CN108176347A - 一种改性空气净化材料的制备方法及其制得的材料 - Google Patents
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Abstract
本发明对现有吸附型空气净化材料进行改进，提供了一种改性空气净化材料的制备方法，采用Ag/AgBr和氧化石墨烯对TiO2进行改性，然后将TiO2负载于多孔材料上，利用吸附和光催化的协同作用实现对空气的净化，从而提高空气净化效率，并且对甲醛和苯都具有较强的净化能力，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本申请涉及一种改性空气净化材料的制备方法，特别涉及一种由Ag/AgBr和氧化石墨烯改性的空气净化材料的制备方法。
背景技术
随着人民生活水平的提高和大量室内装修化工原料的使用，大量有机污染物也随之进入室内，对人们的生活健康产生了重大威胁。因此关于空气净化材料的研究也越来越重视。近年来，稀土介孔氧化物、活性碳纤维、碳化微米木纤维等新型多孔材料的研究为微纳米颗粒的吸附分离提供了新的方向，但这种技术往往是吸附有害气体，而无法对有害气体进行有效降解。另一类以TiO2为催化剂的光触媒型空气净化材料，是目前常用的空气净化材料。
中国专利CN201210594636.4公开了一种表面活性剂改性的活性碳纤维空气净化材料，具有较高的空气净化效果。但对于开发新的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。
中国专利CN201710470915.2公开了一种氧化石墨烯/二氧化钛-活性炭三维复合材料及其制备方法，具有较强的甲醛去除能力，但实验发现其对苯的降解能力较弱。
本申请发明人经过研究，提供了本申请的空气净化材料的制备方法，制备得到的空气净化材料对甲醛和苯均具有较强的催化降解能力，具有广阔的应用市场。
发明内容
本发明的目的是提供一种空气净化材料的制备方法，通过对现有吸附型空气净化材料采用Ag/AgBr和氧化石墨烯改性，从而得到一种对甲醛和苯都具有较强降解能力的空气净化材料，大大提高空气净化材料的净化效率，使空气净化剂具有较强降解能力。
稀土介孔氧化物具有较强的吸附作用，但是由于二氧化钛是一种宽禁带半导体材料，在可见光下其量子产率低，这也限制了其潜在的应用。为了克服这些问题，人们进行了大量的研究来提高纳米二氧化钛在可见光下的量子产率，研究发现包覆在二氧化钛表面的溴化银可以作为提高可见光下二氧化钛光催化效果的活性组分，而二氧化钛表面的Ag+组分可以促进电子-空穴对的分离以及界面间的电荷转移，也能够提高二氧化钛的量子产率。TiO2是常用的光触媒催化剂，发明人采用Ag/AgBr和氧化石墨烯对TiO2进行改性，然后负载于稀土介孔氧化物上，Ag/AgBr和氧化石墨烯可以促进光催化反应，从而利用吸附和光催化的协同作用实现对空气的净化。特别是经过改性，发明人发现对苯的降解能力获得了有效提高。
为解决上述技术问题，发明提供如下技术方案：
本发明提供一种改性空气净化材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)制备氧化石墨烯混悬液；
2)向步骤1）得到的氧化石墨烯混悬液，加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和纳米TiO2，混合均匀后，加入AgNO3的氨水溶液，室温搅拌10h，得到第二混悬液；
3)向步骤2）得到的第二混悬液加入多孔材料，搅拌，离心分离，沉淀用水洗涤，干燥，在400-800℃下煅烧后得到所述改性空气净化材料。
进一步的，所述的多孔材料选自碳纤维、稀土介孔氧化物、活性碳纤维中的一种或多种。
优选地，所述的多孔材料选自稀土介孔氧化物。
在发明的一个实施例中，所述的稀土介孔氧化物选自稀土介孔氧化铈、稀土介孔氧化镧、稀土介孔氧化钕、稀土介孔氧化钇、稀土介孔氧化铕中的一种或多种。
在发明的一个实施方式中，所述稀土介孔氧化物选自稀土介孔氧化铈、稀土介孔氧化镧中的一种或多种。
作为发明优选的实施方案，所述的稀土介孔氧化物的介孔材料为介孔二氧化硅分子筛。
优选地，所述的介孔二氧化硅分子筛选自SBA-16、MCM-22、MCM-41、MCM-48、KIT-6、SAPO-11、SAPO-5、SAPO-34、ZSM-5、ZSM-11、ZSM-12。
进一步地，所述的二氧化硅分子筛优选为SBA-16、MCM-22、KIT-6、SAPO-5。
优选地，步骤1）中制备氧化石墨烯混悬液的方法为：将氧化石墨烯加入到水与乙醇或甲醇的混合溶液中，超声处理，然后搅拌，使其充分混匀，得到氧化石墨烯混悬液。进一步优选地，水与乙醇或甲醇的比例为6:4-7:3。
优选地，多孔材料与TiO2的质量比为(1-15):1，优选(4-9):1；
进一步地，氧化石墨烯与TiO2的质量比为(0.1-0.2):(10-25)；
优选地，AgNO3与TiO2的质量比为(0.2-0.8):(10-25)；十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与TiO2的质量比为(1-2):(10-25)；
进一步地，步骤3）的煅烧温度控制在500-700℃；
本发明所用的稀土介孔氧化物可通过商购或按照本领域常规的方法进行制备，例如可以按照中国专利200710170692.4公开的方法进行制备。
本发明提供的空气净化材料具有高的空气净化效率：多孔材料是一种有效的吸附材料，将其作为主要载体，有利于空气净化剂吸附空气中的污染气体；加入Ag/AgBr和氧化石墨烯对TiO2进行改性，能够促进光触媒催化作用。从而实现利用吸附和光催化的协同作用实现对空气的净化，提高净化效率，特别地，通过加入Ag/AgBr和氧化石墨烯改性，使得本发明的空气净化材料对甲醛和苯两种有害气体均有较好的降解效果。
具体实施方式
通过下面的实施方式进一步解释本发明的方案，但不用于限制本申请的保护范围。
实施例1
将120mg氧化石墨烯缓慢地加入到60mL水与40mL乙醇的混合溶液中，超声处理3h，搅拌混匀，得到氧化石墨烯混悬液；加入1.2g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和10g纳米TiO2，混合均匀后，加入2.5mL溶有0.24g AgNO3的氨水(25wt％NH3)，室温搅拌10h后，加入50g SBA-16介孔的氧化镧，搅拌4h，离心分离，沉淀用水洗涤，干燥，在550℃下煅烧3h后得到空气净化材料。
实施例2
将100mg氧化石墨烯缓慢地加入到70mL水与30mL甲醇的混合溶液中，超声处理3h，搅拌混匀，得到氧化石墨烯混悬液；加入1.5g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和15g纳米TiO2，混合均匀后，加入3mL溶有0.3g AgNO3的氨水(25wt％NH3)，室温搅拌8h后，加入90g KIT-6介孔的氧化铈，搅拌5h，离心分离，沉淀用水洗涤，干燥，在650℃下煅烧3h后得到空气净化材料。
实施例3
将150mg氧化石墨烯缓慢地加入到90mL水与50mL乙醇的混合溶液中，超声处理3h，搅拌混匀，得到氧化石墨烯混悬液；加入2g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和25g纳米TiO2，混合均匀后，加入5mL溶有0.6g AgNO3的氨水(25wt％NH3)，室温搅拌10h后，加入200g SAPO-5介孔的氧化铈，搅拌3h，离心分离，沉淀用水洗涤，干燥，在500℃下煅烧5h后得到空气净化材料。
实施例4
将100mg氧化石墨烯缓慢地加入到60mL水与40mL乙醇的混合溶液中，超声处理3h，搅拌混匀，得到氧化石墨烯混悬液；加入1g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和15g纳米TiO2，混合均匀后，加入3mL溶有0.3g AgNO3的氨水(25wt％NH3)，室温搅拌10h后，加入110g MCM-22介孔的氧化铈，搅拌4h，离心分离，沉淀用水洗涤，干燥，在700℃下煅烧3h后得到空气净化材料。
对照例1
将120mg氧化石墨烯缓慢地加入到60mL水与40mL乙醇的混合溶液中，超声处理3h，搅拌混匀，得到氧化石墨烯混悬液；加入10g纳米TiO2，混合均匀后，室温搅拌10h后，加入50gSBA-16介孔的氧化镧，搅拌4h，离心分离，沉淀用水洗涤，干燥，在550℃下煅烧3h后得到空气净化材料。
实施例5空气净化效果试验
对本申请制备得到的空气净化材料进行甲醛、苯的光催化降解试验，方法如下：取实施例1-4和对照例1制备的空气净化材料，置于两个密闭的反应室中，其中1个反应室的污染气体为甲醛，浓度为1.0mg/m3，另一个反应室的污染气体为苯，浓度为1.0mg/m3，空气净化材料暴露静置1h后，采用紫外照射2h，静置3h后，室内气体重新达到平衡，用气相色谱法测定反应室中甲醛和苯的浓度，计算6h内有害气体的净化效果。其中，实施例1-实施例4对甲醛的净化率分别达到92.6%、96.4%、90.9%，94.5%；对苯的净化率分别达到96.6%、95.2%、97.7%、93.9%；具有较好的净化效果，而对比例1对甲醛的净化率为91.8%，对苯的净化率仅为70.2%。
从实施例5可以看出，本发明的空气净化材料采用氧化石墨烯和Ag/AgBr对TiO2进行改性后，不仅实现了吸附与光催化降解的协同作用，而且显示出了对苯和甲醛都具有较强的净化能力。
本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。
Claims (10)
1.一种改性空气净化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）制备氧化石墨烯混悬液；
2）向步骤1）得到的氧化石墨烯混悬液，加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和纳米TiO2，混合均匀后，加入AgNO3的氨水溶液，室温搅拌10h，得到第二混悬液；
3）向步骤2）得到的第二混悬液加入多孔材料，搅拌，离心分离，沉淀用水洗涤，干燥，在400-800℃下煅烧后得到所述改性空气净化材料。
2.权利要求1所述的改性空气净化材料的制备方法，其特征在于所述的多孔材料选自稀土介孔氧化物。
3.权利要求1-2任一项所述的改性空气净化材料的制备方法，其特征在于所述的稀土介孔氧化物选自稀土介孔氧化铈、稀土介孔氧化镧、稀土介孔氧化钕、稀土介孔氧化钇、稀土介孔氧化铕中的一种或多种。
4.权利要求3所述的改性空气净化材料的制备方法，其特征在于所述的稀土介孔氧化物选自稀土介孔氧化镧、稀土介孔氧化铈中的一种或多种。
5.权利要求2-4任一项所述的改性空气净化材料的制备方法，其特征在于所述的稀土介孔氧化物的介孔材料为介孔二氧化硅分子筛。优选地，所述的介孔二氧化硅分子筛选自SBA-16、MCM-22、MCM-41、MCM-48、KIT-6、SAPO-11、SAPO-5、SAPO-34、ZSM-5、ZSM-11、ZSM-12。
6.权利要求5所述的改性空气净化材料的制备方法，其特征在于所述的介孔二氧化硅分子筛选自SBA-16、MCM-22、KIT-6、SAPO-5。
7.权利要求1-6任一项所述的改性空气净化材料的制备方法，其特征在于，步骤1）为将氧化石墨烯加入到水与乙醇或甲醇的混合溶液中，超声处理，然后搅拌，使其充分混匀，得到氧化石墨烯混悬液。进一步优选地，水与乙醇或甲醇的比例为6:4-7:3。
8.权利要求1-7任一项所述的改性空气净化材料的制备方法，其特征在于多孔材料与TiO2的质量比为(1-15):1，优选(4-9):1；氧化石墨烯与TiO2的质量比为(0.1-0.2):(10-25)；AgNO3与TiO2的质量比为(0.2-0.8):(10-25)；十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与TiO2的质量比为(1-2):(10-25)。
9.权利要求1-8任一项所述的改性空气净化材料的制备方法，其特征在于步骤3）的煅烧温度控制在500-700℃。
10.权利要求1-9任一项所述制备方法制备得到的空气净化材料。
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