CN109012161A - 一种空气净化材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空气净化净化材料其制备方法，由以下重量百分数的成分组成：电气石40～65％、硅藻土25～40％、锌锰复合纳米催化剂10～20％。制备得到的空气净化材料不仅能产生较高浓度的负离子，除醛性能好，而且具有屏蔽电磁辐射的功能，同时成本低廉，制备工艺简单，可广泛应用于到涂料、橡胶、织物等领域。

Description

一种空气净化材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种空气净化材料及其制备方法，尤其涉及一种用于空气净化，同时又具有屏蔽电磁辐射功能的空气净化材料。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高，室内装修已成为时尚，随之而来的室内空气污染问题日益严重。室内污染气体主要有甲醛、苯、氨和TVOC等，其中甲醛已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质。人们大部分的时间都是在室内度过的，长期吸入污染气体，必然不利于身体健康。医学界认为，80％的癌症发病与环境有关，室内空气净化关乎生命安危，逐渐引起人们的强烈关注。此外家用电子设备越来越多，给人类带来便利的同时，也加重了电磁辐射污染。人体如果长期受到电磁辐射的影响，将扰乱正常的新陈代谢，进而引发体征改变，免疫力下降。
目前治理室内空气污染多采用吸附法，主要采用活性炭、硅藻泥等来吸附甲醛，但是吸附材料吸附能力有限，需要定期更换，使用不便且造成二次污染。在电磁污染防护方面，目前多采用的是电磁波反射材料，这种方法虽然解决了对某种物体的防护作用，但势必会造成电磁波的二次污染。
电气石是一种以含硼为特征的铝、钠、铁、锂环状结构的(聚晶体、单晶体、纤维)硅酸盐矿物，具有压电性和热点性等独特的物理化学性能，自身能产生负离子，因此被广泛应用于空气净化。电气石还能够永久产生静电场，不停吸收电磁波等转换成远红外线向外辐射；电气石还能与空气中的水分子反应，形成阴离子，能中和辐射发出的阳离子，阻止电磁波的传播。电气石添加到涂料、织物等有显著的减少电磁辐射的作用。
向电气石中添加其他元素，如纳米二氧化钛，能使得电气石具有更高效的空气净化效果。如专利CN1255187C一种空气净化材料及其制备方法中，空气净化材料由极性电气石粉体、沸石粉体和二氧化钛包裹金属纳米粉体混合而成，产生的空气负离子浓度高，但是二氧化钛包裹金属纳米粉的制备过程比较繁琐，成本高，而且要用到分散剂、稳定剂、NaOH，干燥制成粉体时需要对分散剂和稳定剂进行处理，造成二次污染，此外二氧化钛的作用在很大程度上会依赖紫外线，室内使用时会受到一定的限制。
专利CN1179754C能高效产生空气负离子的电气石复合粉体及其制备方法中，提供了一种电气石复合粉体，主要成分是极性矿物电气石、稀土复合盐和光催化半导体材料，制备方法简单，用稀土激活电气石的活性，提高负离子的浓度，但是由于稀土元素可能存在微量的放射性，会对人体造成伤害。
发明内容
本发明提供一种用于空气净化同时具有防辐射功能的净化材料，不仅能产生较高浓度的负离子，而且具有屏蔽辐射的功能，同时成本低廉，制备工艺简单。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
本发明的一种空气净化材料，主要成分是电气石粉体、硅藻土和锌锰复合纳米催化剂，各成分的重量百分比含量为：电气石40％～65％，硅藻土25％～40％，锌锰复合纳米催化剂10％～20％。
优选的，所述电气石粉体选自镁电气石、铁电气石、铁镁电气石、锂电气石中的一种或几种。
本发明的一种制备上述空气净化材料的方法：
(1)电气石在500～950℃恒温预处理2小时后放于球磨罐中，机械球磨3小时，得到粒径小于5微米的粉体；
(2)硅藻土加入少量水搅拌均匀，缓慢加入70％的硫酸溶液，搅拌2～6小时后，加入水稀释后过滤、干燥、煅烧，得酸化处理的硅藻土；
(3)锌锰复合纳米催化剂的制备：
称取硝酸锌、硝酸锰溶于去离子水，配制成混合盐的饱和溶液A；
称取氢氧化钠、碳酸钠加入去离子水中，配制成适量浓度的混合碱溶液B；
剧烈搅拌下，将溶液A缓慢滴入溶液B中，搅拌30min后，将反应液加热到75℃，保温3小时，迅速冷却到0℃，再将混合液加热至60～100℃保温陈化18小时。
得到的沉淀物用去离子水和95％的乙醇清洗至滤出液为无色，过滤所得到的固体物烘干，在300～800℃焙烧2～6小时，得到锌锰复合纳米催化剂。
(4)将研磨后的电气石、酸化处理的硅藻土、锌锰复合纳米催化剂混合均匀，焙烧即制得空气净化材料。
优选的，上述制备方法中电气石热处理温度为600～850℃。
优选的，上述制备方法中硝酸锌和硝酸锰的摩尔比为0.5～1.5。
优选的，上述制备方法中氢氧化钠和碳酸钠的摩尔比为0.5～2。
优选的，上述制备方法中电气石、酸化处理的硅藻土、锌锰复合纳米催化剂混合后焙烧温度为300～600℃。
本发明的空气净化材料中，电气石由多种元素混合而成，具有热电性和压电性，在温度和压力有变化的情况下即能引起电气石晶体间的电势差，从而使空气发生电离，被击中的电子附着于邻近的水分子或氧气分子上并使其转化为负离子。负离子通过下述方式达到净化空气的效果：①负离子能吸附周围PM2.5等颗粒类的污染物，被吸附的颗粒污染物团聚后沉降；②负离子还能降低甲醛、苯等碳氢化合物中碳氢间的结合，分解成无污染的二氧化碳和水；③负离子能破坏细菌、病毒等活性污染物的结构，使其失去活性。研究表明，电气石粉体颗粒越细，表面电位越高，主要是由于离子表面效应的影响，表面积迅速变大，表面金属原子数迅速增加所致。所以将电气石球磨至小于5微米的颗粒，以增大电气石表面电位。对电气石进行热处理，可以缩小电气石的晶胞体积，从而增强电极性，产生负离子的浓度提高，热处理温度过高会使电气石极性消失，优选热处理温度为600～800℃。
硅藻土储量丰富，价格低廉，孔隙率高达90％，有超强的吸附功能和离子交换性能，酸化处理能去除硅藻土中的杂质，提高其吸附性能；硅藻土的强吸附性可以用于净化空气中的苯甲醛等，但吸附能力毕竟是有上限的，当吸附达饱和时即失去净化作用。硅藻土与电气石结合使用，组分间的微粒相互扩散，不仅使电气石分散性增加，而且电气石会将吸附在硅藻土表面的有机物分解，使硅藻土长久的保持吸附性能。
相较二氧化钛，氧化锌作为光触媒材料价格较低廉，但氧化锌单独作为光触媒材料时化学性质不稳定，在催化时会发生光溶解，溶出的金属离子具有一定的生物毒性，锰的加入能提高催化剂的稳定性，还可以抑制氧化锌大颗粒的形成，使氧化锌保持更好的催化活性。此外电气石中包含大量铝盐，纳米级的粉体互相掺杂后，高价态的Al会取代低价的Zn而产生氧空位，从而增强氧化锌的催化活性。
电气石自身的强电场，结合锌锰复合催化剂发生光电组合催化，进一步提高光催化反应效率，分解甲醛等有害物质。
由于电气石自身能够永久产生静电场，不停地吸收电磁波等转换成远红外线向外辐射，而且还能与空气中的水分子发生反应，形成阴离子，中和辐射发出的阳离子，阻止电磁波的传播；硅藻土有利于消除电磁辐射的作用；锌锰复合纳米催化剂，更能提高其导电性，增强电磁屏蔽性能。
本发明中的空气净化材料应用于到涂料、橡胶、织物等领域时，不仅能产生负离子净化空气，而且还具有屏蔽电磁辐射的作用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
本实施例提供一种空气净化材料，由以下重量百分数成分制备而成：
镁电气石 40％
硅藻土 40％
锌锰复合纳米催化剂 20％
电气石在800℃恒温预处理2小时后放于球磨罐中，机械球磨3小时，得到粒径小于5微米的粉体；
硅藻土加入少量水搅拌均匀，缓慢加入70％的硫酸溶液，搅拌2～6小时后，加入水稀释后过滤、干燥、煅烧，得酸化处理的硅藻土；
硝酸锌、硝酸锰按照摩尔比1：1配制成一定量的混合盐饱和溶液A；氢氧化钠和碳酸钠按照摩尔比1：1称取量加入去离子水中，配制成钠离子摩尔浓度为1mol/L的混合碱溶液B；剧烈搅拌下，将溶液A缓慢滴入到溶液B内，搅拌30min，将反应液加热到75℃，保温3小时，迅速冷却到0℃，再将混合液加热至100℃保温陈化18小时。
得到的沉淀物用去离子水和95％的乙醇清洗至滤出液为无色，过滤所得到的固体物烘干，600℃焙烧5小时，得到锌锰复合纳米催化剂。
将研磨后的电气石、酸化处理的硅藻土、锌锰复合纳米催化剂混合均匀，500℃焙烧2小时，制得空气净化材料。
实施例2
本实施例提供一种空气净化材料，由以下重量百分数成分制备而成：
镁电气石 65％
硅藻土 25％
锌锰复合纳米催化剂 10％
电气石在600℃恒温预处理2小时后放于球磨罐中，机械球磨3小时，得到粒径小于5微米的粉体；
硅藻土加入少量水搅拌均匀，缓慢加入70％的硫酸溶液，搅拌2～6小时后，加入水稀释后过滤、干燥、煅烧，得酸化处理的硅藻土；
硝酸锌、硝酸锰按照摩尔比1：1配制成一定量的混合盐饱和溶液A；氢氧化钠和碳酸钠按照摩尔比1：1称取量加入去离子水中，配制成钠离子摩尔浓度为1mol/L的混合碱溶液B；剧烈搅拌下，将溶液A缓慢滴入到溶液B内，搅拌30min，将反应液加热到75℃，保温3小时，迅速冷却到0℃，再将混合液加热至100℃保温陈化18小时。
得到的沉淀物用去离子水和95％的乙醇清洗至滤出液为无色，过滤所得到的固体物烘干，600℃焙烧5小时，得到锌锰复合纳米催化剂。
将研磨后的电气石、酸化处理的硅藻土、锌锰复合纳米催化剂混合均匀，500℃焙烧2小时，制得空气净化材料。
实施例3
本实施例提供一种空气净化材料，由以下重量百分数成分制备而成：
镁电气石 50％
硅藻土 30％
锌锰复合纳米催化剂 20％
电气石在700℃恒温预处理2小时后放于球磨罐中，机械球磨3小时，得到粒径小于5微米的粉体；
硅藻土加入少量水搅拌均匀，缓慢加入70％的硫酸溶液，搅拌2～6小时后，加入水稀释后过滤、干燥、煅烧，得酸化处理的硅藻土；
硝酸锌、硝酸锰按照摩尔比1：1配制成一定量的混合盐饱和溶液A；氢氧化钠和碳酸钠按照摩尔比1：1称取量加入去离子水中，配制成钠离子摩尔浓度为1mol/L的混合碱溶液B；剧烈搅拌下，将溶液A缓慢滴入到溶液B内，搅拌30min，将反应液加热到75℃，保温3小时，迅速冷却到0℃，再将混合液加热至100℃保温陈化18小时。
得到的沉淀物用去离子水和95％的乙醇清洗至滤出液为无色，过滤所得到的固体物烘干，600℃焙烧5小时，得到锌锰复合纳米催化剂。
将研磨后的电气石、酸化处理的硅藻土、锌锰复合纳米催化剂混合均匀，500℃焙烧2小时，制得空气净化材料。
实施例4
本实施例提供一种空气净化材料，由以下重量百分数成分制备而成：
镁电气石 50％
硅藻土 25％
锌锰复合纳米催化剂 20％
将镁电气石在800℃热处理后机械球磨成粒径小于5微米的粉体；
硅藻土加水搅拌均匀后加入浓硫酸，搅拌2～6小时后，加入水稀释后过滤、干燥、煅烧，得酸化处理的硅藻土；
硝酸锌、硝酸锰按照摩尔比0.5：1配制成一定量的混合盐溶液A；氢氧化钠和碳酸钠按照摩尔比1：1配制成适量的混合碱溶液B；剧烈搅拌下，将溶液A和溶液B缓慢加入到盛有去离子水的反应器内，搅拌30min，于80℃陈化18小时。沉淀物过滤后，用去离子水和无水乙醇多次洗涤，得到的固体烘干，在500℃焙烧4小时，得到锌锰复合纳米催化剂。
将研磨后的电气石、酸化处理的硅藻土、锌锰复合纳米催化剂混合均匀，500℃焙烧2小时，制得空气净化材料。
实施例5
本实施例提供一种空气净化材料，由以下重量百分数成分制备而成：
镁电气石 50％
硅藻土 25％
锌锰复合纳米催化剂 10％
将镁电气石在800℃热处理后机械球磨成粒径小于5微米的粉体；
硅藻土加水搅拌均匀后加入浓硫酸，搅拌2～6小时后，加入水稀释后过滤、干燥、煅烧，得酸化处理的硅藻土；
硝酸锌、硝酸锰按照摩尔比1：0.5配制成一定量的混合盐溶液A；氢氧化钠和碳酸钠按照摩尔比1：1配制成适量的混合碱溶液B；剧烈搅拌下，将溶液A和溶液B缓慢加入到盛有去离子水的反应器内，搅拌30min，于80℃陈化18小时。沉淀物过滤后，用去离子水和无水乙醇多次洗涤，得到的固体烘干，在500℃焙烧4小时，得到锌锰复合纳米催化剂。
将研磨后的电气石、酸化处理的硅藻土、锌锰复合纳米催化剂混合均匀，500℃焙烧2小时，制得空气净化材料。
实施例6
本实施例提供一种空气净化材料，由以下重量百分数成分制备而成：
镁电气石 50％
硅藻土 25％
锌锰复合纳米催化剂 10％
将镁电气石在800℃热处理后机械球磨成粒径小于5微米的粉体；
硅藻土加水搅拌均匀后加入浓硫酸，搅拌2～6小时后，加入水稀释后过滤、干燥、煅烧，得酸化处理的硅藻土；
硝酸锌、硝酸锰按照摩尔比1：0.5配制成一定量的混合盐溶液A；氢氧化钠和碳酸钠按照摩尔比1.5：1配制成适量的混合碱溶液B；剧烈搅拌下，将溶液A和溶液B缓慢加入到盛有去离子水的反应器内，搅拌30min，于80℃陈化18小时。沉淀物过滤后，用去离子水和无水乙醇多次洗涤，得到的固体烘干，在500℃焙烧4小时，得到锌锰复合纳米催化剂。
将研磨后的电气石、酸化处理的硅藻土、锌锰复合纳米催化剂混合均匀，500℃焙烧2小时，制得空气净化材料。
实施例7
本实施例提供一种空气净化材料，由镁电气石在750℃热处理后机械球磨成粒径小于5微米的粉体，制得空气净化材料。
实施例8：效果实施例
将实施例1～4制备好的净化材料按照国标QB-T2761-2006《室内空气净化产品效果测定方法》搭建实验装置，进行实验测试。24小时后，分别测定空白舱和样品舱中的甲醛浓度(毫克/立方米)，结果见下表。在实验装置内继续通入浓度为1克/立方米的甲醛气体，甲醛浓度采用同样的测试方法，测定各实验样品的甲醛清除容量(毫摩尔/克)，结果见下表。
24小时后浓度 24小时清除率 甲醛清除容量
空白舱 4.5 ＜60％ —
实施例1样品 0.01 ＞99％ 4.9
实施例2样品 0.015 ＞99％ 4.8
实施例3样品 0.012 ＞99％ 4.85
实施例4样品 0.015 ＞99％ 4.8
实施例5样品 0.008 ＞99％ 5.2
实施例6样品 0.01 ＞99％ 4.9
实施例7样品 2.5 ＜60％ 1.8

Claims (8)

1.一种空气净化材料，其特征是，所述空气净化材料主要成分是电气石粉体、硅藻土和锌锰复合纳米催化剂，各成分的重量百分数含量为：电气石40％～65％，硅藻土25％～35％，锌锰复合纳米催化剂10％～20％。
2.根据权利要求1所述的空气净化材料，其特征是，所述电气石粉体选自镁电气石、铁电气石、铁镁电气石、锂电气石中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的空气净化材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：
(1)电气石在500～950℃恒温预处理2小时后放于球磨罐中，机械球磨3小时，得到粒径小于5微米的粉体；
(2)硅藻土加入少量水搅拌均匀，缓慢加入70％的硫酸溶液，搅拌2～6小时后，加入水稀释后过滤、干燥、煅烧，得酸化处理的硅藻土；
(3)锌锰复合纳米催化剂的制备：
称取硝酸锌、硝酸锰溶于去离子水，配制成混合盐的饱和溶液A；
称取氢氧化钠、碳酸钠加入去离子水中，配制成混合碱溶液B；
剧烈搅拌下，将溶液A缓慢滴入溶液B中，搅拌30min后，将反应液加热到75℃，保温3小时，迅速冷却到0℃，再将混合液加热至60～100℃保温陈化18小时。
得到的沉淀物用去离子水和95％的乙醇清洗至滤出液为无色，过滤所得到的固体物烘干，在300～800℃焙烧2～6小时，得到锌锰复合纳米催化剂。
(4)将研磨后的电气石、酸化处理的硅藻土、锌锰复合纳米催化剂混合均匀，焙烧即制得空气净化材料。
4.根据权利要求3所述的空气净化材料的制备方法，其特征是，所述电气石预处理温度为600～850℃。
5.根据权利要求3所述的空气净化材料的制备方法，其特征是，所述硝酸锌、硝酸锰的摩尔比为0.5～1.5。
6.根据权利要求3所述的空气净化材料的制备方法，其特征是，氢氧化钠和碳酸钠的摩尔比0.5～2。
7.根据权利要求3所述的空气净化材料的制备方法，其特征是，所述电气石、酸化处理的硅藻土、锌锰复合纳米催化剂混合后焙烧温度为300～600℃。
8.根据权利要求3所述的空气净化材料的制备方法，其特征是，所述混合碱溶液B钠离子浓度为0.5～2mol/L。
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