的傳質(zhì)通道，能夠確保氣體能夠順暢地進入材料，加快對氣體的吸附速率，實現(xiàn)快速傳質(zhì)，提高了吸附位點的利用率。尺寸較小的孔洞有利于攔截水分子，使得材料具有大的比表面積、吸附容量和豐富的吸附位點。在室溫下，材料能夠吸濕，由于甲醛親水性強，材料吸濕后發(fā)熱，增強了材料對甲醛的吸附降解。當(dāng)甲醛分子被快速地吸附至材料的活性位點上，與活性氧反應(yīng)形成dom、hcoo-中間體，受到材料吸濕發(fā)熱的增效作用，完全地轉(zhuǎn)化為無害的二氧化碳排放至環(huán)境。

36、即本發(fā)明實際通過親水增強對甲醛的吸附作用和降解作用，同時構(gòu)建多級孔結(jié)構(gòu)形成“內(nèi)過濾”以確保吸附和催化降解過程能夠相對有效地達到平衡，綜合凈化效率達到最高。

37、本發(fā)明的有益效果如下：

38、（1）本發(fā)明制備的復(fù)合凈化材料可以快速吸附空氣中的污染物分子；

39、（2）本發(fā)明制備的復(fù)合凈化材料可以高效地吸附甲醛并降解甲醛，長時間保持甲醛濃度低于安全標(biāo)準(zhǔn)濃度及以下；

40、（3）本發(fā)明制備的復(fù)合凈化材料具有濕度調(diào)節(jié)效果，即確保了在高濕環(huán)境中材料內(nèi)部分子仍可以順暢地運輸，再生效果好。