一種凈化空氣材料及其制備方法和應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種凈化空氣材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于催化劑材料技術(shù)領(lǐng)域。所述的材料包括基材和錳氧化物，錳氧化物負(fù)載在基材上，其特征在于，所述基材為鋁或鋁合金，所述錳氧化物為水鈉錳礦型錳氧化物。本發(fā)明具有涂覆工藝簡便，易于進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。錳氧化物催化劑在鋁基材表面的上載率高，牢固且不易脫落。本發(fā)明的凈化材料可以在室溫下快速分解空氣中的甲醛或臭氧，凈化成本低，且通過加熱的形式可以對催化劑進(jìn)行快速再生。
【專利說明】
_種凈化空氣材料及其制備方法和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于催化劑材料領(lǐng)域，尤其是涉及一種具有可用于室內(nèi)空氣中的氣態(tài)污染物凈化材料及該凈化材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]新裝修的房屋空氣質(zhì)量超標(biāo)十分普遍，這主要是由于裝修及家具材料釋放大量的氣態(tài)污染物造成的。室內(nèi)空氣的主要?dú)鈶B(tài)污染物有甲醛、苯系物、氨、TVOC等，其中甲醛具有強(qiáng)烈的刺激性，是室內(nèi)空氣中最嚴(yán)重的污染物之一?，F(xiàn)代人大約有90 %以上的時(shí)間是在室內(nèi)度過的。因此，為了身體健康，研究開發(fā)包括甲醛在內(nèi)的氣態(tài)污染物的控制技術(shù)是非常必要的。
[0003]催化氧化技術(shù)被認(rèn)為是目前去除甲醛比較有效的技術(shù)。負(fù)載在二氧化鈦等載體上的貴金屬納米粒子(如P t、P d、A g )在常溫下對甲醛降解有較高的活性(Environ.Sc1.Techno 1.2015,49,2384；Environ.Sc1.Techno 1.2015,49,6637；J.Mater.Chem.A,2015,3，10432)。研究者們還發(fā)現(xiàn)非貴金屬氧化物，如二氧化猛、氧化鋪、氧化鈷等對甲醛的去除效果，發(fā)現(xiàn)這些催化劑在常溫下對甲醛也有較高的降解活性(RSCAdv.,2015,5,434;ACS Catal.2015，5，2260 !Environ.Sci.Technol.2011,45，3628)。這些催化劑產(chǎn)品主要以粉體為主，粉末型催化劑在實(shí)際的催化應(yīng)用中多有不便，所以在實(shí)際應(yīng)用中要將催化劑與一些輔料(粘結(jié)劑)負(fù)載在載體上，例如多孔的氧化鋁和蜂窩陶瓷上(CN102950029A;CN104209110A)。這類催化劑載體多為骨架材料，具有強(qiáng)度高、孔隙率大等優(yōu)點(diǎn)。這些方法雖然解決了粉末催化劑的負(fù)載問題，然而在實(shí)際使用中一方面有時(shí)候污染物的負(fù)荷可能超出催化劑的分解能力，催化劑不能及時(shí)有效地去除污染物;另一方面，甲醛分解的中間產(chǎn)物如甲酸和碳酸鹽不能及時(shí)從催化劑表面分解和脫除，從而導(dǎo)致催化劑性能逐漸下降。因此，如何開發(fā)一種低風(fēng)阻，能快速去除催化劑表面的污染物的技術(shù)，成為本發(fā)明需要解決的問題。
[0004]現(xiàn)有的將空調(diào)器和空氣凈化器二者的功能相結(jié)合通常做法是將空氣凈化裝置/模塊集成到室內(nèi)空調(diào)器上，如將空調(diào)凈化裝置直接固定到空調(diào)室內(nèi)機(jī)頂部的進(jìn)風(fēng)口上，當(dāng)關(guān)閉凈化空氣功能時(shí)，空氣凈化裝置會(huì)對空調(diào)器的進(jìn)風(fēng)產(chǎn)生不利的影響?；蛘咄ㄟ^導(dǎo)軌的方式將空氣凈化模塊置于空調(diào)器的進(jìn)風(fēng)口處，當(dāng)開啟凈化模式時(shí)，導(dǎo)軌將模塊移至進(jìn)風(fēng)口處；當(dāng)關(guān)閉凈化模式，導(dǎo)軌通過伸縮的方式將模塊移開，以保證進(jìn)風(fēng)口的出風(fēng)效率。然而氣體在經(jīng)過風(fēng)道時(shí)，受凈化裝置/模塊的阻力影響，大部分氣體是未通過凈化裝置/模塊而輸出，這也是導(dǎo)致采用現(xiàn)有技術(shù)的具有空氣凈化功能的空調(diào)凈化效率低且凈化效果差。因此，如何既能發(fā)揮空氣凈化裝置的空氣凈化作用，又能在只開啟空氣溫度調(diào)節(jié)功能時(shí)，使空氣凈化裝置/模塊風(fēng)阻值低，從而不影響空調(diào)的進(jìn)風(fēng)量，這已成為亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出了一種凈化空氣材料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明將錳氧化物簡便、牢固地負(fù)載在低風(fēng)阻的鋁及鋁合金模塊上。本發(fā)明方法配制的漿料中添加水基粘合劑，使催化劑良好地涂覆在鋁基表面，同時(shí)保證催化劑的催化性能，便于工業(yè)化應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明的一種凈化空氣的材料，包括基材和錳氧化物，錳氧化物負(fù)載在基材上所述基材為鋁或鋁合金，所述錳氧化物為水鈉錳礦型錳氧化物。
[0007]本發(fā)明的一種凈化空氣材料的制備方法，該制備方法包括以下步驟:
[0008](I)用催化劑、水基粘合劑、水的重量比例為1-5:1-8:2-10配制催化劑漿料；
[0009](2)將表面處理完全均勻潤水的鋁或鋁合金基材浸入步驟(I)的漿料中，至鋁基上或鋁合金基材上均勻的掛漿；
[0010](3)從漿料中取出至完全干燥；
[0011]所述催化劑的顆粒大于100目、為水鈉錳礦型二氧化錳催化劑;所述催化劑漿料的pH值為5-9 O
[0012]所述步驟(I)中漿料的固含量為5-50%。
[0013]所述鋁或鋁合金基材在浸入之前對漿料進(jìn)行消泡處理。
[0014]所述表面處理完全均勻潤水的步驟為用酒精脫除鋁基表面的油脂污染物、再用純水進(jìn)行水洗至鋁基表面完全均勻潤水，并于潤水膜連續(xù)性保持30s以上。
[0015]所述步驟(3)的干燥為負(fù)載錳氧化物的鋁基材料放入烘箱中加工至完全干燥。
[0016]本發(fā)明的凈化材料，所述凈化材料可應(yīng)用于需要對空氣進(jìn)行凈化的設(shè)備、工藝品。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在:
[0018](I)涂覆工藝簡便，易于操作，成本低，易于進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。
[0019](2)錳氧化物催化劑在鋁基材表面的上載率高，牢固且不易脫落。
[0020](3)制備得到的鋁基負(fù)載錳氧化物凈化材料易于成型，可加工成翅片固定在金屬棒上，得到的空氣凈化模塊風(fēng)阻低，適合于多種形式的空氣凈化器。如:在空調(diào)室內(nèi)機(jī)的鋁基換熱器上涂覆催化劑，達(dá)到對室內(nèi)空氣的凈化。
[0021](4)所發(fā)明的凈化材料可以在室溫下快速分解空氣中的甲醛或臭氧，凈化成本低，且通過加熱的形式可以對催化劑進(jìn)行快速再生。
[0022](5)在現(xiàn)有設(shè)備金屬換熱器的翅片上負(fù)載降解甲醛的催化劑。銀白色的金屬換熱器的表面負(fù)載甲醛催化劑后，換熱器表面呈現(xiàn)棕褐色。將換熱器固定在空調(diào)室內(nèi)機(jī)上，如附圖3 ο通過操控遙控器，即可實(shí)現(xiàn)空調(diào)功能和空氣凈化功能。
[0023](6)本發(fā)明以鋁及鋁合金為基材負(fù)載錳氧化物，所得的凈化材料可以長時(shí)間降解室內(nèi)空氣中的甲醛及臭氧。
【附圖說明】
[0024]圖1為鋁基負(fù)載錳氧化物前后的照片，其中:圖1A為鋁基材，圖1B為負(fù)載錳氧化物后的招基材。
[0025]圖2為鋁基材負(fù)載錳氧化物前后的電子顯微鏡照片，其中:圖2A為鋁基材電鏡照片，圖2B為鋁基材負(fù)載錳氧化物后的電鏡照片。
[0026]圖3為空調(diào)器換熱器表面負(fù)載錳氧化物前后的照片，圖3a為未負(fù)載，圖3b為負(fù)載后。
[0027]圖4為招基上負(fù)載猛氧化物如后的XRD不意圖。
[0028]圖5為鋁基負(fù)載錳氧化物靜態(tài)去除空氣中甲醛的效果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面通過具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，下述說明并不對本
【發(fā)明內(nèi)容】
進(jìn)行限制。
[0030]催化劑的制備并非本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要按照現(xiàn)有技術(shù)中公開的方法制備所需的二氧化錳催化劑，或者在市場中購買所需的錳氧化物催化劑。
[0031]實(shí)施例1
[0032]稱取20g高錳酸鉀和30g草酸銨，加入IL的水，超聲至高錳酸鉀和草酸銨完全溶解，將所得的溶液放置于90°C水浴中反應(yīng)10小時(shí)。將生成的錳氧化物離心、洗滌并置于105°C烘箱干燥，即得到二氧化錳催化劑。研磨，取大于100目的粉體，備用。
[0033]稱取20g二氧化錳粉體催化劑，加入20g丙烯酸粘合劑，40g去離子水，混合，得到固含量約為25%的漿料，調(diào)節(jié)漿料pH為9，然后除去漿料表面的泡沫。
[0034]將質(zhì)量為0.74g，厚度為0.3mm的鋁基翅片浸漬在酒精溶液中超聲洗滌20min，除去表面的油脂。取出用去離子水超聲洗滌至鋁基表面完全浸潤(潤水膜連續(xù)性保持30s以上負(fù)載的效果更佳)，備用。
[0035]將表面處理過的鋁基翅片浸入上述漿料中，攪拌，至鋁基翅片上均勻的掛漿，然后取出至完全干燥。為快捷獲得成品，置于60°C烘箱干燥4h，得到鋁基負(fù)載的錳氧化物催化劑的凈化材料。計(jì)算催化劑的上載率(催化劑上載率的計(jì)算公式=(負(fù)載催化劑后的鋁基質(zhì)量-負(fù)載前的鋁基質(zhì)量)/負(fù)載前的鋁基質(zhì)量)，結(jié)果為62.5%。
[0036]圖1A和圖1B為鋁基翅片負(fù)載二氧化錳催化劑前后的照片。負(fù)載前，鋁基翅片呈現(xiàn)銀色的金屬光澤；負(fù)載后，翅片的表面完全變成黑色，這說明二氧化錳已經(jīng)完全覆蓋在鋁基翅片的表面。
[0037]實(shí)施例2
[0038]稱取25g高錳酸鉀，加入IL的水，超聲至高錳酸鉀完全溶解，隨后加入1.5L的甲醇，將所得的溶液放置于水浴45°C下反應(yīng)6小時(shí)。將生成的錳氧化物離心、洗滌并置于105°C烘箱干燥，即得到二氧化錳催化劑。研磨，取大于100目的粉體、備用。
[0039]稱取25g二氧化錳粉體催化劑，加入1g聚氨酯粘合劑和20g去離子水，混合，得到固含量約為45.5 %的漿料，調(diào)節(jié)漿料pH為7。
[0040]將質(zhì)量為0.74g，厚度為0.3mm的鋁基片浸漬在酒精溶液中超聲洗滌20min，取出用去離子水超聲洗滌至鋁基表面完全浸潤(潤水膜連續(xù)性保持30s以上負(fù)載的效果更佳)，備用。
[0041]將表面處理過的鋁基板浸入漿料中，來回?cái)嚢?，至鋁基板上均勻的掛漿，后取出至完全干燥。為快捷獲得成品，置于60°C烘箱干燥4h，得到鋁基負(fù)載的錳氧化物催化劑的凈化材料。計(jì)算催化劑的上載率，結(jié)果為76.4%。
[0042]圖2A和圖2B為鋁基板負(fù)載二氧化錳催化劑前后的電鏡照片。負(fù)載前，鋁基板的表面較為光滑；負(fù)載后，鋁基板的表面上有大量的催化劑顆粒，并且顆粒的大小均一，分散度好。
[0043]圖4為鋁基板負(fù)載二氧化錳催化劑前后的XRD圖。圖3下面的曲線為未負(fù)載的鋁基板的晶型圖，從圖中可以看出，2theta角的出峰位置為金屬鋁典型的特征峰。上面的曲線為涂覆二氧化錳催化劑的晶型圖。可以看出，但鋁基板負(fù)載二氧化錳催化劑后，鋁的特征峰減弱，在12.3°和24.6°處出現(xiàn)兩個(gè)衍射峰，這是典型的水鈉錳礦型的二氧化錳催化劑的特征峰，這也說明二氧化錳催化劑成功地涂覆在鋁基板的表面。
[0044]圖5為在鋁基的正溫度系數(shù)加熱模塊的表面上負(fù)載錳氧化物在常溫和加熱條件下靜態(tài)測試甲醛的去除效果。從圖中可以看出負(fù)載在鋁基表面的錳氧化物能較好地去除甲醛。當(dāng)加熱時(shí)，2小時(shí)內(nèi)將約140mg/m3的甲醛降解至10mg/m3，說明通過對鋁片進(jìn)行加熱可以加速錳氧化物降解甲醛的速度。
[0045]實(shí)施例3
[0046]按照(Appl.Catal.B:Environ.,2016,189，210)報(bào)道，稱取25g高錳酸鉀，20g—水合硫酸錳，加入IL的水，超聲至藥品完全溶解，將所得的溶液放置于水熱反應(yīng)釜中140°C下反應(yīng)12h。將生成的二氧化錳離心、洗滌并置于105°C烘箱干燥，即得到可以除臭氧的二氧化錳催化劑。研磨，取大于100目的粉體、備用。
[0047]稱取1g的二氧化錳粉體催化劑，加入SOg丙烯酸粘合劑和10g去離子水，混合，得到固含量約為5.3 %的漿料，調(diào)節(jié)漿料pH為5。
[0048]將質(zhì)量為0.74g，厚度為0.3mm的鋁基片浸漬在酒精溶液中超聲洗滌20min，取出用去離子水超聲洗滌至鋁基表面完全浸潤(潤水膜連續(xù)性保持30s以上負(fù)載的效果更佳)，備用。
[0049]將表面處理過的鋁基板浸入漿料中，來回?cái)嚢?，至鋁基板上均勻的掛漿，后取出至完全干燥。為快捷獲得成品，置于60°C烘箱干燥4h。干燥后，再浸入漿料中進(jìn)行二次負(fù)載，干燥。三次浸漬后，直至粉末完全覆蓋鋁基的表面，即得到鋁基負(fù)載的錳氧化物催化劑的凈化材料。計(jì)算催化劑的上載率，結(jié)果為45.2%。
[0050]實(shí)施例4
[0051]將空調(diào)器的金屬換熱器的翅片上按照本發(fā)明的方法負(fù)載降解甲醛的催化劑(如附圖3)。銀白色的金屬換熱器的表面負(fù)載甲醛催化劑后，換熱器表面涂覆了一層均勻的棕黑色錳氧化物催化劑。將換熱器固定在空調(diào)室內(nèi)機(jī)上，通過操控遙控器，即可實(shí)現(xiàn)空調(diào)功能和空氣凈化功能。當(dāng)運(yùn)行空調(diào)器的時(shí)，啟動(dòng)空氣凈化模式，室內(nèi)空氣通過進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入空調(diào)器殼體內(nèi)的換熱器，經(jīng)過換熱，換熱器表面的催化劑對空氣中的污染物進(jìn)行降解，而后干凈的空氣從出風(fēng)口流出。達(dá)到空氣凈化。在制冷模式或常溫模式下工作的催化劑可以進(jìn)行室內(nèi)空氣污染物的降解；當(dāng)空調(diào)開啟制熱模式時(shí)，換熱器上散發(fā)出來的熱量能快速地處理在催化劑表面累計(jì)的中間產(chǎn)物，并顯著提高對室內(nèi)空氣中甲醛的凈化。
[0052]也可將用本發(fā)明的材料直接制成產(chǎn)品置于需要凈化空氣的空間內(nèi)使用，在室溫下直接分解空氣中的甲醛和臭氧，再通過加熱對催化劑進(jìn)行快速再生。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種凈化空氣的材料，包括基材和錳氧化物，錳氧化物負(fù)載在基材上，其特征在于，所述基材為鋁或鋁合金，所述錳氧化物為水鈉錳礦型錳氧化物。2.一種凈化空氣材料的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟: (1)用催化劑、水基粘合劑、水的重量比例為1-5:1-8:2-10配制催化劑漿料； (2)將表面處理完全均勻潤水的鋁或鋁合金基材浸入步驟(I)的漿料中，至鋁基材上或鋁合金基材上均勻的掛漿； (3)從漿料中取出至完全干燥； 所述催化劑的顆粒大于100目、為水鈉錳礦型二氧化錳催化劑;所述催化劑漿料的pH值為 5-9 03.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中漿料的固含量為5-50%。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述鋁或鋁合金基材在浸入之前對漿料進(jìn)行消泡處理。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述表面處理完全均勻潤水的步驟為用酒精脫除鋁基表面的油脂污染物、再用純水進(jìn)行水洗至鋁基表面完全均勻潤水，并于潤水膜連續(xù)性保持30s以上。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)的干燥為負(fù)載錳氧化物的鋁基材料放入烘箱中加工至完全干燥。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的凈化材料的應(yīng)用，其特征在于，所述凈化材料可應(yīng)用于需要對空氣進(jìn)行凈化的設(shè)備、工藝品。
【文檔編號】B01D53/72GK105854592SQ201610280191
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】張彭義, 劉芳, 李金格, 武朦
【申請人】清華大學(xué)