一種空氣凈化材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及凈化材料，尤其涉及一種用于空氣吸附的凈化材料。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們物質(zhì)文化生活水平的提高，室內(nèi)裝修已成為時(shí)尚，隨之而來的便是室內(nèi)空氣的污染越來越嚴(yán)重。而且對于大多數(shù)人來說，無論工作、學(xué)習(xí)或生活，人們的大部分時(shí)間都是在室內(nèi)度過的。盡管大氣污染對人體健康的危害早已被人們所認(rèn)識，但至到二十世紀(jì)中期以來人們的注意力才逐漸轉(zhuǎn)移到室內(nèi)空氣污染對人體健康的危害上。室內(nèi)空氣污染的種類多、污染源更廣泛，影響因素也很復(fù)雜，對人體健康造成的危害往往比室外更嚴(yán)重。室內(nèi)空氣質(zhì)量研究已經(jīng)成為環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)新的重要組成部分，近年來更加引起人們的廣泛關(guān)注。
[0003]目前用于空氣污染的處理方法主要有吸附技術(shù)、光催化技術(shù)、低溫等離子體技術(shù)及催化氧化技術(shù)。
[0004]吸附技術(shù)是目前應(yīng)用最廣的空氣凈化技術(shù)。吸附技術(shù)主要采用活性炭和分子篩等高比表面材料來吸附甲醛，以達(dá)到凈化空氣的目的，但由于吸附材料吸附能力有限，需定期再生或更換，易產(chǎn)生二次污染。
[0005]光催化技術(shù)主要利用納米Ti02作為光催化劑，通過活性氫氧自由基和超氧自由基的作用，在室溫條件下就可以分解甲醛。光催化氧化技術(shù)對有機(jī)污染物的去除具有操作簡便、能耗低、氧化能力強(qiáng)、反應(yīng)條件溫和、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在空氣凈化領(lǐng)域有著誘人的應(yīng)用前景。在紫外光照射下，Ti02能將室內(nèi)種類繁多的有害物質(zhì)催化氧化，但其存在催化劑失活的問題，并且反應(yīng)速率有待提高。
[0006]低溫等離子體技術(shù)是通過在常壓下空氣放電產(chǎn)生的低溫等離子體中包含電子、離子、氧活性物種和激發(fā)態(tài)分子等有極高化學(xué)活性的物種，打開污染氣體分子的化學(xué)鍵，使很多高活化能的化學(xué)反應(yīng)得以發(fā)生，從而達(dá)到處理室內(nèi)空氣中有機(jī)污染物的目的。但是該技術(shù)在對空氣放電過程中容易產(chǎn)生氮氧化物及臭氧等二次污染物。
[0007]熱催化氧化技術(shù)是在較低的溫度下利用催化劑將甲醛完全分解為無害的H20和co2，也是一種較有應(yīng)用前景的凈化甲醛的方法。但所用的催化劑催化氧化甲醛的操作溫度通常遠(yuǎn)高于室溫，難以滿足室內(nèi)空氣凈化所需的常溫常壓、能耗低的要求，因此只有開發(fā)出室溫、常壓下能完全氧化甲醛為h20和C02的材料，才有希望實(shí)現(xiàn)催化氧化技術(shù)在室內(nèi)空氣甲醛凈化方面的實(shí)際應(yīng)用。
[0008]以上單一使用一種方法均存在不同方面的問題，那么是否可以將多種方法結(jié)合起來以克服單一使用時(shí)的缺陷，大大提高空氣凈化的效果呢？這是目前值得研究的一個(gè)課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種吸附與光催化氧化技術(shù)相結(jié)合的復(fù)合技術(shù)，以高性能的吸附劑為載體的負(fù)載光催化劑，利用吸附劑的極強(qiáng)吸附性能將有害物質(zhì)富集在Ti02/Pt周圍，克服了吸附技術(shù)和光催化氧化技術(shù)的缺點(diǎn)，提高了反應(yīng)速率，達(dá)到更理想的污染物去除效果。
[0010]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0011]—種空氣凈化材料，其制備原料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)含有:無機(jī)吸附材料60-90%，例如為 63%、68%、72%、78%、84%、89%等，納米二氧化鈦 10-40%，例如為 12%U6%,20%,24%、28%、33%、37%等，Ptl-5%，例如為 1.3%,2%,2.5%,3.2%、3.9%、4.6%等，并采用如下方法制備:
[0012]1)將鈦酸丁酯溶于無水乙醇中，加入乙酰丙酮，乙酰丙酮作為抑制劑可以延緩鈦酸丁酯的強(qiáng)烈水解；
[0013]2)攪拌下，加入硝酸水溶液和無水乙醇的混合溶液中得到二氧化鈦的溶膠，加入硝酸也可以抑制水解，同時(shí)可使膠粒帶正電，阻止膠粒的凝聚，可使制得的材料表面包覆的二氧化鈦比較均勻；
[0014]3)攪拌下將Pt加入步驟2)所得溶膠中；
[0015]4)將無機(jī)吸附材料浸入步驟2)所得溶膠中；
[0016]5)將浸過溶膠的無機(jī)材料烘干；
[0017]6)將步驟5)所得材料燒結(jié)得到無機(jī)吸附材料表面包覆納米二氧化鈦/Pt的復(fù)合材料。
[0018]本發(fā)明通過特定的制備方法，使表面的納米二氧化鈦/Pt均勻的包覆在無機(jī)吸附材料的表面，將吸附材料和高催化性能的光催化材料結(jié)合在一起，以高性能的吸附劑為載體的負(fù)載光催化劑，利用吸附劑的極強(qiáng)吸附性能將有害物質(zhì)富集在Ti02/Pt周圍，可以克服吸附技術(shù)和光催化氧化技術(shù)的缺點(diǎn)，提高了反應(yīng)速率，達(dá)到更理想的污染物去除效果，同時(shí)Ti02/Pt催化劑具有極強(qiáng)的選擇性和實(shí)用性。
[0019]本發(fā)明所述的空氣凈化材料，步驟1)中鈦酸丁酯和乙酰丙酮的質(zhì)量比為1-5:1，例如為 1.3:1、1.7:1、2.2:1、3:1、3.5:1、4.2:1、4.7:1 等。
[0020]本發(fā)明所述的空氣凈化材料，步驟1)中鈦酸丁酯和無水乙醇的質(zhì)量體積比為20-100g/L，例如為 25g/L、32g/L、40g/L、55g/L、67g/L、80g/L、86g/L、92g/L、99g/L 等。
[0021]本發(fā)明所述的空氣凈化材料，步驟2)中硝酸水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15-40%，例如為17 %、22 %、28 %、31 %、36 %、39 %等，硝酸水溶液與無水乙醇的體積比為0.5_4:1，例如為 0.8:1、1.2:1、1.8:1、2.5:1、3.2:1、3.8:1 等。
[0022]本發(fā)明所述的空氣凈化材料，硝酸水溶液中的硝酸和鈦酸丁酯的質(zhì)量比為0.1-0.5:1，例如為 0.2:1,0.25:1,0.33:1,0.40:1,0.46:1 等。
[0023]通過控制反應(yīng)過程中鈦酸丁酯與乙酰丙酮、硝酸及無水乙醇的量，既可以有效抑制水解的進(jìn)行，又可以使制得的溶膠具有合適的顆粒尺寸，并最終制得符合要求的表面包覆的納米二氧化鈦的尺寸。
[0024]本發(fā)明所述的空氣凈化材料，步驟5)中的烘干溫度為低于100°C，例如為55°C、60°C、70°C、85°C、90°C、96°C等，優(yōu)選為80_95°C，烘干的時(shí)間為30min以上，例如為40min、55min、l.2h、l.7h、2.5h、3h 等，優(yōu)選為 l_2h。
[0025]本發(fā)明所述的空氣凈化材料，步驟6)中燒結(jié)的過程為:將步驟5)所得材料放入馬弗爐中，以2-5°C /min的升溫速率升溫至200-350°C，例如為220°C、240°C、280°C、320°C、345°C等，保溫2-5h，例如為2.lh、2.4h、3h、3.5h、4.2h、4.8h等。此燒結(jié)步驟對于產(chǎn)物的性能有著至關(guān)重要的影響，2-5°C /min的升溫速率可以使制得材料的孔徑比較均一，終溫及保溫時(shí)間則可以使制得材料的表面積最大化，也可保證了有效吸附面積最大。
[0026]本發(fā)明所述的空氣凈化材料，步驟6)后還進(jìn)行水洗、烘干操作，烘干的條件與步驟5)中的相同。
[0027]本發(fā)明所述的空氣凈化材料，步驟4) -6)重復(fù)2次以上，例如為4次、6次等，優(yōu)選為3-5次。多次進(jìn)行浸泡、烘干、燒結(jié)可得到不同厚度的二氧化鈦涂層。
[0028]本發(fā)明所述的空氣凈化材料，所述的無機(jī)吸附材料為活性炭或分子篩，優(yōu)選比表面積為 1000-2500m2/g，例如為 1100m2/g、1500m2/g、1800m2/g、2000m2/g、2300m2/g 等的無機(jī)吸附材料。
[0029]優(yōu)選地，所述的納米二氧化鈦的平均粒徑為3-100nm,例如為6nm、15nm、30nm、50nm、70nm、90nm等,優(yōu)選為5_20nm。選擇該粒徑范圍既可以使制得材料具有極好的表面活性，使催化效應(yīng)明顯，還可使材料具有極好的反應(yīng)選擇性。
[0030]本發(fā)明采用吸附法和光催化氧化法相結(jié)合的技術(shù)，克服了吸附技術(shù)和光催化氧化技術(shù)的缺點(diǎn)，提高了反應(yīng)速率，達(dá)到更理想的污染物去除效果，同時(shí)催化劑具有極強(qiáng)的選擇性和實(shí)用性。
[0031]下面對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。但下述的實(shí)例僅僅是本發(fā)明的簡易例子，并不代表或限制本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面通過【具體實(shí)施方式】來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0033]一種空氣凈化材料，其制備原料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)含有:無機(jī)吸附材料60-90 %，納米二氧化鈦10-40%，Pt 1-5%，并采用如下方法制備:
[0034]1)將鈦酸丁酯溶于無水乙醇中，加入乙酰丙酮；其中，鈦酸丁酯和乙酰丙酮的質(zhì)量比為1-5:1，鈦酸丁酯和無水乙醇的質(zhì)量體積比為20-100g/L ；
[0035]2)攪拌下，加入硝酸水溶液和無水乙醇的混合溶液中得到二氧化鈦的溶膠；硝酸水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15-40 %，硝酸水溶液與無水乙醇的體積比為0.5-4:1，硝酸水溶液中的硝酸和鈦酸丁酯的質(zhì)量比為0.1-0.5:1 ；
[0036]3)攪拌下，將Pt加入步驟2)所得溶膠中；
[0037]4)將比表面積為1000_2500m2/g的無機(jī)吸附材料浸入步驟3)所得溶膠中；
[0038]5)將浸過溶膠的無機(jī)材料烘干；其中，烘干溫度為低于100°C，優(yōu)選為80_95°C，烘干的時(shí)間為30min以上，優(yōu)選為l_2h ；
[0039]6)將步驟5)所得材料燒結(jié)得到無機(jī)吸附材料表面包覆平均粒徑為3-100nm的納米二氧化鈦的復(fù)合材料，燒結(jié)的過程為:將步驟5)所得材料放入馬弗爐中，以2-5°C /min的升溫速率升溫至200-350°C，保溫2-5h ；
[0040]任選進(jìn)行水洗、烘干操作，步驟4) -6)