CN110743525A - 一种光催化高活性空气污染处理纳米竹炭 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光催化高活性空气污染处理纳米竹炭，其原料按重量份比包括：竹炭80‑100份、钛酸丁酯6‑9份、无水乙醇10‑15份、去离子水6‑9份，其制备方法包括以下步骤：S1、竹炭活化、S2、二氧化钛溶胶制备：在室温下将溶液A滴加到溶液B中，制得二氧化钛溶胶，S3、二氧化钛渗入、S4、后期处理，本发明涉及空气污染处理技术领域。该光催化高活性空气污染处理纳米竹炭，将光触媒渗入到竹炭孔隙中，将光触媒分解有害物质与竹炭的吸附功能相结合，提高了纳米竹炭处理空气中有害物质的能力，且光触媒使用过程中几乎无消耗，能够有效延长竹炭的使用寿命，且该方法制备的纳米竹炭活性高，原料易获取，加工过程简单，实用性较高。
Description
技术领域
本发明涉及空气污染处理技术领域，具体为一种光催化高活性空气污染处理纳米竹炭。
背景技术
竹炭是以三年生以上高山毛竹为原料，经近千度高温烧制而成的一种炭，竹炭具有疏松多孔的结构，其分子细密多孔，质地坚硬，有很强的吸附能力，能净化空气、消除异味、吸湿防霉、抑菌驱虫，与人体接触能去湿吸汗，促进人体血液循环和新陈代谢，缓解疲劳，由于炭质本身有着无数的孔隙，这种炭质气孔能有效地吸附空气中一部分浮游物质，对硫化物、氢化物、甲醇、苯、酚等有害化学物质起到吸附、分解异味和消臭作用，光触媒是一种以纳米级二氧化钛为代表的一种材料，这种材料具有光催化功能，同时也是属于光半导体材料的总称，它适合用于涂布于基材表面，一般来说光触媒在紫外光及可见光的作用下，能够产生强烈催化降解功能，使用过程中能够有效地降解空气中有毒有害气体；最重要是它能够很有效的杀灭多种细菌，它能够将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理；同时它具有去除甲醛、除臭、抗污、净化空气等多功能的作用，空气中氨、甲醛、苯酚等，通过TiO2在光的作用下，释放出的OH离子作用，分解成为水和CO2，此外还用将病毒、细菌的细胞膜和细胞质的蛋白质变性而杀灭。
现有的纳米竹炭只是通过吸附空气中的污染物来达到净化空气的目的，其自身无法将吸附的污染物进行分解，不能从根本上消除污染源，当竹炭吸附饱和后，其自身会成为污染源，失去空气净化的效果，使用寿命短并且现有的纳米竹炭制备方法步骤较为繁琐，实用性较低。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种光催化高活性空气污染处理纳米竹炭，解决了现有的纳米竹炭只是通过吸附空气中的污染物来达到净化空气的目的，其自身无法将吸附的污染物进行分解，不能从根本上消除污染源，及当活性炭吸附饱和后，其自身会成为污染源，失去空气净化的效果，使用寿命短，实用性较低的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种光催化高活性空气污染处理纳米竹炭，其原料按重量份比包括：竹炭80-100份、钛酸丁酯6-9份、无水乙醇10-15份、去离子水6-9份，钛酸正丁酯是一种化学物质，钛酸正丁酯是外观浅黄色至淡红色透明均匀液体。物理性质是无色至浅黄色液体，易燃、低毒、低于-55℃时为玻璃状固体，遇水分解，因钛酸丁酯中含有钛元素，因此可以利用各种化学反应将钛酸丁酯中的钛元素提取出来，以钛酸丁酯作为原料制备二氧化钛溶胶，去离子水是指除去了呈离子形式杂质后的纯水。
优选的，其原料包括以下组分：竹炭80份、钛酸丁酯6份、无水乙醇10份、去离子水6份。
优选的，所述其原料包括以下组分：竹炭86份、钛酸丁酯7份、无水乙醇12份、去离子水7份。
优选的，所述其原料包括以下组分：竹炭92份、钛酸丁酯8份、无水乙醇13份、去离子水8份。
优选的，所述其原料包括以下组分：竹炭100份、钛酸丁酯9份、无水乙醇15份、去离子水9份。
本发明海工尅了一种光催化高活性空气污染处理纳米竹炭的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、竹炭活化：将竹片在碱性溶液中浸泡7-10h，浸泡后的竹片利用烘干机进行干燥，然后将干燥的竹片在无氧环境中于700℃-900℃条件下焙烧1-4h，得到竹炭毛坯，然后将竹炭毛坯进行清洗、干燥，得到竹炭；
S2、二氧化钛溶胶制备：取适量钛酸丁酯与无水乙醇混合，搅拌形成溶液A，然后将适量去离子水和剩余无水乙醇混合并搅拌，边搅拌边滴加硝酸，硝酸是一种具有强氧化性、腐蚀性的强酸，属于一元无机强酸，是六大无机强酸之一，也是一种重要的化工原料，此处用来调节溶液B的PH值，并时刻观察溶液的PH值，将溶液PH值调节到3-5，得到溶液B，然后在室温下将溶液A滴加到溶液B中，同时利用恒温磁力搅拌器剧烈搅拌2-4h，制得二氧化钛溶胶；
S3、二氧化钛渗入：将步骤S2中制得的二氧化钛溶胶陈化24h,陈化，是指在沉淀过程中，待沉淀完全后，使溶液在一定条件下静止存放一段时间，目的是为了令里边的组分得到充分的反应，或令悬浮物沉降，将步骤S1中制得的竹炭投入到陈化溶胶中，在加入适量的尿素，搅拌后在30℃-35℃、频率为45KHz的超声条件下处理1-3h，使溶胶进入竹炭孔隙内部，得到光触媒竹炭；
S4、后期处理：将步骤S4中制得的光触媒竹炭在微波真空干燥机中进行干燥，最终制得光催化高活性纳米竹炭。
优选的，所述步骤S1中使用的竹片原料为五年生以上高山毛竹，且烘干机烘干温度为80℃-90℃。
优选的，所述步骤S2中滴加溶液A的速率为2滴/s，为了防止钛酸丁酯水解过快，溶液A的滴加速度应当尽量放缓，并且步骤S4中的干燥温度为80℃。
(三)有益效果
本发明提供了一种光催化高活性空气污染处理纳米竹炭。具备以下有益效果：
该光催化高活性空气污染处理纳米竹炭，其原料按重量份比包括：竹炭80-100份、钛酸丁酯6-9份、无水乙醇10-15份、去离子水6-9份、硝酸0.8-1.2份，其制备方法包括以下步骤：S1、竹炭活化：将竹片在碱性溶液中浸泡7-10h，浸泡后的竹片利用烘干机进行干燥，然后将干燥的竹片在无氧环境中于700℃-900℃条件下焙烧1-4h，得到竹炭毛坯，然后将竹炭毛坯进行清洗、干燥，得到竹炭；S2、二氧化钛溶胶制备：取适量钛酸丁酯与无水乙醇混合，搅拌形成溶液A，然后将适量去离子水和剩余无水乙醇混合并搅拌，边搅拌边滴加硝酸，并时刻观察溶液的PH值，将溶液PH值调节到3-5，得到溶液B，然后在室温下将溶液A滴加到溶液B中，同时利用恒温磁力搅拌器剧烈搅拌2-4h，制得二氧化钛溶胶；二氧化钛渗入：将步骤S2中制得的二氧化钛溶胶陈化24h,将步骤S1中制得的竹炭投入到陈化溶胶中，在加入适量的尿素，搅拌后在30℃-35℃、频率为45KHz的超声条件下处理1-3h，使溶胶进入竹炭孔隙内部，得到光触媒竹炭；S4、后期处理：将步骤S4中制得的光触媒竹炭在微波真空干燥机中进行干燥，最终制得光催化高活性纳米竹炭；将光触媒渗入到竹炭孔隙中，将光触媒分解有害物质与竹炭的吸附功能相结合，提高了纳米竹炭处理空气中有害物质的能力，且光触媒使用过程中几乎无消耗，能够有效延长竹炭的使用寿命，且该方法制备的纳米竹炭活性高，原料易获取，加工过程简单，实用性较高。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明对比实验数据统计表图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明实施例提供四种技术方案：一种光催化高活性空气污染处理纳米竹炭，具体包括以下实施例：
实施例1
S1、竹炭活化：将竹片在碱性溶液中浸泡7h，浸泡后的竹片利用烘干机进行干燥，然后将干燥的竹片在无氧环境中于700℃条件下焙烧1h，得到竹炭毛坯，然后将竹炭毛坯进行清洗、干燥，得到竹炭；
S2、二氧化钛溶胶制备：取6份钛酸丁酯与5份无水乙醇混合，搅拌形成溶液A，然后将6份去离子水和剩余5份无水乙醇混合并搅拌，边搅拌边滴加硝酸，并时刻观察溶液的PH值，将溶液PH值调节到3，得到溶液B，然后在室温下将溶液A滴加到溶液B中，同时利用恒温磁力搅拌器剧烈搅拌2h，制得二氧化钛溶胶；
S3、二氧化钛渗入：将步骤S2中制得的二氧化钛溶胶陈化24h,取80份S1中制得的竹炭投入到陈化溶胶中，在加入适量的尿素，搅拌后在30℃温度条件下、频率为45KHz的超声条件下处理1h，使溶胶进入竹炭孔隙内部，得到光触媒竹炭；
S4、后期处理：将步骤S4中制得的光触媒竹炭在微波真空干燥机中进行干燥，最终制得光催化高活性纳米竹炭。
实施例2
S1、竹炭活化：将竹片在碱性溶液中浸泡8h，浸泡后的竹片利用烘干机进行干燥，然后将干燥的竹片在无氧环境中于760℃条件下焙烧2h，得到竹炭毛坯，然后将竹炭毛坯进行清洗、干燥，得到竹炭；
S2、二氧化钛溶胶制备：取7份钛酸丁酯与5份无水乙醇混合，搅拌形成溶液A，然后将7份去离子水和剩余5份无水乙醇混合并搅拌，边搅拌边滴加硝酸，并时刻观察溶液的PH值，将溶液PH值调节到4，得到溶液B，然后在室温下将溶液A滴加到溶液B中，同时利用恒温磁力搅拌器剧烈搅拌3h，制得二氧化钛溶胶；
S3、二氧化钛渗入：将步骤S2中制得的二氧化钛溶胶陈化24h,取86份步骤S1中制得的竹炭投入到陈化溶胶中，在加入适量的尿素，搅拌后在33℃、频率为45KHz的超声条件下处理2h，使溶胶进入竹炭孔隙内部，得到光触媒竹炭；
S4、后期处理：将步骤S4中制得的光触媒竹炭在微波真空干燥机中进行干燥，最终制得光催化高活性纳米竹炭。
实施例3
S1、竹炭活化：将竹片在碱性溶液中浸泡9h，浸泡后的竹片利用烘干机进行干燥，然后将干燥的竹片在无氧环境中于800℃条件下焙烧3h，得到竹炭毛坯，然后将竹炭毛坯进行清洗、干燥，得到竹炭；
S2、二氧化钛溶胶制备：取8份钛酸丁酯与5份无水乙醇混合，搅拌形成溶液A，然后将8份去离子水和剩余5份无水乙醇混合并搅拌，边搅拌边滴加硝酸，并时刻观察溶液的PH值，将溶液PH值调节到4，得到溶液B，然后在室温下将溶液A滴加到溶液B中，同时利用恒温磁力搅拌器剧烈搅拌3h，制得二氧化钛溶胶；
S3、二氧化钛渗入：将步骤S2中制得的二氧化钛溶胶陈化24h,取92份步骤S1中制得的竹炭投入到陈化溶胶中，在加入适量的尿素，搅拌后在33℃、频率为45KHz的超声条件下处理2.5h，使溶胶进入竹炭孔隙内部，得到光触媒竹炭；
S4、后期处理：将步骤S4中制得的光触媒竹炭在微波真空干燥机中进行干燥，最终制得光催化高活性纳米竹炭。
实施例4。
S1、竹炭活化：将竹片在碱性溶液中浸泡10h，浸泡后的竹片利用烘干机进行干燥，然后将干燥的竹片在无氧环境中于900℃条件下焙烧4h，得到竹炭毛坯，然后将竹炭毛坯进行清洗、干燥，得到竹炭；
S2、二氧化钛溶胶制备：取100份钛酸丁酯与5份无水乙醇混合，搅拌形成溶液A，然后将15份去离子水和剩余5份无水乙醇混合并搅拌，边搅拌边滴加硝酸，并时刻观察溶液的PH值，将溶液PH值调节到5，得到溶液B，然后在室温下将溶液A滴加到溶液B中，同时利用恒温磁力搅拌器剧烈搅拌4h，制得二氧化钛溶胶；
S3、二氧化钛渗入：将步骤S2中制得的二氧化钛溶胶陈化24h,取100份步骤S1中制得的竹炭投入到陈化溶胶中，在加入适量的尿素，搅拌后在35℃、频率为45KHz的超声条件下处理3h，使溶胶进入竹炭孔隙内部，得到光触媒竹炭；
S4、后期处理：将步骤S4中制得的光触媒竹炭在微波真空干燥机中进行干燥，最终制得光催化高活性纳米竹炭。
对比实验
某纳米竹炭加工公司对相同数量的由实施例1、实施例2、实施例3、实施例4分别制作出来的纳米竹炭以及市场上普通的纳米竹炭同时进行净化效率检测工作，该对比实验在相同的时间段以及条件下进行操作，在检测的过程中，同时统计数据并制作统计表图。
如表图2可知，本发明由实施例3加工出来的纳米竹炭在相同环境中的空气净化效果更好，相同时间段后空气中的甲醛、氨、苯的含量最少，利用竹炭的吸附效果使有害物质吸附到竹炭上，然后光触媒发挥作用将有害物质分解，且光触媒在工作过程中几乎无损耗，有效延长了纳米竹炭的使用寿命。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种光催化高活性空气污染处理纳米竹炭，其特征在于：其原料按重量份比包括：竹炭80-100份、钛酸丁酯6-9份、无水乙醇10-15份、去离子水6-9份。
2.根据权利要求1所述的一种光催化高活性空气污染处理纳米竹炭，其特征在于：其原料包括以下组分：竹炭80份、钛酸丁酯6份、无水乙醇10份、去离子水6份。
3.根据权利要求1所述的一种光催化高活性空气污染处理纳米竹炭，其特征在于：其原料包括以下组分：竹炭86份、钛酸丁酯7份、无水乙醇12份、去离子水7份。
4.根据权利要求1所述的一种光催化高活性空气污染处理纳米竹炭，其特征在于：其原料包括以下组分：竹炭92份、钛酸丁酯8份、无水乙醇13份、去离子水8份。
5.根据权利要求1所述的一种光催化高活性空气污染处理纳米竹炭，其特征在于：其原料包括以下组分：竹炭100份、钛酸丁酯9份、无水乙醇15份、去离子水9份。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种光催化高活性空气污染处理纳米竹炭，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：
S1、竹炭活化：将竹片在碱性溶液中浸泡7-10h，浸泡后的竹片利用烘干机进行干燥，然后将干燥的竹片在无氧环境中于700℃-900℃条件下焙烧1-4h，得到竹炭毛坯，然后将竹炭毛坯进行清洗、干燥，得到竹炭；
S2、二氧化钛溶胶制备：取适量钛酸丁酯与无水乙醇混合，搅拌形成溶液A，然后将适量去离子水和剩余无水乙醇混合并搅拌，边搅拌边滴加硝酸，并时刻观察溶液的PH值，将溶液PH值调节到3-5，得到溶液B，然后在室温下将溶液A滴加到溶液B中，同时利用恒温磁力搅拌器剧烈搅拌2-4h，制得二氧化钛溶胶；
S3、二氧化钛渗入：将步骤S2中制得的二氧化钛溶胶陈化24h,取适量步骤S1中制得的竹炭投入到陈化溶胶中，在加入适量的尿素，搅拌后在30℃-35℃、频率为45KHz的超声条件下处理1-3h，使溶胶进入竹炭孔隙内部，得到光触媒竹炭；
S4、后期处理：将步骤S4中制得的光触媒竹炭在微波真空干燥机中进行干燥，最终制得光催化高活性纳米竹炭。
7.根据权利要求6所述的一种光催化高活性空气污染处理纳米竹炭的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中使用的竹片原料为五年生以上高山毛竹，且烘干机烘干温度为80℃-90℃。
8.根据权利要求6所述的一种光催化高活性空气污染处理纳米竹炭的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中滴加溶液A的速率为2滴/s，并且步骤S4中的干燥温度为80℃。
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