CN105597834A - 一种掺杂氧化锌的空气净化材料及其制备方法 - Google Patents

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本发明属于功能材料技术领域，公开了一种掺杂氧化锌的空气净化材料，所述空气净化材料包括以下组分，各组分按重量份计为：50-90份钛酸乙酯、2-10份纳米氧化锌、20-40份甲壳素纳米纤维、3-10份聚乙二醇、200-500份无水乙醇及10-50份水。本发明通过均匀掺杂二氧化锌，避免了TiO2随时间的延长而因高表面能发生的团聚现象，保持了长时间的稳定光催化活性；通过聚乙二醇的使用，在TiO2的致密表面上形成了均匀的细小微孔，也在一定程度上克服了TiO2的表面团聚；通过甲壳素纳米纤维的吸附，增大了其表面上的污染物浓度，为TiO2的顺利光催化提供了进行的基础。

Description

一种掺杂氧化锌的空气净化材料及其制备方法
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，涉及一种净化剂，尤其涉及一种掺杂氧化锌的空气净化材料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着我国城市工业化的迅猛发展，大气污染日益严重，空气质量进一步恶化，不仅危害到人们的正常生活，而且对人们的身心健康造成危害。与人们息息相关的室内空气质量也令人堪忧，特别是今年来随着建筑装饰装修材料的广泛应用，各种材料释放出大量的有害物质(如：甲醛、甲苯、苯等挥发性有机污染物)严重污染了室内空气环境，进而对人类的身体健康和工作效率有着重要影响。如何高效地脱除如甲醛、甲苯、苯等易挥发性有机化合物成为研究人员关注的焦点，利用一些改性的功能材料作为催化剂或吸附剂选择性地对易挥发性有机化合物进行无害化处理成为最有效的途径。
易挥发性有机化合物的去除方法主要有活性炭吸附法、草木植物净化法、静电除尘、光催化等方法，其中，人们对于TiO2光催化进行了大量的研究，成为目前光催化领域的研究重点和热点。TiO2光催化剂，其可降解大量的有机物，如苯、甲苯、二甲苯、萘、卤代芳烃、甲醛、NOx、氨、硫化氢、四氯乙烯、一氧化碳等。TiO2的光催化机理在于当光照时，其价带上的一个电子(e-)就会被激发，当越过禁带进入导带时，则在价带上产生相应的空穴(h+)。而该光生空穴有很强的氧化能力(其标准氢电极电位在1.0-3.5V)，从而在TiO2表面上形成了氧化还原体系，该氧化还原体系几乎能够氧化所有的污染有机物，将它们完全氧化成CO2和H2O，而不会产生二次污染。
但TiO2光催化也存在一些缺点，这是因为在光催化净化领域，通常污染物浓度较低，而TiO2本身并无吸附能力，因此需要额外的载体将污染物吸附到表面上，从而被TiO2催化分解。此外，由于TiO2具有高表面能而非常易于发生表面团聚，从而随着时间的流逝，极大地降低了其光催化活性。为了克服这些缺陷，人们研发了多种负载型TiO2空气净化材料，例如活性炭、硅胶、多孔氧化铝、活性炭纤维等进行负载。但迄今为止，对于使用甲壳素纳米纤维负载TiO2的空气净化材料，仍未见有报道。同时，对于开发新的负载型TiO2空气净化材料仍存有急切需求和要求，也是空气净化领域的研究课题之一。
发明内容
本发明的发明目的是针对上述存在的技术问题，提供一种掺杂氧化锌的空气净化材料及其制备方法。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种掺杂氧化锌的空气净化材料，所述空气净化材料包括以下组分，各组分按重量份计：
优选地，所述纳米氧化锌的粒径为20-100nm。
本发明还提供一种掺杂氧化锌的空气净化材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将原料按照以下配比进行混合，搅拌，常温静置5-10h，制备溶胶；
(2)在步骤(1)中得到的溶胶中加入20-40份甲壳素纳米纤维，超声分散，室温下陈化，然后在80-100℃干燥4-8h，得到空气净化材料材料。
优选地，步骤(2)所述的陈化时间为24-48h。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.纳米氧化锌的掺杂，通过均匀掺杂氧化锌，避免了TiO2随时间的延长而因高表面能发生的团聚现象，保持了长时间的稳定光催化活性；
2.通过聚乙二醇的使用，在TiO2的致密表面上形成了均匀的细小微孔，也在一定程度上克服了TiO2的表面团聚；
3.通过甲壳素纳米纤维的吸附，增大了其表面上的污染物浓度，为TiO2的顺利光催化剂提供了进行的基础。
通过这些手段和处理，使得最终的空气净化材料对空气中的有机污染物有着良好的降解效率和时间稳定性。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合实施例，进一步阐述本发明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
按照下文所述质量份数比称取各种原料：
一种上述空气净化材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份加入钛酸乙酯、纳米氧化锌和聚乙二醇，再加入无水乙醇和蒸馏水，搅拌，配成均匀溶液，常温静置5h，得到溶胶；
(2)将步骤(1)中得到的溶胶中加入甲壳素纳米纤维，然后超声分散，室温下陈化24，然后在80℃干燥8h，得到空气净化材料。
实施例2
按照下文所述质量份数比称取各种原料：
一种上述空气净化材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份加入钛酸乙酯、纳米氧化锌和聚乙二醇，再加入无水乙醇和蒸馏水，搅拌，配成均匀溶液，常温静置10h，得到溶胶；
(2)将步骤(1)中得到的溶胶中加入甲壳素纳米纤维，然后超声分散，室温下陈化48h，然后在100℃干燥4h，得到空气净化材料。
实施例3
按照下文所述质量份数比称取各种原料：
一种上述空气净化材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份加入钛酸乙酯、纳米氧化锌和聚乙二醇，再加入无水乙醇和蒸馏水，搅拌，配成均匀溶液，常温静置8h，得到溶胶；
(2)将步骤(1)中得到的溶胶中加入甲壳素纳米纤维，然后超声分散，室温下陈化32h，然后在90℃干燥6h，得到空气净化材料。
实施例4
按照下文所述质量份数比称取各种原料：
一种上述空气净化材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份加入钛酸乙酯、纳米氧化锌和聚乙二醇，再加入无水乙醇和蒸馏水，搅拌，配成均匀溶液，常温静置10h，得到溶胶；
(2)将步骤(1)中得到的溶胶中加入甲壳素纳米纤维，然后超声分散，室温下陈化48h，然后在100℃干燥4h，得到空气净化材料。
实施例5
按照下文所述质量份数比称取各种原料：
一种上述空气净化材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份加入钛酸乙酯、纳米氧化锌和聚乙二醇，再加入无水乙醇和蒸馏水，搅拌，配成均匀溶液，常温静置10h，得到溶胶；
(2)将步骤(1)中得到的溶胶中加入甲壳素纳米纤维，然后超声分散，室温下陈化48h，然后在100℃干燥4h，得到空气净化材料。
对比实施例6
按照下文所述质量份数比称取各种原料：
一种上述空气净化材料的制备方法，包括以下步骤：
按重量份加入钛酸乙酯、纳米氧化锌和聚乙二醇，再加入无水乙醇和蒸馏水，搅拌，配成均匀溶液，常温静置8h，得到溶胶；然后超声分散，室温下陈化32h，然后在90℃干燥6h，得到空气净化材料材料。
对实施例1-5以及对比实施例6制备的空气净化材料进行测试，主要测定空气净化材料对污染物的降解性能和稳定性。测试结果如表1所示。
测试方法为：在分别盛有苯、甲醛、氨、硫化氢、NO的密闭容器中，初始浓度均为100mg/l，在紫外光灯照射下分别测试上述制得的各种材料对有机污染物的降解性能，30分钟后使用气相色谱仪分析污染物剩余浓度，从而可得知降解程度。
表1

Claims (4)

1.一种掺杂氧化锌的空气净化材料，其特征在于，所述空气净化材料包括以下组分，各组分按重量份计：
。
2.根据权利要求1所述的一种掺杂氧化锌的空气净化材料，其特征在于：所述纳米氧化锌的粒径为20-100nm。
3.一种掺杂氧化锌的空气净化材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将原料按照以下配比进行混合，搅拌，常温静置5-10h，制备溶胶；
(2)在步骤(1)中得到的溶胶中加入20-40份甲壳素纳米纤维，超声分散，室温下陈化，然后在80-100℃干燥4-8h，得到空气净化材料材料。
4.根据权利要求3所述的一种掺杂氧化锌的空气净化材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的陈化时间为24-48h。
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