CN105289192A - 一种适用于空气净化机的室温甲醛分解剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于空气净化机的室温甲醛分解剂，是以硅藻土粉体颗粒为核，在其表面生长超细TiO2纳米带，再通过在TiO2纳米带上负载纳米Pt颗粒制得，其特征是所述室温甲醛分解剂是以硅藻土粉体颗粒为载体负载着超细TiO2纳米带的复合结构材料，其中超细TiO2纳米带与纳米Pt颗粒形成Pt/TiO2异质结构，纳米Pt颗粒的负载量占Pt/TiO2异质结构总质量的1％～5％。本发明的甲醛分解剂能够对多种甲醛污染处理集成化，即通过以具有很强吸附能力的硅藻土颗粒为核，实现其对甲醛分子的高效捕获，通过在其表面生长TiO2超细纳米带，使其具有了光触媒甲醛降解功能，再通过在TiO2上负载超小颗粒的Pt实现甲醛分子的常温催化，真正实现了长期稳定高效的室内甲醛类空气净化。
Description
技术领域
本发明涉及一种针对室内甲醛污染的空气净化剂及其制备方法，尤其涉及一种适用于空气净化机的室温甲醛分解剂及其制备方法。
背景技术
甲醛(化学分子式为HCHO)是无色且易溶于水的液体，挥发性很强，有刺激性气味。各类人造板材及其家具在制作中通常采用脲醛树脂作为胶黏剂，通常认为是室内甲醛的最大排放源。新装修的房间甲醛含量较高，是众多疾病的诱因。甲醛对眼、鼻、喉的黏膜有强烈的刺激作用，最普遍的症状就是眼睛受刺激和头痛，严重的可引起过敏性皮炎和哮喘。由于甲醛可与蛋白质反应生成氮次甲基化合物而使细胞中的蛋白质凝固变性，因而可抑制细胞机能。此外，甲醛还能和空气中的离子性氯化物反应生成二氯甲基醚，而后者是一种致癌物质。甲醛可被室内的高比表面材料吸附富集，当室内温度升高时又重新释放出来，从而使得甲醛的清除过程很长且复杂，加剧污染效应。我国《室内空气质量标准》规定室内空气中甲醛的限值为0.10mg/m3，但是日常生活中新装住宅平均浓度大于0.2mg/m3，对应于现代人越来越多的室内活动，甲醛污染已经更加明显的影响人们的生活健康。
传统的降低室内甲醛浓度的处理方法有三种：1.增强换气，对冲室内甲醛浓度；2.物理或者化学吸附，降低室内游离的甲醛分子浓度；3.应用光触媒材料(如TiO2)实现在光的作用下，利用其分解经过光触媒催化剂表面的甲醛分子。然而针对室内甲醛污染，以上三种方法虽然都能在一定程度上降低污染程度，但是通过增强换气和物理化学吸附的方式效率较低，容易因为室内物体对甲醛分子的吸附和脱附导致新的污染。目前的光触媒材料主要是基于紫外光响应的TiO2基材料，在甲醛分子降解方面具有一定的优势，但是大剂量的紫外光应用对能源和光污染限制方面又提出了严格的限制和要求。
近几年，随着室内空气污染的加重，利用空气净化器处理室内空气污染已经成为比较普遍的家用空气净化手段。在其净化空气过程中，主要采用的还是以上物理化学吸附和光触媒的方法。物理吸附如活性炭类、硅藻土类材料，吸附量有限，需要经常更换，而且随着温度和湿度的变化，还会形成新的释放；化学吸附能够处理的甲醛量较大，但是多数为含有一定毒性的化合物，会引起新种类的污染；TiO2基光触媒对紫外光通量有要求，这样限制了TiO2基催化材料的厚度，限制了其机械体积催化效率。
发明内容
针对以上甲醛处理方法的不足，本发明提供了一种适用于空气净化机的室温甲醛分解剂及其制备方法。
为获得上述适用于空气净化机的室温甲醛分解剂，本发明采用的技术方案及反应机理是：以具有很强吸附能力的硅藻土颗粒为核，实现其对甲醛分子的高效捕获，通过在其表面生长TiO2超细纳米带，使其具有了光触媒甲醛降解功能，再通过在TiO2纳米带上负载纳米Pt颗粒，形成以硅藻土粉体颗粒为载体负载着超细TiO2纳米带和纳米Pt颗粒形成的Pt/TiO2异质结构，实现其对甲醛分子的常温催化。
具体的，本发明所述的适用于空气净化机的室温甲醛分解剂，是以硅藻土粉体颗粒为核，在其表面生长超细TiO2纳米带，再通过在TiO2纳米带上负载纳米Pt颗粒制得，其特征在于：所述室温甲醛分解剂是以硅藻土粉体颗粒为载体负载着超细TiO2纳米带的复合结构材料，其中超细TiO2纳米带与纳米Pt颗粒形成Pt/TiO2异质结构，纳米Pt颗粒的负载量占Pt/TiO2异质结构总质量的1％～5％；所述硅藻土粉体颗粒直径为0.5～8μm，所述超细TiO2纳米带为绒面的结构，其宽度为10～40nm，长度为0.5～2μm，厚度为1～6nm，所述纳米Pt颗粒与TiO2形成的异质结构尺寸在2～5nm之间。
本发明所述适用于空气净化机的室温甲醛分解剂的制备方法，步骤是：
(1)称取钛酸异丙酯，按照钛酸异丙酯:浓盐酸质量比2:100～5:100的量加入到浓盐酸中，搅拌混合10～20分钟，制得钛酸异丙酯盐酸溶液；称取硅藻土，按照钛酸异丙酯:硅藻土质量比10:100～50:100的量，将硅藻土混合到制得的钛酸异丙酯盐酸溶液中，充分搅拌分散均匀，得到混合溶液命名为混合溶液1；
(2)按照钛酸异丙酯:十六烷基三甲基溴化铵质量比为110:100的量，称取十六烷基三甲基溴化铵，配成0.8wt％的水溶液，然后滴加入混合溶液1中，得到溶液A，再按照钛酸异丙酯:尿素质量比为1:100的量，称取尿素，加入溶液A中，搅拌20～30分钟，得到混合溶液命名为混合溶液2；
(3)按照混合溶液2:乙二醇体积比为1:(3±0.1)的量，取乙二醇与混合溶液2混合搅拌10～20分钟，得到混合溶液命名为前驱体溶液3；
(4)将所得前驱体溶液3转移到水热反应釜中，150～165℃保温10～20小时，自然降温后，取出反应产物，利用酒精和水各洗涤3～5遍，干燥后即得到以硅藻土粉体颗粒为载体负载着超细TiO2纳米带的复合结构材料，命名为TiO2/硅藻土；
(5)将所得TiO2/硅藻土按照5g/L的浓度制备其乙二醇悬浊液，在110±5℃油浴下搅拌30分钟后，加入25％悬浊液体积的浓度为22.5g/L的K＝30的聚乙烯吡咯烷酮，并按Pt的负载量占Pt/TiO2最终总质量为1％～5％的比例量加入浓度为10g/L的氯铂酸乙二醇溶液，继续在110±5℃油浴下搅拌反应6～10小时，降温后取出反应产物，洗涤干燥，即得到适用于空气净化机的室温甲醛分解剂。
本发明所述适用于空气净化机的室温甲醛分解剂在分解空气中甲醛的应用。
实验证实：将本发明所述室温甲醛分解剂放入气体催化分析***，以氩气为载气，甲醛浓度为600ppm的混合气体按照4：1的体积比与氧气混合，按照50ml/min的流速通过甲醛分解剂，利用红外光谱分析发现：本发明的分解剂对甲醛能够实现65％～100％的分解。
本发明提供的适用于空气净化机的室温甲醛分解剂实现了对多种甲醛污染处理机理的集成化，即通过以具有很强吸附能力的硅藻土颗粒为核，实现其对甲醛分子的高效捕获，通过在其表面生长TiO2超细纳米带，使其具有了光触媒甲醛降解功能，再通过在TiO2上负载超小颗粒的Pt，实现甲醛分子的常温催化。并且本发明的甲醛分解剂所含成分无毒环保，能够克服现有单一净化催化甲醛气体材料的缺陷，高效的解决室内甲醛污染，克服了现有空气净化器存在的机械体积催化效率的限制，实现长期稳定高效的室内甲醛类空气净化。
附图说明
图1：是本发明实施例1所得适用于空气净化机的室温甲醛分解剂(Pt/TiO2/硅藻土复合材料)的扫描电子显微镜照片，显示所述室温甲醛分解剂是以硅藻土粉体颗粒为载体负载着超细TiO2纳米带的复合结构材料，其中超细TiO2纳米带与纳米Pt颗粒形成Pt/TiO2异质结构。
图2：是本发明实施例1所得适用于空气净化机的室温甲醛分解剂(Pt/TiO2/硅藻土复合材料)中超细TiO2纳米带与纳米Pt颗粒形成的Pt/TiO2异质结构的透射电子显微镜照片。
具体实施方式
实施例1
(1)称取0.28g钛酸异丙酯，分散在13.8g浓盐酸中，搅拌混合10分钟，制得钛酸异丙酯盐酸溶液；称取1g硅藻土混合到前述钛酸异丙酯盐酸溶液中，充分搅拌分散均匀，得到混合溶液命名为混合溶液1；
(2)称取0.22g十六烷基三甲基溴化铵溶解在27.3ml去离子水中，配成0.8wt％的水溶液，然后滴加入混合溶液1中，得到溶液A；再称取尿素1.96g加入到溶液A中，搅拌20分钟，得到混合溶液命名为混合溶液2，其总体积为40ml；
(3)量取120ml乙二醇，与混合溶液2混合搅拌10分钟，得到混合溶液命名为前驱体溶液3；
(4)将所得前驱体溶液3转移到水热反应釜中，150℃保温20小时，自然降温后，取出反应产物，利用酒精和水各洗涤3遍，干燥后即得到干燥后即得到以多孔硅藻土粉体颗粒为载体负载着超细TiO2纳米带的复合结构材料，命名为TiO2/硅藻土；
(5)称取0.3g所得TiO2/硅藻土分散在60ml乙二醇中，制成浓度为5g/L的TiO2/硅藻土悬浊液，在110℃油浴下搅拌30分钟后，加入15ml的浓度为22.5g/L的聚乙烯吡咯烷酮(PVP，K＝30)，再加入3.95ml的浓度为10g/L的氯铂酸乙二醇溶液，实现Pt的负载量占Pt/TiO2最终总质量为5％，继续在110℃油浴下搅拌反应10小时，降温后取出反应产物，洗涤干燥，即得到适用于空气净化机的室温甲醛分解剂。
上述适用于空气净化机的室温甲醛分解剂(Pt/TiO2/硅藻土复合材料)的扫描电子显微镜照片见图1，甲醛分解剂中超细TiO2纳米带与纳米Pt颗粒形成的Pt/TiO2异质结构的透射电子显微镜照片见图2。
应用：将所到的甲醛分解剂100mg放入气体催化分析***，以氩气为载气，甲醛浓度为600ppm的混合气体按照4：1的体积比与氧气混合，按照50ml/min的流速通过甲醛分解剂，利用红外光谱分析发现：本发明的分解剂对甲醛能够实现100％的分解。
实施例2
(1)称取0.42g钛酸异丙酯，分散在13.8g浓盐酸中，搅拌混合10分钟，制得钛酸异丙酯盐酸溶液；称取1g硅藻土混合到前述钛酸异丙酯盐酸溶液中，充分搅拌分散均匀，得到混合溶液命名为混合溶液1；
(2)称取0.22g十六烷基三甲基溴化铵溶解在27.3ml去离子水中，配成0.8wt％的水溶液，然后滴加入混合溶液1中，得到溶液A；再称取尿素1.96g加入到溶液A中，搅拌20分钟，得到混合溶液命名为混合溶液2，其总体积为40ml；
(3)量取120ml乙二醇，与混合溶液2混合搅拌10分钟，得到混合溶液命名为前驱体溶液3；
(4)将所得前驱体溶液3转移到水热反应釜中，165℃保温10小时，自然降温后，取出反应产物，利用酒精和水各洗涤4遍，干燥后即得到干燥后即得到以多孔硅藻土粉体颗粒为载体负载着超细TiO2纳米带的复合结构材料，命名为TiO2/硅藻土；
(5)称取0.3g所得TiO2/硅藻土分散在60ml乙二醇中，制成浓度为5g/L的TiO2/硅藻土悬浊液，在110℃油浴下搅拌30分钟后，加入15ml的浓度为22.5g/L的聚乙烯吡咯烷酮(PVP，K＝30)，再加入1.58ml的浓度为10g/L的氯铂酸乙二醇溶液，实现Pt的负载量占Pt/TiO2最终总质量为2％，继续在110℃油浴下搅拌反应10小时，降温后取出反应产物，洗涤干燥，即得到适用于空气净化机的室温甲醛分解剂。
应用：将所到的甲醛分解剂100mg放入气体催化分析***，以氩气为载气，甲醛浓度为600ppm的混合气体按照4：1的体积比与氧气混合，按照50ml/min的流速通过甲醛分解剂，利用红外光谱分析发现：本发明的分解剂对甲醛能够实现85-92％的分解。
实施例3
(1)称取0.28g钛酸异丙酯，分散在13.8g浓盐酸中，搅拌混合20分钟，制得钛酸异丙酯盐酸溶液；称取0.5g硅藻土混合到前述钛酸异丙酯盐酸溶液中，充分搅拌分散均匀，得到混合溶液命名为混合溶液1；
(2)称取0.22g十六烷基三甲基溴化铵溶解在27.3ml去离子水中，配成0.8wt％的水溶液，然后滴加入混合溶液1中，得到溶液A；再称取尿素1.96g加入到溶液A中，搅拌20分钟，得到混合溶液命名为混合溶液2，其总体积为40ml；
(3)量取120ml乙二醇，与混合溶液2混合搅拌20分钟，得到混合溶液命名为前驱体溶液3；
(4)将所得前驱体溶液3转移到水热反应釜中，160℃保温20小时，自然降温后，取出反应产物，利用酒精和水各洗涤5遍，干燥后即得到干燥后即得到以多孔硅藻土粉体颗粒为载体负载着超细TiO2纳米带的复合结构材料，命名为TiO2/硅藻土；
(5)称取0.3g所得TiO2/硅藻土分散在60ml乙二醇中，制成浓度为5g/L的TiO2/硅藻土悬浊液，在110℃油浴下搅拌30分钟后，加入15ml的浓度为22.5g/L的聚乙烯吡咯烷酮(PVP，K＝30)，再加入1.58ml的浓度为10g/L的氯铂酸乙二醇溶液，实现Pt的负载量占Pt/TiO2最终总质量为1％，继续在110℃油浴下搅拌反应8小时，降温后取出反应产物，洗涤干燥，即得到适用于空气净化机的室温甲醛分解剂。
应用：将所到的甲醛分解剂100mg放入气体催化分析***，以氩气为载气，甲醛浓度为600ppm的混合气体按照4：1的体积比与氧气混合，按照50ml/min的流速通过甲醛分解剂，利用红外光谱分析发现：本发明的分解剂对甲醛能够实现65-76％的分解。
Claims (3)
1.一种适用于空气净化机的室温甲醛分解剂，是以硅藻土粉体颗粒为核，在其表面生长超细TiO2纳米带，再通过在TiO2纳米带上负载纳米Pt颗粒制得，其特征在于：所述室温甲醛分解剂是以硅藻土粉体颗粒为载体负载着超细TiO2纳米带的复合结构材料，其中超细TiO2纳米带与纳米Pt颗粒形成Pt/TiO2异质结构，纳米Pt颗粒的负载量占Pt/TiO2异质结构总质量的1％～5％；所述硅藻土粉体颗粒直径为0.5～8μm，所述超细TiO2纳米带为绒面的结构，其宽度为10～40nm，长度为0.5～2μm，厚度为1～6nm，所述纳米Pt颗粒与TiO2形成的异质结构尺寸在2～5nm之间。
2.权利要求1所述适用于空气净化机的室温甲醛分解剂的制备方法，步骤是：
(1)称取钛酸异丙酯，按照钛酸异丙酯:浓盐酸质量比2:100～5:100的量加入到浓盐酸中，搅拌混合10～20分钟，制得钛酸异丙酯盐酸溶液；称取硅藻土，按照钛酸异丙酯:硅藻土质量比10:100～50:100的量，将硅藻土混合到制得的钛酸异丙酯盐酸溶液中，充分搅拌分散均匀，得到混合溶液命名为混合溶液1；
(2)按照钛酸异丙酯:十六烷基三甲基溴化铵质量比为110:100的量，称取十六烷基三甲基溴化铵，配成0.8wt％的水溶液，然后滴加入混合溶液1中，得到溶液A；再按照钛酸异丙酯:尿素质量比为1:100的量，称取尿素，加入溶液A中，搅拌20～30分钟，得到混合溶液命名为混合溶液2；
(3)按照混合溶液2:乙二醇体积比为1:(3±0.1)的量，取乙二醇与混合溶液2混合搅拌10～20分钟，得到混合溶液命名为前驱体溶液3；
(4)将所得前驱体溶液3转移到水热反应釜中，150～165℃保温10～20小时，自然降温后，取出反应产物，利用酒精和水各洗涤3～5遍，干燥后即得到以硅藻土粉体颗粒为载体负载着超细TiO2纳米带的复合结构材料，命名为TiO2/硅藻土；
(5)将所得TiO2/硅藻土按照5g/L的浓度制备其乙二醇悬浊液，在110±5℃油浴下搅拌30分钟后，加入25％悬浊液体积的浓度为22.5g/L的K＝30的聚乙烯吡咯烷酮，并按Pt的负载量占Pt/TiO2最终总质量为1％～5％的比例量加入浓度为10g/L的氯铂酸乙二醇溶液，继续在110±5℃油浴下搅拌反应6～10小时，降温后取出反应产物，洗涤干燥，即得到适用于空气净化机的室温甲醛分解剂。
3.权利要求1所述适用于空气净化机的室温甲醛分解剂在分解空气中甲醛的应用。
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