CN111974156A - 一种高效降解气态污染物清除剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于空气净化技术领域，具体涉及一种贵金属‑可见光降解室内空气污染物清除剂的制备方法。清除剂是以Ag、无定形硅、TiO2为核，以表面活性剂浸入后的分子筛为壳形成的纳米材料，对室内污染物如甲醛、苯、TVOC具有高的降解去除效果。该方法操作简单，净化效果好，具有一定的经济价值。
Description
技术领域
本发明属于空气净化技术领域，具体涉及一种室温除甲醛、苯、TVOC的清除剂及其制备方法。
背景技术
装修材料常采用人造板材、夹心板、胶、漆、涂料、粘合剂、花岗岩、大理石、瓷砖及石膏等，这些材料多多少少均含有不等的甲醛、苯、氨、氡等污染物，这些构成了室内空气污染物。室内空气污染物，如甲醛对皮肤黏膜具有刺激作用，对人体具有致敏作用，可引起过敏性皮炎、色斑、支气管哮喘等。其还具有强烈的致癌性和促癌变性，可引起例如鼻咽癌和白血病。
室内空气污染问题已引起人们的广泛关注。但目前市场上销售的室内清除剂大多只是一种“表面封闭剂”，而不是真正意义上的“甲醛等室内污染物的分解剂”。而是在板材或家具表面形成一层膜来暂时封闭甲醛等空气污染物的释放，一旦该膜由于受潮或遇热而遭到破坏，甲醛等空气污染物就会重新散发出来，危害人身体健康。
随着去除空气污染物的研究越发重视，研究者开始利用光催化剂TiO2，然而将其用于降解室内空气污染物也暴露出一些问题。如TiO2去除室内污染物需要紫外灯光的照射，对可见光利用不足5%，加之紫外灯光对人体有害，一定程度上限制了该类材料在净化空气领域方面的应用。由于吸附过程中，水份和污染物有着竞争吸附，因而水份会降低TiO2催化剂的活性以及寿命；在光催化过程中TiO2催化剂易发生团聚现象，极大降低其催化性能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的问题，提供一种新型材料，用于催化降解室内空气污染物。本发明的清除剂主要成分是TiO2和分子筛。清除剂利用设计的材料于可见光照射下，自发的对室内污染物，如甲醛、苯、TVOC进行吸附，材料自身的物理化学性质对吸附的污染物进行降解。本发明所制备的清除剂属于纳米材料，为核-壳结构。其中，TiO2为核，以表面活性剂浸入后的分子筛为壳，Ag元素修饰。该清除剂具有降解催化和疏水的双功能性。在实际应用中，对室内污染物的去除率达到95%以上。
本发明的技术方案如下：
（1）室温下，将氨水、乙醇混合、搅拌，调节pH值成碱性，优选pH为8-9，再加入二氧化钛粉末，搅拌30min，记为溶液A；
（2）将正硅酸乙酯和二甲基二乙氧基硅烷按体积比5-10：1比例混合，加入硅藻土，其中硅藻土是二氧化钛粉末量的0.2-3倍，记为溶液B；将溶液B快速加入到溶液A中，搅拌，100℃下真空干燥8h，得粉末C；
（3）按摩尔比NaAlO2、NaOH、H2O=1：1.5：10-14.7，将NaAlO2、NaOH与水混合均匀，记为溶液D；将粉末C和溶液D混合，充分搅拌，备用，记为溶液E。
（4）称取分子筛和表面活性剂，表面活性剂是分子筛质量的1.5倍以上，加入乙醇，乙醇液体要淹没分子筛和表面活性剂，使分子筛浸泡12h以上；粗滤，取固体，记为浸泡后的分子筛；无需干燥。
（5）将浸泡后的分子筛与溶液E混合，充分搅拌后，置于水热晶化釜中，于100-300℃条件下水热晶化，晶化时间是12-24h，过滤、干燥得分子筛包覆TiO2的核壳材料。
（6）将步骤（5）得到的核壳材料浸入0.001-3mol/L硝酸银溶液中，放置到365nm紫外灯照射5-10min，加入六次甲基四胺和0.001-0.5mol/L硝酸银溶液搅拌均匀，放入晶化釜中，晶化温度90℃，晶化时间1h。
分子筛优选疏水型分子筛；疏水型分子筛优选甲基靶向定位到分子筛骨架上的分子筛，可以为市售疏水型分子筛，也可以自制。
其特征在于所述步骤（5）中，浸泡后的分子筛添加量是粉末C质量的2-5倍。步骤（5）获得的产物仍具有疏水性质，保留有分子筛的微孔或多级孔构造。
所述表面活性剂优选硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠的一种或两种。
方案中，步骤（2）为步骤（4）提供了无定形硅。
浸泡使得表面活性剂渗透入分子筛孔隙结构中，表面活性剂有效提高了分子筛效能。为步骤（5）制备核-壳结构的材料，以及为去除室内污染物提供了更多的能量，离子电荷等，使得去除效果显著。硅藻土一方面提供硅元素，一方面提供少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO，增加材料的吸附性能、催化活性。
将上述制备的材料，喷洒于板材、家具或家居装饰的表面即可达到去除室内空气污染物的效果。
本发明设计、制备的核-壳材料构成了去除室内空气污染物清除剂的主要成分。这样的催化材料以核-壳结构促进了激发价带上的电子跃迁到导带，形成带负电的高活性电子，进而价带上形成空穴，促进光电子发生转移，从外界形成捕获电子的肖特基势垒，有效的充当电子陷阱阻击电子-空穴的复合。当富集的光电子被表面的氧化性物质捕获（如甲醛等），在这个过程中，电子不断被消耗，导致能级下降，这样就可以使光电子不断的流向材料表面以保持费米能级平衡，从此循环下去，降低了光电子-空穴的复合，从而增强的光催化性能，使其在可见光区具有较好的吸收催化降解性能。
附图说明
图1是实施例1的SEM图片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。
实施例1
（1）室温下，将150mL25%氨水，加无水乙醇混合、搅拌，调节pH值在7.5-8.2，再加入二氧化钛粉末50g，搅拌30min，记为溶液A；
（2）将正硅酸乙酯100mL和二甲基二乙氧基硅烷10mL混合，加入硅藻土25g，记为溶液B；将溶液B快速加入到溶液A中，搅拌，100℃下真空干燥8h，得粉末C；
（3）按摩尔比NaAlO2、NaOH、H2O=1：1.5：14.7，将NaAlO2、NaOH与水混合均匀，记为溶液D；将粉末C和溶液D混合，充分搅拌，备用，记为溶液E。
（4）按粉末C质量的2倍称取带有甲基修饰的SAP0-34分子筛，按所称取分子筛质量的1.5倍称取十二烷基苯磺酸钠，加入乙醇，乙醇液体足以淹没固体，搅拌，使分子筛浸泡12h以上；粗滤，取固体，记为浸泡后的分子筛；无需干燥。
（5）将浸泡后的分子筛与溶液E混合，充分搅拌后，置于水热晶化釜中，于100-300℃条件下水热晶化，晶化时间是12-24h，过滤、干燥得分子筛包覆TiO2的核壳材料。
（6）将步骤（5）得到的核壳材料浸入0.001mol/L硝酸银溶液中，放置到365nm紫外灯照射5-10min，加入六次甲基四胺和0.001mol/L硝酸银溶液搅拌均匀，放入晶化釜中，晶化温度90℃，晶化时间1h，得目标材料。
实施例2
（1）室温下，将300mL25%氨水，加无水乙醇混合、搅拌，调节pH值在8-9，再加入二氧化钛粉末100g，搅拌30min，记为溶液A；
（2）将正硅酸乙酯50mL和二甲基二乙氧基硅烷10mL混合，加入硅藻土40g，记为溶液B；将溶液B快速加入到溶液A中，搅拌，100℃下真空干燥8h，得粉末C；
（3）按摩尔比NaAlO2、NaOH、H2O=1：1.5：10，将NaAlO2、NaOH与水混合均匀，记为溶液D；将粉末C和溶液D混合，充分搅拌，备用，记为溶液E。
（4）按粉末C质量的2倍称取带有甲基修饰的SAP0-34分子筛，按所称取分子筛质量的2倍称取硬脂酸，加入乙醇，乙醇液体足以淹没固体，搅拌，使分子筛浸泡48h；粗滤，取固体，记为浸泡后的分子筛；无需干燥。
（5）将浸泡后的分子筛与溶液E混合，充分搅拌后，置于水热晶化釜中，于100-300℃条件下水热晶化，晶化时间是12-24h，过滤、干燥得分子筛包覆TiO2的核壳材料。
（6）将步骤（5）得到的核壳材料浸入1mol/L硝酸银溶液中，放置到365nm紫外灯照射5-10min，加入六次甲基四胺和1mol/L硝酸银溶液搅拌均匀，放入晶化釜中，晶化温度90℃，晶化时间1h，得目标材料。
实施例3
（1）室温下，将150mL25%氨水，加无水乙醇混合、搅拌，调节pH值在7.5-8.5，再加入二氧化钛粉末50g，搅拌30min，记为溶液A；
（2）将正硅酸乙酯100mL和二甲基二乙氧基硅烷10mL混合，加入硅藻土100g，记为溶液B；将溶液B快速加入到溶液A中，搅拌，100℃下真空干燥8h，得粉末C；
（3）按摩尔比NaAlO2、NaOH、H2O=1：1.5：14.7，将NaAlO2、NaOH与水混合均匀，记为溶液D；将粉末C和溶液D混合，充分搅拌，备用，记为溶液E。
（4）按粉末C质量的2.5倍称取市售疏水性分子筛，按所称取分子筛质量的2倍称取十二烷基苯磺酸钠，加入乙醇，乙醇液体足以淹没固体，搅拌，使分子筛浸泡48h；粗滤，取固体，记为浸泡后的分子筛；无需干燥。
（5）将浸泡后的分子筛与溶液E混合，充分搅拌后，置于水热晶化釜中，于100-300℃条件下水热晶化，晶化时间是12-24h，过滤、干燥得分子筛包覆TiO2的核壳材料。
（6）将步骤（5）得到的核壳材料浸入3mol/L硝酸银溶液中，放置到365nm紫外灯照射5-10min，加入六次甲基四胺和3mol/L硝酸银溶液搅拌均匀，放入晶化釜中，晶化温度90℃，晶化时间1h，得目标材料。
本发明方案的其他形式。以实施例4-5解释。
实施例4
（1）室温下，将100mL25%氨水、200mL乙醇混合、搅拌，调节pH值成8-9，记为溶液A；将50mL正硅酸乙酯和10mL二甲基二乙氧基硅烷混合，记为溶液B；将溶液B快速加入到溶液A中，搅拌，100℃下真空干燥。
（2）购买市售的疏水性SAP0-34分子筛。
（3）按摩尔比NaAlO2、NaOH、H2O=1：1.5：14.7，将NaAlO2、NaOH与水混合均匀，加入几滴硝酸银，硝酸银加入量占总溶液体积的千分之四，记为溶液C，将步骤（1）获得的粉末与步骤（2）获得的疏水分子筛加入到溶液C中，充分搅拌；于晶化釜中100℃，晶化24h，过滤、干燥得目标分子筛包覆TiO2的核壳材料，含无定形硅和Ag负载。
（4）将步骤（3）干燥后的产物放置到365nm紫外灯照射5min，加入六次甲基四胺和0.001M硝酸银溶液搅拌均匀，放入晶化釜中，晶化温度90℃，晶化时间1h，得目标材料。
实施例5
（1）室温下，将200mL25%氨水、500mL乙醇混合、搅拌，调节pH值成8-9，记为溶液A；将100mL正硅酸乙酯和10mL二甲基二乙氧基硅烷混合，记为溶液B；将溶液B快速加入到溶液A中，搅拌，100℃下真空干燥，形成无定形硅；
（2）通过浸渍法将Si元素浸渍到具有甲基修饰的SAP0-34分子筛表面，形成疏水性SAP0-34分子筛。
（3）按摩尔比NaAlO2、NaOH、H2O=1：1.5：14.7，将NaAlO2、NaOH与水混合均匀，记为溶液C，将步骤（1）获得的无定形硅与步骤（2）获得的疏水分子筛加入到溶液C中，充分搅拌；再加入硝酸银溶液，硝酸银加入量占溶液总体积的百分之20；于晶化釜中150℃，晶化24h，过滤、干燥得目标分子筛包覆TiO2的核壳材料，含无定形硅和Ag负载。
（4）将步骤（3）干燥后的产物放置到365nm紫外灯照射5min，加入六次甲基四胺和0.001M硝酸银溶液搅拌均匀，放入晶化釜中，晶化温度90℃，晶化时间1h，得目标材料。
图1是实施例1的SEM图片。图1可以看出达到了良好的晶化效果，制备得到有规则的纳米材料。
将上述实施例制备的材料，喷洒于板材、家具或家居装饰的表面即可达到去除室内空气污染物的效果。实施例甲醛去除率95%以上，苯、TVOC吸附和降解率达到85%以上。制备的清除剂材料中保留有分子筛的多级孔构造及疏水性，对有机物选择性捕获效果良好。
Claims (5)
1.一种高效降解气态污染物清除剂的制备方法，其特征在于所述清除剂的主要成分是TiO2、浸有表面活性剂的分子筛、Ag元素；所述清除剂是核-壳结构；所述核-壳结构中核的主要构成为TiO2和无定形硅，壳为浸入有表面活性剂的分子筛；所述清除剂中含有由硅藻土引入的Al、Fe、Ca、Mg元素；所述清除剂的制备方法包括如下步骤：
（1）室温下，将氨水、乙醇混合、搅拌，调节pH值成碱性，再加入二氧化钛粉末，搅拌30min，记为溶液A；
（2）将正硅酸乙酯和二甲基二乙氧基硅烷按体积比5-10：1比例混合，加入硅藻土，其中硅藻土是二氧化钛粉末量的0.2-3倍，记为溶液B；将溶液B快速加入到溶液A中，搅拌，100℃下真空干燥8h，得粉末C；
（3）按摩尔比NaAlO2、NaOH、H2O=1：1.5：10-14.7，将NaAlO2、NaOH与水混合均匀，记为溶液D；将粉末C和溶液D混合，充分搅拌，备用，记为溶液E；
（4）称取分子筛和表面活性剂，表面活性剂是分子筛质量的1.5倍以上，加入乙醇，乙醇液体要淹没分子筛和表面活性剂，使分子筛浸泡12h以上；粗滤，取固体，记为浸泡后的分子筛；无需干燥；
（5）将浸泡后的分子筛与溶液E混合，充分搅拌后，置于水热晶化釜中，于100-300℃条件下水热晶化，晶化时间是12-24h，过滤、干燥得分子筛包覆TiO2的核壳材料；
（6）将步骤（5）得到的核壳材料浸入0.001-3mol/L硝酸银溶液中，放置到365nm紫外灯照射5-10min，加入六次甲基四胺和0.001-0.5mol/L硝酸银溶液搅拌均匀，放入晶化釜中，晶化温度90℃，晶化时间1h。
2.根据权利要求1所述的一种高效降解气态污染物清除剂的制备方法，其特征在于所述分子筛优选疏水型分子筛；其特征在于所述步骤（5）中，浸泡后的分子筛添加量是粉末C质量的2-5倍；步骤（5）获得的产物仍具有疏水性质，保留有分子筛的微孔或多级孔构造。
3.根据权利要求1所述的一种高效降解气态污染物清除剂的制备方法，其特征在于所述表面活性剂为硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种高效降解气态污染物清除剂的制备方法，其特征在于所述步骤（2）为步骤（4）提供了无定形硅。
5.根据权利要求1所述的一种高效降解气态污染物清除剂的制备方法，其特征在于所述清除剂富含贵金属银、用于催化降解甲醛、苯、TVOC污染物。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20201124 |
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