CN102580703A

CN102580703A - 一种高效空气净化材料的制备方法

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Publication number: CN102580703A
Application number: CN2012100718268A
Authority: CN
Inventors: 张国强; 汤庆国
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2032-03-19
Also published as: CN102580703B

Abstract

一种高效空气净化材料的制备方法。该方法以硅镁为主要成分的粘土矿物纤维为原料，通过半干法酸活化溶蚀纤维颗粒间的碳酸盐和氧化物，使纤维束易于被机械力解离分散，同时疏通矿物纤维晶体的结构微孔，使矿物的比表面积大幅增加；然后加入表面活性剂，增加矿物粉体对甲醛、氨气以及其它挥发性有机污染物分子的吸附能力；再经制粒，并进行造孔后，低温焙烧使产品定型，从而制成高效室内空气净化材料。将该材料安放于中空带有气孔的花瓶、花盆，或纺织物包裹等不同类型室内装饰物中，可以在美化环境的同时，降低室内污染物甲醛、氨气等有害气体的浓度，达到净化室内空气，预防装修病，提高居住者的健康水平的目标。

Description

一种高效空气净化材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种硅镁纤维复合矿物高性能吸附剂的制备技术，包括用半干法进行矿物纤维表面的活化和表面有机化改性，通过制粒、结合微波造孔技术，焙烧定型工艺等技术方案。具体地说就是利用预富集纤维结构微孔矿物，通过酸活化、表面改性，制粒、造孔、焙烧等工艺，制备成对室内污染物如甲醛、氨、挥发性有机物具有高效吸附能力的硅镁矿物复合吸附剂，用于填充室内装饰物，美化环境，净化空气。

背景技术

人类至少70％以上的时间在室内渡过，而城市人口，特别是婴幼儿和老弱残疾者，在室内度过的时间更长，甚至超过了90％。一般而言，室内空气污染物如甲醛、氨、有机气体等污染物的浓度是室外大气浓度的2～5倍，而对于新装修，密闭性比较好的新型建筑，其室内污染物的浓度甚至是室外大气中的几十到几百倍。

随着我国人民生活水平的迅速提高，现代人对生活质量和健康的追求越来越高，结果是住房面积增大，装修的越来越豪华、严密。但由于我国建筑装饰材料的卫生质量标准，产品质量的监督与管理等方面管理不到位，造成大量的劣质装修材料充斥着建材市场。结果表明，由于装修造成的室内空气污染，已成为导致居住者，尤其对儿童、老年人、孕妇以及职业接触者身体健康的最大危害来源。

调查表明，在室内环境污染物中，甲醛、氨、苯(系物)和放射性物质等四类是普遍存在，为害最严重的。如北京市抽查6座新楼，甲醛超标数42％，NH₃超标数80％，其中北京现代城的NH₃超标量20倍。甲醛被称为室内环境的“第一杀手”。室内甲醛主要来源有：建筑装修用胶合板、细木工板、中密度纤维板和刨花板等人造板材；含有甲醛成分的各类涂料，如乳胶漆、合成纤维、粘合剂、油漆和内墙涂料等；以及含有甲醛的装饰纺织品，如床上用品、墙布、墙纸、化纤地毯、窗帘和布艺家居和衣服等。甲醛能与人体蛋白质结合使蛋白质凝固，属原浆毒类，易造成局部皮肤甚至全身的过敏反应。人对甲醛感受的个体差异较大，眼睛最敏感，嗅觉和呼吸道(上呼吸道黏膜)刺激次之，然后是皮肤。

有关污染空气净化的方法很多，其中利用吸附剂吸附方法使空气中的污染物浓度减少，是空气净化的主要方法。如ZL.200910017520.2提出用沸石，海泡石，硅藻土，膨润土，活性炭，纳米硅溶胶，有机胺聚合物，活性炭纤维，无纺布等混合，制成有害物质的吸附材料。ZL.200510032024.6利用活性炭或木炭，添加剂硅胶体、次氯酸钙、无水硫酸铜、无水氯化钙或氧化钙等混合制成空气污染治理的新型吸附材料。CN101422722以活性炭为基础材料，在活性炭上添加可溶性二价铜盐和单质碘元素，以消除氨、二氧化氮、臭氧、碘和硫化物等，使过滤后的空气更加洁净。常用的活性炭有木炭、竹炭、果核(壳)炭，煤质炭，石墨及膨胀石墨及其相关的制品如碳纤维、炭黑等，总体来说，这类吸附剂以活性炭为基础，但多数活性炭的孔径差异大，对污染物吸附的选择性不好，价格也较高。

其它材料如分子筛、活性氧化铝、硅溶胶、硅藻土、蒙脱石、沸石等都具有一定的吸附性，但对污染物的吸附效果各不相同。如CN1554447公开一种活化超细加工凹凸棒石或海泡石与沸石配比造粒，与颗粒状活性炭混合而制成的超细活化复合吸附空气净化剂。CN101138715公开了一种TiO₂柱撑膨润土吸附-光催化一体化催化剂的制备方法，利用具有光催化性能的TiO₂使吸附浓缩到粘土颗粒中污染物，降解，形成无害的CO₂和H₂O，从而达到标本兼治的目标。但由于室内光条件下不存在紫外线，TiO₂的光催化作用发挥不出来，结果达不到清除的目的。

发明内容

本发明通过对天然矿物的酸活化处理和纤维束的解束分散，疏通矿物晶体中天然存在的结构微孔，增加矿物纤维粉体的比表面积，再通过与表面活性剂反应后制粒，借助微波炉进行造孔，然后低温焙烧使产品定型，从而制成对空气污染物具有高效吸附性能的高效空气净化材料，解决了天然矿物对污染物的吸附能力弱的问题。

本发明提供的高效空气净化材料的制备方法包括：

第1、利用以硅镁为主要成分的粘土矿物纤维为原料，包括经预富集的海泡石、凹凸棒石和水镁石；通过半干法酸活化溶蚀纤维颗粒间的碳酸盐和氧化物，使纤维束易于被机械力解离分散，同时疏通矿物纤维晶体的结构微孔，使矿物的比表面积大幅增加；

第2、然后在第1步酸活化后的粘土矿物纤维表面加入表面活性剂，表面活性剂与矿物纤维的表面原子发生反应，而在矿物纤维的表面接枝了有机官能团，以增加矿物粉体对甲醛、氨气以及其它挥发性有机污染物分子的吸附能力；

第3、再经制粒，低温干燥后，利用微波炉产生的微波与矿物纤维晶体中的层间水、结合水、结构水等水分子特殊的作用进行造孔，然后转移到焙烧炉中，低温焙烧使产品定型，以增加颗粒的强度，减少运输使用过程中的灰尘，从而制成对甲醛、氨气以及其它挥发性有机污染物具有很强吸附能力的微孔结构的空气净化材料，或称矿物吸附功能高效吸附剂。

本发明方法的具体操作过程如下：

1)将经过预富集的高品位硅镁矿物纤维加入到高速混合机中，搅拌速度低于100转/min(rpm)，搅拌10min～30min，搅拌过程中，将稀释后的酸溶液用喷壶，通过混合机的加液口喷洒到矿物粉体中，然后提高搅拌速度，保持在800转/min(rpm)以上，分散10min～30min，形成半干法酸活化处理；

2)然后加入表面活性剂，继续以800转/min以上的搅拌速度高速分散20min～30min后，得到酸活化-有机改性的矿物纤维粉体；

3)将第2)步得到的改性矿物粉体转移到制粒机中，喷水制成粒径为1.0mm～10mm的球型颗粒；

4)然后105℃烘2h，或自然干燥后，送入微波炉中，在1200W的微波炉中加热3min～10min；然后转移到焙烧炉中低温焙烧，焙烧温度为250℃～600℃，加热时间60min～120min，最后形成具有微孔结构和高效吸附功能的空气净化材料。

所述的预富集高品位硅镁矿物，主要是指天然矿物海泡石、凹凸棒石、水镁石等的原矿，使用之前经过机械选矿富集，使其品位大幅提高。

所述的高品位是指原料中相应矿物的含量要求大于60％的海泡石、凹凸棒石、水镁石等纤维结构的粘土矿物。它们是具有纳米微孔结构的纤维矿物，可以是其中的一种、两种或两种以上的混合物。

所述的酸为盐酸或磷酸，用水稀释成浓度为2.0mol/L(M)～5.0mol/L(M)的稀酸，然后将稀酸通过高速混合机的加液口喷雾加入，酸的加入量以酸液体积(L)/矿粉重量(kg)表示为10％～15％。

所述的半干法酸活化处理，是由于加入稀酸的体积相对于粘土矿物的吸水量来说，不足以使粘土矿物完全润湿，形成粘泥或泥浆；仅为潮湿的分散状态下进行操作，故称为半干法。

所述的表面活性剂是指聚乙烯醇或聚丙烯酰胺，其加入重量为矿粉重量的2％～5％。

所述的球型颗粒的粒径为1.0mm～10mm。

所述的微波造孔，是指在球型颗粒干燥后，利用微波炉作为热源，微波辐射被水分子吸收后形成的强烈反应，进行造孔。

所述的低温焙烧是指在温度为250℃～600℃的温度下加热60min～120min。

本发明的优点和积极效果：

本发明利用预富集硅镁粘土矿物纤维，加工成矿物吸附功能复合材料。即通过半干法酸活化处理，一方面溶蚀纤维颗粒间的碳酸盐、氧化物等胶结物，使纤维束易于被机械力解离分散，达到疏通纤维晶体中被胶结物封闭的结构微孔，扩大内、外比表面积，结合有机试剂进行表面改性，形成与有机污染物具有亲和性的基体，增加对甲醛、氨气以及其它挥发性有机污染物分子的吸附能力；再经制粒，在干燥过程中利用微波与水分子特殊的作用进行造孔，然后焙烧定型，既减少运输、使用过程中的灰尘，又强化吸附剂对甲醛、氨气及其它挥发性有机污染物等的吸附能力，制成对甲醛、氨气、挥发性有机物等室内空气污染物具有很强吸附能力的多微孔球型颗粒吸附剂。然后，安放于中空带有气孔的花瓶、花盆，或织物包裹物等不同类型工艺品等室内装饰物中，在美化环境的同时，降低室内污染物甲醛、氨气等有害气体的浓度，达到净化室内空气，预防装修病，提高居住者的健康水平的目标。

具体实施方式

本发明提供的高效室内空气净化材料的制备方法的具体操作步骤如下：

第一步、称量矿物粉体(硅镁矿物纤维)的重量，加入到转速低于100rpm的高速混合机中，盖好盖使其密封，搅拌时间10min～30min，搅拌过程中，将稀释后的酸溶液用喷壶，通过混合机的加液口喷洒到矿物粉体中，然后提高搅拌速度，保持在800转/min(rpm)以上，分散10min～30min，形成半干法酸活化处理；

第二步、降低搅拌速度为100rpm以下，打开密封盖，定量加入表面活性剂，再次密封并调整转速为800rpm以上，继续搅拌20min～30min后，得到酸活化-有机改性的矿物纤维粉体。

第三步、将第二步得到的改性矿物纤维粉体倒入制粒机中，启动制粒机，喷入水雾，使改性矿物纤维粉体自然形成颗粒，根据需要制成粒径为1.0mm～10mm的球型颗粒。

第四步、将第三步得到的球型颗粒自然晾干，然后在微波炉中进行加热，在1200W条件下加热3min～10min后，转入回转窑中焙烧，焙烧温度为250℃～600℃，加热时间60min～120min。

第五步、将第三步得到的焙烧颗粒自然冷却后，立即装入带有密封层的编织袋中，入库密封保存。最终得到一种高性能吸附甲醛、氨气等室内污染物的空气净化材料。

实施例1

第一步称量海泡石矿物粉体50kg和凹凸棒石矿物粉体50kg，加入到转速为100rpm的高速混合机中，盖好盖使其密封，搅拌时间10min，搅拌过程中，通过加液口喷入浓度为3.0M的磷酸12L；然后，调整转速为1000rpm，继续高速搅拌20min；

调整转速为80rpm，打开密封盖，加入聚丙烯酰胺2.5kg，再次密封并调整转速为1200rpm，继续搅拌30min后，得到酸活化聚丙烯酰胺改性的海泡石、凹凸棒石矿物粉体。

第二步将酸活化聚丙烯酰胺改性海泡石、凹凸棒石矿物粉体倒入制粒机中，启动制粒机，喷入水雾，使改性粘土自然形成颗粒，根据需要制成粒径为5mm的球型颗粒。

第三步将第二步得到的球型颗粒晾干后，用微波炉在1200W下加热10min，得到孔隙度很好的颗粒，然后转入回转窑中焙烧，焙烧温度为350℃，加热时间120min。

第四步将第三步得到的焙烧颗粒自然冷却后，立即装入带有密封层的编织袋中，入库密封保存。最终得到一种高性能吸附甲醛、氨气等室内污染物的空气净化材料。

应用实验：

在一间25m²的新装修的实验室中进行，首先关闭门窗，5h后，在室内不同区域采样测试室内甲醛、氨及挥发性有机物总量(T_VOCs)为初始含量。然后将装有上述复合吸附剂颗粒500g的放入底部及周边带有孔道装饰图案的工艺花卉，至于实验台的中部；分别在4h、24h、48h后按初始采样方法同样测试室内甲醛、氨及T_VOCs。

结果变化如表1：

表1：应用实施例1实测测试结果的平均值(每个测试项有3个采样测试点)

时间(h)	甲醛(mg/m²)	氨(mg/m²)	T_VOCs(mg/m²)
				0	0.25	1.54	5.28
4	0.21	1.12	3.46
				24	0.08	0.20	0.49
48	0.06	0.13	0.36

结果表明，该吸附剂吸附24h后，实验室室内的空气质量已达到国家相关标准规定的要求。并随着时间的延长仍有所降低。

实施例2

第一步称量凹凸棒石矿物粉体100kg，加入到转速为100rpm的高速混合机中，盖好盖使其密封，搅拌时间30min，搅拌过程中，通过加液口喷入浓度为5M的磷酸10L；然后，调整转速为1000rpm，继续搅拌20min；

调整转速为80rpm，打开密封盖，加入聚丙烯酰胺3kg，再次密封并调整转速为1200rpm，继续搅拌30min后，得到酸活化聚丙烯酰胺改性的凹凸棒石矿物粉体。

第二步将酸活化聚丙烯酰胺改性凹凸棒石矿物粉体倒入制粒机中，启动制粒机，喷入水雾，使改性粘土自然形成颗粒，根据需要制成粒径为2.0mm的球型颗粒。

第三步将第二步得到的球型颗粒在100℃烘干后，然后用微波炉在1200W下加热3min，得到的颗粒转入回转窑中焙烧，焙烧温度为300℃，加热时间60min。

应用实验：

具体使用的吸附装置，测试方法完全同实施实例1，由于吸附比较缓慢，所以一下实验测试只进行初始值、24h、48h的测试。实验结果见表2，可见该吸附剂吸附24h后，实验室室内的空气质量已达到国家相关标准规定的要求。并随着时间的延长仍有所降低。

实施例3

第一步称量水镁石矿物粉体100kg，加入到转速为100rpm的高速混合机中，盖好盖使其密封，搅拌时间20min，搅拌过程中，通过加液口喷入浓度为3.0M的盐酸12L；然后，调整转速为1000rpm，继续搅拌20min，调整转速为80rpm，打开密封盖，加入聚丙烯酰胺5kg，再次密封并调整转速为1200rpm，继续搅拌30min后，得到酸活化聚丙烯酰胺改性水镁石矿粉。

第二步将酸活化聚丙烯酰胺改性水镁石矿粉倒入制粒机中，启动制粒机，喷入水雾，使改性粘土自然形成颗粒，根据需要制成粒径为10mm的球型颗粒。

第三步将第二步得到的球型颗粒自然晾干，然后用微波炉在1200W下加热5min，得到的颗粒转入回转窑中焙烧，焙烧温度为450℃，加热时间120min。

应用实验：

具体使用的吸附装置，测试方法完全同实施实例1，由于吸附比较缓慢，所以一下实验测试只进行初始值、24h、48h的测试。结果见表2，表明该吸附剂吸附24h后，实验室室内的空气质量已达到国家相关标准规定的要求。并随着时间的延长仍有所降低。

实施例4

第一步称量海泡石矿物粉体100kg，加入到转速为80rpm的高速混合机中，盖好盖使其密封，搅拌时间15min，搅拌过程中，通过加液口喷入浓度为2M的盐酸15L；然后，调整转速为800rpm，继续搅拌10min，调整转速为80rpm，打开密封盖，加入聚乙烯醇2kg(使用量为2％-5％)，再次密封并调整转速为1000rpm，继续搅拌30min后，得到酸活化聚乙烯醇改性海泡石矿粉。

第二步将酸活化聚乙烯醇改性海泡石矿粉倒入制粒机中，启动制粒机，喷入水雾，使改性粘土自然形成颗粒，根据需要制成粒径为1.0mm的球型颗粒。

第三步将第二步得到的球型颗粒自然晾干后，然后用微波炉在1200W下加热8min，得到的颗粒转入回转窑中焙烧，焙烧温度为600℃，加热时间60min。

应用实验：

实施例5

第一步称量海泡石矿物粉体30kg、水镁石20kg和凹凸棒石矿物粉体50kg，加入到转速为100rpm的高速混合机中，盖好盖使其密封，搅拌时间25min，搅拌过程中，通过加液口喷入浓度为2.0M的磷酸15L；然后，调整转速为800rpm，继续搅拌20min，调整转速为80rpm，打开密封盖，加入聚乙烯醇3.5kg，再次密封并调整转速为1200rpm，继续搅拌30min后，得到酸活化聚乙烯醇改性混合矿物粉体。

第二步将酸活化聚乙烯醇改性混合矿物粉体倒入制粒机中，启动制粒机，喷入水雾，使改性粘土自然形成颗粒，根据需要制成粒径为5mm的球型颗粒。

第三步将第二步得到的球型颗粒在100℃烘干，然后用微波炉在1200W下加热6min，得到的颗粒转入回转窑中焙烧，焙烧温度为350℃，加热时间120min。

应用实验：

具体的使用的吸附装置，测试方法完全同实施实例1，由于吸附比较缓慢，所以一下实验测试只进行初始值、24h、48h的测试。结果见表2，表明该吸附剂吸附24h后，实验室室内的空气质量已达到国家相关标准规定的要求。并随着时间的延长仍有所降低。

表2：应用实例中实际测试结果的平均值(每个测试项有3个采样测试点)

Claims

1.一种高效空气净化材料的制备方法，其特征在于该方法包括：

第3、再经制粒，低温干燥后，利用微波炉产生的微波与矿物纤维晶体中的层间水、结合水和结构水分子特殊的作用进行造孔，然后转移到焙烧炉中，低温焙烧使产品定型，以增加颗粒的强度，减少运输使用过程中的灰尘，从而制成对甲醛、氨气以及其它挥发性有机污染物具有很强吸附能力的微孔结构的空气净化材料，或称矿物吸附功能吸附剂。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法的具体操作过程及条件如下：

1)将经过预富集的高品位硅镁矿物纤维加入到高速混合机中，以低于100转/min(rpm)速度搅拌10min～30min，搅拌过程中，将稀释后的酸溶液用喷壶，通过混合机的加液口喷洒到矿物粉体中，然后提高搅拌速度，保持在800转/min(rpm)以上，分散10min～30min，形成半干法酸活化处理；

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的高品位硅镁矿物纤维是指原料中相应矿物的含量要求大于60％；所述原料是海泡石、凹凸棒石和水镁石中的一种或两种以上的混合物。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的酸为盐酸或磷酸，用水稀释成浓度为2.0mol/L～5.0mol/L的稀酸，然后将稀酸通过高速混合机的加液口喷雾加入，酸的加入量以酸液体积L/矿粉重量kg表示为10％～15％。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的表面活性剂是聚乙烯醇或聚丙烯酰胺，加入重量为矿粉重量的2％～5％。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于第4)步利用微波炉加热法对球型颗粒进行造孔，指利用微波炉作为热源，通过微波辐射被水分子吸收后形成的强烈反应，进行造孔。