CN111013528B - 一种吸收并分解甲醛的材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种吸收并分解甲醛的材料及其制备方法,吸收并分解甲醛的材料以粗孔微球硅胶为载体,所述粗孔微球硅胶上负载有甲醛分解剂。本发明通过将甲醛分解剂负载在粗孔微球硅胶的表面,所述甲醛分解剂能够对粗孔微球硅胶吸附的甲醛进行光催化分解,所述材料通过粗孔微球硅胶吸附甲醛,甲醛分解剂及时分解甲醛,避免了被吸附的甲醛在高温下解吸的问题。
Description
技术领域
本发明涉及空气净化技术领域,具体涉及一种吸收并分解甲醛的材料及其制备方法。
背景技术
甲醛是现代人类居住的室内主要污染物之一,被国际癌症组织定义为一级致癌物。
甲醛的主要来源分为两大类,第一是工业排放的污染物中含有甲醛,工业化的结果导致空气污染严重,甲醛的含量逐年增多。空气中的甲醛势必会流入室内。第二,人类对居住环境的装饰要求越来越高,导致室内装饰材料的使用量多品种多。板材家具最常用的粘结剂是价格便宜且固化快的尿素和甲醛。而板材中的甲醛粘结剂的释放长达几个月甚至几年。
甲醛对人体的嗅觉、眼睛、肠胃、肺功能、血液以及染色体的伤害都很大。甲醛中毒分为急性中毒和慢性中毒两种。急性中毒是指人类处在高浓度的甲醛环境中,导致哮喘、皮肤过敏和人体浮肿等症状。慢性中毒是指人类长期处于甲醛含量超标的环境中,会出现记忆力衰退、睡眠紊乱、头痛、白血病、鼻咽癌等症状,还会导致孕妇肚中胎儿的染色体发生异常。
目前,治理甲醛超标的主要方法是使用强吸附剂除去甲醛,比如吸附炭、分子筛、沸石和粗孔硅胶等。虽然这些材料对甲醛的吸附作用很强,但这些材料并不能从根本上除去甲醛,只是将空气中的甲醛聚集在吸附材料中,如果温度升高,甲醛又将从这些材料中解析出来,对空气造成二次污染。
发明内容
本发明所得目的在于提供一种吸收并分解甲醛的材料,解决现有强吸附剂除去甲醛易导致解吸的问题。
此外,本发明还提供上述室内空气净化材料的制备方法。
本发明通过下述技术方案实现:
一种吸收并分解甲醛的材料,以粗孔微球硅胶为载体,所述粗孔微球硅胶上负载有甲醛分解剂。
在现有技术中,吸附法除甲醛只能吸附甲醛,不能分解甲醛,度升高,吸附材料解吸,甲醛会再次释放出来,对空气造成二次污染。
本发明所述粗孔微球硅胶为超细二氧化硅气凝胶,内部具有均匀的微孔结构,平均孔径在8-12nm,吸附有机气体能力较强,能够吸附甲醛;所述甲醛分解剂能在可见光照下分解甲醛。
本发明通过将甲醛分解剂负载在粗孔微球硅胶的表面,所述甲醛分解剂能够对粗孔微球硅胶吸附的甲醛进行光催化分解,所述材料通过粗孔微球硅胶吸附甲醛,甲醛分解剂及时分解甲醛,避免了被吸附的甲醛在高温下解吸的问题。如此,本发明解决了现有强吸附剂除去甲醛易导致解吸的问题。
进一步地,甲醛分解剂为p型半导体Cu2S。
本发明通过化学沉积法将p型半导体Cu2S负载于粗孔微球硅胶。
目前光催化材料使用最多的是在紫外灯光源下进行降解作用,很显然不能适用与室内的甲醛分解。
p型半导体Cu2S是一种新型的p型半导体,禁带宽度约为1.2eV,能响应可见光,从而在可见光照下实现光催化用,在日光作用下即可将甲醛分解为H2O和CO2。
同时,p型半导体Cu2S不仅光催化效率高且可循环使用。
进一步地,p型半导体Cu2S的负载量为1.6%-20%。
进一步地,p型半导体Cu2S的负载量为6%。
Cu2S在粗孔微球硅胶上的负载量以1.6%~20%为宜,经过实验测试,以负载量6%的样品降解甲醛的效果最优。
本申请通过将粗孔微球硅胶和p型半导体Cu2S的比例设置为上述能够最大限度提高空气净化效果:
当催化剂的负载量过多,团聚严重,比表面积下降,减少了光接受面积,分解效果降低;过少,光照下,电子跃迁数量少,形成的电子-空穴对少,氧化总能力降低,从而分解效果降低。
一种吸收并分解甲醛的材料的制备方法,包括以下步骤:
1)、分别配置浓度相同的一缩二乙二醇溶液A和一缩二乙二醇溶液B;
2)、将CuCl2·2H2O加入一缩二乙二醇溶液A中,搅拌使CuCl2·2H2O完全溶解;
3)、向步骤2)中获得的溶液中添加聚乙烯吡咯烷酮,搅拌至完全溶解;
4)、将步骤3)获得的溶液中加入粗孔微球硅胶,持续搅拌并油浴加热至150℃-190℃,获得悬浮液;
5)、将硫脲加入一缩二乙二醇溶液B中,搅拌形成均匀溶液;
6)、将步骤5)获得的均匀溶液加入到步骤4)获得的悬浮液中,搅拌并恒温一段时间;
7)、将步骤6)获得的悬浮液依次进行洗涤、抽滤和烘干。
在本发明所述方法中,选用氯化铜(CuCl2·2H2O)为铜源,硫脲(CH4N2S)为硫源,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂,一缩二乙二醇(DEG)为还原剂。反应机理如下:
本发明反应时间短,Cu2S晶粒尺寸小,比表面积大,接收光照面积大,从而使得分解甲醛的效果强。
进一步地,一缩二乙二醇溶液A和一缩二乙二醇溶液B的浓度为0.5mol/L。
进一步地,聚乙烯吡咯烷酮的加入量为0.5g-3.5g。
进一步地,聚乙烯吡咯烷酮的加入量为2g。
进一步地,Cu2+与硫脲的比例控制在1:7~1:80。
进一步地,Cu2+与硫脲的比例控制在1:20。
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
1、本发明通过将甲醛分解剂负载在粗孔微球硅胶的表面,所述甲醛分解剂能够对粗孔微球硅胶吸附的甲醛进行光催化分解,所述材料通过粗孔微球硅胶吸附甲醛,甲醛分解剂及时分解甲醛,避免了被吸附的甲醛在高温下解吸的问题。
2、本发明将p型半导体Cu2S用于甲醛分解,从而在可见光照下实现光催化用,同时,p 型半导体Cu2S不仅光催化效率高且可循环使用。
3、本发明所述制备方法反应时间短,Cu2S晶粒尺寸小,比表面积大,接收光照面积大,从而使得分解甲醛的效果强。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为发明的工艺流程图;
图2为性能检测图。
附图中标记及对应的零部件名称:
1-日光灯,2-第一插座,3-甲醛检测仪,4-第二恒温加热搅拌器,5-第二恒温加热搅拌器, 6-第二插座,7-遮光布。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例1:
如图1所示,一种吸收并分解甲醛的材料,以粗孔微球硅胶为载体,所述粗孔微球硅胶上负载有p型半导体Cu2S;所述p型半导体Cu2S的负载量为6%。
上述循环使用的室内空气净化材料的制备方法如下:
包括以下步骤:
1)、分别配置浓度为0.5mol/L的一缩二乙二醇溶液A和一缩二乙二醇溶液B;
2)、将6.8g CuCl2·2H2O加入100ml一缩二乙二醇溶液A中,搅拌使CuCl2·2H2O完全溶解,搅拌采用集热式恒温加热磁力搅拌器;
3)、向步骤2)中获得的溶液中添加2g聚乙烯吡咯烷酮,搅拌至完全溶解;
4)、将步骤3)获得的溶液中加入5g粗孔微球硅胶,持续搅拌并油浴加热至150℃,获得悬浮液,油浴通过集热式恒温加热磁力搅拌器中加入二甲基硅油来实现;
5)、将1.52g硫脲加入100ml一缩二乙二醇溶液B中,搅拌形成均匀溶液;
6)、将步骤5)获得的均匀溶液加入到步骤4)获得的悬浮液中,搅拌并恒温一段时间,此悬浮液中粗孔微球硅胶、CuCl2·2H2O以及硫脲的质量比为5:6.8:1.52;
7)、将步骤6)获得的悬浮液依次进行洗涤、抽滤和烘干。
实施例2:
一种吸收并分解甲醛的材料,以粗孔微球硅胶为载体,所述粗孔微球硅胶上负载有p型半导体Cu2S;所述p型半导体Cu2S的负载量为1.6%。
与实施例1中制备方法的区别在于:
CuCl2·2H2O的加入量为6.8g,一缩二乙二醇溶液A和一缩二乙二醇溶液B的体积分别为为100ml,聚乙烯吡咯烷酮的加入量为2.0g,粗孔微球硅胶的加入量为5.0g,悬浮液中粗孔微球硅胶、CuCl2·2H2O以及硫脲的质量比为5:6.8:0.38;油浴温度为190℃。
实施例3:
一种吸收并分解甲醛的材料,以粗孔微球硅胶为载体,所述粗孔微球硅胶上负载有p型半导体Cu2S;所述p型半导体Cu2S的负载量为20%。
与实施例1中制备方法的区别在于:
CuCl2·2H2O的加入量为6.8g,一缩二乙二醇溶液A和一缩二乙二醇溶液B的体积分别为为100ml,聚乙烯吡咯烷酮的加入量为100m,粗孔微球硅胶的加入量为5.0g,硫脲加入量为 4.56g。
实施例4:
本实施例基于实施例1,与实施例1的取杯在于:
油浴加热至170℃.
对比例1:
一种室内空气净化材料,以粗孔微球硅胶为载体,所述粗孔微球硅胶的表面负载有Cu。
对比例2:
一种室内空气净化材料,以粗孔微球硅胶为载体,所述粗孔微球硅胶的表面负载有CdS。
对比例3:
一种室内空气净化材料,以ZnO为载体,所述载体表面负载有p型半导体Cu2S。
对比例4:
一种室内空气净化材料,以TiO2为载体,所述载体表面负载有p型半导体Cu2S。
对比例5:
本对比例基于实施例1,与实施例1的区别在于:
p型半导体Cu2S的负载量为25%
对比例6:
本对比例基于实施例1,与实施例1的区别在于:
p型半导体Cu2S的负载量为1%。
对比例7:
本对比例基于实施例1,与实施例1的区别在于:
CuCl2·2H2O的加入量为6.8g,一缩二乙二醇溶液A和一缩二乙二醇溶液B的体积分别为为100ml,聚乙烯吡咯烷酮的加入量为100ml,粗孔微球硅胶的加入量为5.0g,硫脲加入量为 0.76g,悬浮液中粗孔微球硅胶、CuCl2·2H2O以及硫脲的质量比为5:6.8:0.76。
对比例8:
本对比例基于实施例1,与实施例1的区别在于:
CuCl2·2H2O的加入量为6.8g,一缩二乙二醇溶液A和一缩二乙二醇溶液B的体积分别为为100ml,聚乙烯吡咯烷酮的加入量为100ml,粗孔微球硅胶的加入量为5.0g,硫脲加入量为 3.04g,悬浮液中粗孔微球硅胶、CuCl2·2H2O以及硫脲的质量比为5:6.8:3.04。
将实施例1-实施例4,以及对比例1-对比例8制备的材料采用静态测试法对样品分解甲醛性能进行评估,性能检测如图2所示(在图2中,附图标记1为日光灯,2为第一插座,3为甲醛检测仪,4为第二恒温加热搅拌器,5为第二恒温加热搅拌器,6为第二插座,7为遮光布),具体如下:
1.称取0.5g样品平铺于恒温加热搅拌器上,此时不加热。2.用针筒量取0.5ml甲醛溶液滴在恒温加热搅拌器上。然后密闭玻璃仓,并盖上遮光布。开启甲醛测定仪。此时,风扇低速转动,日光灯亮,恒温加热搅拌器开始加热到35℃并恒温,使甲醛充分挥发到空气中。每隔30分钟记录一下甲醛测定仪的读数。3.当甲醛测定仪三次读数不变时,开启遮光布,加热恒温加热搅拌器到70℃。每隔30分钟记录甲醛测定仪的读数。当甲醛测定仪的读数重新升高并保持三次读数不变时。测试实验结束。
甲醛的分解率的计算过程如下:
η=(C0-Ct)/C0*100%
其中,C0是初始浓度;
Ct是t min后的浓度;
η是分解率。
试验结果如表1所示:
表1
实施例1 | 甲醛的分解率81% |
实施例2 | 甲醛的分解率47% |
实施例3 | 甲醛的分解率62% |
实施例4 | 甲醛的分解率85% |
对比例1 | 甲醛的分解率50% |
对比例2 | 甲醛的分解率64% |
对比例3 | 甲醛的分解率76% |
对比例4 | 甲醛的分解率72% |
对比例5 | 甲醛的分解率53% |
对比例6 | 甲醛的分解率29% |
对比例7 | 甲醛的分解率50% |
对比例8 | 甲醛的分解率73% |
由表1的数据可知:
1、粗孔微球硅胶为最佳载体,p型半导体Cu2S为在日光下甲醛分解效果最好的光催化剂。
2、当p型半导体Cu2S的负载量为6%,甲醛分解效果最佳,当油浴温度为170℃时效果最佳。
3、CuCl2·2H2O的加入量为6.8g,一缩二乙二醇溶液A和一缩二乙二醇溶液B的体积分别为为100ml,聚乙烯吡咯烷酮的加入量为100ml,粗孔微球硅胶的加入量为5.0g,硫脲加入量为1.52g,悬浮液中粗孔微球硅胶、CuCl2·2H2O以及硫脲的质量比为5:6.8:1.52,甲醛分解效果最佳。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种吸收并分解甲醛的应用,其特征在于,吸收并分解甲醛的材料以粗孔微球硅胶为载体,所述粗孔微球硅胶上负载有甲醛分解剂;
所述甲醛分解剂为p型半导体Cu2S,p型半导体Cu2S的负载量为6%,通过化学沉积法将p型半导体Cu2S负载于粗孔微球硅胶,以氯化铜为铜源,硫脲为硫源,聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂,一缩二乙二醇为还原剂,Cu2+与硫脲的比例为1:7~1:80。
2.根据权利要求1所述的吸收并分解甲醛的应用,其特征在于,吸收并分解甲醛的材料的制备方法,包括以下步骤:
1)、分别配置浓度相同的一缩二乙二醇溶液A和一缩二乙二醇溶液B;
2)、将CuCl2·2H2O加入一缩二乙二醇溶液A中,搅拌使CuCl2·2H2O完全溶解;
3)、向步骤2)中获得的溶液中添加聚乙烯吡咯烷酮,搅拌至完全溶解;
4)、将步骤3)获得的溶液中加入粗孔微球硅胶,持续搅拌并油浴加热至150℃-190℃,获得悬浮液;
5)、将硫脲加入一缩二乙二醇溶液B中,搅拌形成均匀溶液;
6)、将步骤5)获得的均匀溶液加入到步骤4)获得的悬浮液中,搅拌并恒温一段时间;
7)、将步骤6)获得的悬浮液依次进行洗涤、抽滤和烘干。
3.根据权利要求1所述的吸收并分解甲醛的应用,其特征在于,所述一缩二乙二醇溶液A和一缩二乙二醇溶液B的浓度为0.5 mol/L。
4.根据权利要求1所述的吸收并分解甲醛的应用,其特征在于,所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量为0.5g-3.5g。
5.根据权利要求4所述的吸收并分解甲醛的应用,其特征在于,所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量为2g。
6.根据权利要求1所述的吸收并分解甲醛的应用,其特征在于,Cu2+与硫脲的比例为1:20。
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