CN108176360A - 一种石墨烯改性空气净化材料及其应用 - 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，采用石墨烯对多孔材料进行改性，然后将TiO2负载于改性的多孔材料上，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。

Description

一种石墨烯改性空气净化材料及其应用
技术领域
本申请涉及一种空气净化材料，特别涉及一种石墨烯改性的空气净化材料及其应用。
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，这些有机挥发性化合物(VOCs)的含量远高于室外，对居民的身心健康造成了严重威胁，使得人们在长期呼吸、接触这些污染物时，能诱发头疼、呼吸不畅、身体乏力等诸多症状，除此之外，这些污染物也是诱发多种恶性肿瘤疾病的重要因素之一。
近年来，科研人员对多孔碳材料、超细碳纤维、竹碳笼芯紫砂毫、稀土介孔氧化物、金属有机骨架材料、碳纳米管、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，但这种材料催化效率有待提高。
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。
本申请发明人经过实践研究发现，当多孔材料采用石墨烯改性，然后附载TiO2，可以有效提高空气净化剂材料的净化效率，使空气净化剂具有较强降解能力，并且使用寿命长，具有广阔的市场。
发明内容
本发明的目的是提供一种空气净化材料，通过对现有吸附型空气净化材料采用石墨烯改性，从而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。
多孔材料具有较强的吸附作用，而TiO2是常用的光触媒催化剂，发明人采用石墨烯对多孔材料进行改性，然后将TiO2负载于改性的多孔材料上，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。
为解决上述技术问题，发明提供如下技术方案：
本发明提供一种石墨烯改性空气净化剂材料，其特征在于，所述空气净化剂材料的组成包括石墨烯改性的多孔材料和光催化剂TiO2。
进一步的，所述的多孔材料选自超细碳纤维、稀土介孔氧化物、金属有机骨架材料、碳纳米管、活性碳纤维、碳化微米木纤维中的一种或多种。
作为发明优选的实施方案，所述的多孔材料选自稀土介孔氧化物、活性碳纤维中的一种或多种。
作为发明最优选的实施方案，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镧、稀土介孔氧化铈、稀土介孔氧化钇、稀土介孔氧化钕、稀土介孔氧化铕中的一种或多种。
优选地，所述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。
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-41、KIT-6、SAPO-5。
作为发明优选的实施方案，所述的石墨烯选自氧化石墨烯。
优选地，所述的活性炭纤维是由有机纤维经过煅烧获得；所述的有机纤维选自人造丝纤维、聚乙烯醇纤维、酚醛树脂纤维、生物质纤维、聚丙烯腈纤维等。
本发明提供的空气净化材料取得了良好的效果：多孔材料是一种有效的吸附材料，将其作为主要载体，有利于吸附空气中的污染气体；加入石墨烯对多孔材料进行改性，从而促进光触媒催化作用，利用吸附和光催化的协同作用实现对空气的净化，大大提高净化效率；同时本申请的空气净化材料具有较长的使用寿命。
具体实施方式
以下列举部分实施例对本发明实施方式做进一步详述，但并不用于限定本发明。
本发明所用的稀土介孔氧化物可按照中国专利02158777.9或200710170692.4公开的方法加以制备。
采用本领域常规方法制备氧化石墨烯分散液，备用，例如采用如下方法：将300mg氧化石墨烯缓慢地加入到70mL水与30mL乙醇的混合溶液中，在100Hz的频率下超声处理4h，再搅拌1h，使其充分混匀，得到氧化石墨烯分散液。
实施例1
将10gSBA-16介孔的氧化镧加入到上述制备得到的氧化石墨烯分散液(50ml)中，搅拌0.5h后，得到分散均匀的混合液，搅拌下，缓慢加入环糊精4g，加毕，50℃下反应3h；然后加入2g TiO2，100℃下搅拌反应2h，得到胶体，将所得胶体在500℃下焙烧3h，得到空气净化材料粉末。
实施例2
将15gKIT-6介孔的氧化铈加入到上述制备得到的氧化石墨烯分散液(75ml)中，搅拌1h后，得到分散均匀的混合液，搅拌下，缓慢加入环糊精6g，加毕，45℃下反应3h；然后加入1.5g TiO2，100℃下搅拌反应3h，得到胶体，将所得胶体在600℃下焙烧2.5h，得到空气净化材料粉末。
实施例3
将12gSAPO-5介孔的氧化镧加入到上述制备得到的氧化石墨烯分散液(60ml)中，搅拌0.5h后，得到分散均匀的混合液，搅拌下，缓慢加入环糊精5g，加毕，40℃下反应3h；然后加入1g TiO2，80℃下搅拌反应4h，得到胶体，将所得胶体在550℃下焙烧5h，得到空气净化材料粉末。
实施例4
将20gMCM-41介孔的氧化铈加入到上述制备得到的氧化石墨烯分散液(100ml)中，搅拌1h后，得到分散均匀的混合液，搅拌下，缓慢加入环糊精8g，加毕，30℃下反应3h；然后加入2g TiO2，90℃下搅拌反应2.5h，得到胶体，将所得胶体在500℃下焙烧4h，得到空气净化材料粉末。
实施例5
将12g活性碳维纤加入到上述制备得到的氧化石墨烯分散液(60ml)中，搅拌1h后，得到分散均匀的混合液，搅拌下，缓慢加入环糊精5g，加毕，45℃下反应3h；然后加入1.2g TiO2，100℃下搅拌反应3h，得到胶体，将所得胶体在600℃下焙烧2.5h，得到空气净化材料粉末。
对照例1
按照实施例2的方法制备空气净化材料，但在载体材料的制备中未加入氧化石墨烯，其它过程与实施例2相同。
实施例6催化降解有害气体试验
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1-5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(反应室的容积为60L)，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2h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5h内有害气体的去除率，结果如表1所示。
表1有害气体去除率
从实施例6可以看出，吸附型空气净化材料采用石墨烯改性后，再负载TiO2，实现了吸附与光催化降解的协同作用，从而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，特别是本申请的空气净化材料对苯也显示出较强的降解效果。
另外，对实施例2的空气净化材料的使用寿命进行了研究，将实施例2的空气净化材料置于甲醛初始浓度为10.0mg/m3的反应器中，通过气体交换，维持反应器中的甲醛浓度在5.0mg/m3以上，持续光照30天，而后按照实施例6的方法测定其光催化降解效率，结果显示，空气净化材料在5小时内甲醛的去除率为96.3％，未明显变化，因此，本发明的空气净化材料的使用寿命较长。

Claims (10)

1.一种石墨烯改性空气净化材料，其特征在于所述空气净化材料的组成包括石墨烯改性的多孔材料和光催化剂TiO2。
2.权利要求1所述的石墨烯改性空气净化材料，其特征在于所述的多孔材料选自稀土介孔氧化物、活性碳纤维、超细碳纤维、金属有机骨架材料、碳纳米管、碳化微米木纤维中的一种或多种。
3.权利要求1-2任一项所述的石墨烯改性空气净化材料，其特征在于所述的多孔材料选自稀土介孔氧化物、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。
4.权利要求2-3任一项所述的石墨烯改性空气净化材料，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、稀土介孔氧化钇、稀土介孔氧化钕、稀土介孔氧化铕中的一种或多种。
5.权利要求4所述的石墨烯改性空气净化材料，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。
6.权利要求2-5任一项所述的石墨烯改性空气净化材料，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，优选地，所述的介孔二氧化硅分子筛选自SBA-16、MCM-41、KIT-6、SAPO-5。
7.权利要求1-6任一项所述的石墨烯改性空气净化材料，其特征在于所述的石墨烯为氧化石墨烯。
8.权利要求2-3任一项所述的石墨烯改性空气净化材料，其特征在于所述的活性碳纤维是由有机纤维经过煅烧获得；所述的有机纤维选自人造丝纤维、聚乙烯醇纤维、酚醛树脂纤维、生物质纤维、聚丙烯腈纤维等。
9.权利要求1-8任一项所述的石墨烯改性空气净化材料在空气净化中的应用。
10.权利要求1-8任一项所述的石墨烯改性空气净化材料在制备空气净化剂中的应用。
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