CN114849729A - 一种空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料及其制备方法，包括原料多孔活性炭粉、钛酸钡粉末、二氧化钛粉末、四氧化三铁粉末、二氧化锰粉末、改性钇铝石榴石粉末、活性催化剂粉末、分散剂、粘接剂、抑菌剂和蒸馏水,还包括制备步骤：步骤S1：称取原料；步骤S2：各原料混合搅拌均匀得到混合样品；步骤S3：混合样品通过造粒机挤出造粒，得到初产物；步骤S4：将初产物置于烘箱中烘干，得到中产物；步骤S5：将中产物放到真空管式炉中煅烧、然后冷却、滤筛，得到空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料。本发明旨在解决目前市场上缺乏能够高效去除宠物异味，掉落的毛发，同时具备消毒杀菌功能的复合材料的技术问题。

Description

一种空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料及其 制备方法
技术领域
本发明涉及空气净化技术领域，尤其涉及一种空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料及其制备方法。
背景技术
随着科技和经济的迅速发展，人们越来越注重生活质量与生命健康，现在的社会越来越城市化，人们的生活空间也越来越小，人们之间的交际也越来越少，这使得在物质丰富的今天许多人精神贫瘠，因此，为了少一些孤独，多一丝温暖，很多人开始养宠物，宠物可作为人很好的生活伴侣，能够帮助我们解除生活的孤寂，调节人的身心健康。然而饲养宠物虽有诸多益处，但随之而来的问题也不少。
其中，最令人头疼的就是宠物自身的体味，掉落的毛发以及可能携带细菌、病毒和微生物颗粒，这可能会引起部分人群的过敏反应，引发哮喘和支气管炎等疾病。
目前，市场上缺乏能够高效去除宠物异味，掉落的毛发，以及消毒杀菌的用品，经常帮助宠物清洁又比较麻烦，只能使用空气清新剂来掩盖异味，然而却无法从源头上解决问题。首先，宠物异味来自于其自身体味、***物、分泌物以及病变等方面，在定时清洁宠物和环境的基础上，可以使用空气净化***，对宠物的异味、毛发以及携带的微生物进行吸附，从而达到净化室内环境的目的。
目前，室内空气污染物主要使用物理吸附和光催化降解。物理吸附法一般使用活性炭去除空气污染物，但一般活性炭吸附不具有选择性，且吸附容量较低，对低浓度的污染吸附效果不佳，且吸附饱和后存在脱附过程，造成二次污染。光催化法在室内空气污染处理方面能对空气污染物高效转化，因此，针对上述技术问题，本发明将两种净化方法结合起来，加以改良，增加活性炭吸附容量，并添加紫外光催化降解设备，使得复合材料具备吸附容量大，吸附效率高，具有消毒杀菌功能等优点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料及其制备方法，以解决现有技术中市场上缺乏能够高效去除宠物异味，掉落的毛发，以及消毒杀菌的用品，现有的物理吸附法不具有选择性，且吸附容量较低，对低浓度的污染吸附效果不佳，且吸附饱和后存在脱附过程，造成二次污染，经常帮助宠物清洁又比较麻烦，只能使用空气清新剂来掩盖异味，无法从根源上解决问题等技术问题，本发明将物理吸附法与光催化法两种方法结合起来，制备出一种吸附容量大，吸附效率高，具有消毒杀菌功能的复合材料。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料，包括原料多孔活性炭粉、钛酸钡粉末、二氧化钛粉末、四氧化三铁粉末、二氧化锰粉末、改性钇铝石榴石粉末、活性催化剂粉末、分散剂、粘接剂、抑菌剂和蒸馏水，各原料的重量份数为：
Figure BDA0003656182250000021
优选的，多孔活性炭粉、钛酸钡粉末、二氧化钛粉末、四氧化三铁粉末、二氧化锰粉末、改性钇铝石榴石粉末和活性催化剂粉末均为200～1000目。
优选的，分散剂选用水玻璃、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、三乙基己基磷酸中的一种或多种混合；粘接剂选用淀粉、骨胶、聚乙烯醇缩醛、过氯乙烯树脂中的一种或多种混合；抑菌剂选用植物精油、四环素、乙基香草醛中的一种或多种混合。
优选的，活性催化剂粉末选用氧化铝粉末、二氧化铈粉末、氧化银粉末中的一种或多种混合。
本发明还公开了一种空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤S1：按重量份数称取多孔活性炭粉20～30份、钛酸钡粉末3～8份、二氧化钛粉末5～10份、四氧化三铁粉末2～5份、二氧化锰粉末2～5份、改性钇铝石榴石粉末2～5份、活性催化剂粉末2～5份、分散剂1～2份、粘接剂1～2份、抑菌剂1～2份和蒸馏水6～8份；
步骤S2：将上述各原料搅拌2～4h得到混合样品；
步骤S3：将混合样品转移至造粒机中，通过造粒机挤出造粒，得到初产物；
步骤S4：将初产物置于烘箱中，设置烘箱温度80～125℃，经过2～3h烘干，得到中产物；
步骤S5：将中产物放到真空管式炉中煅烧2h，进行高温活化，接着，冷却到室温，得到终产物，终产物经过滤筛，得到空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料。
优选的，步骤S1中，蒸馏水的温度为15～30℃。
优选的，步骤S3中，初产物为直径3～5mm，长度2～20mm圆柱形颗粒。
优选的，步骤S4中，中产物的颗粒强度达到1000～1500N/m2。
优选的，步骤S5中，煅烧在氮气，950℃的条件下进行。
优选的，步骤S5中，空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料的比表面积为650～850m2/g，真实密度为0.95～1.05g/mL，堆积密度为0.65～0.8g/mL，pH值为6～8，3m3舱测异味去除率为85％～95％。
本发明具有以下优点：本发明公开的一种空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料的制备方法，通过设置合适的原料比例以及制备温度，使制备出的空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料的强度、比表面积、吸附容量以及吸附效果等各方面都得到优化，相比于现有技术所制备的吸附材料，本发明制备的空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料的强度远远高于其他吸附材料，在高温高压，紫外光照射下依旧能够保持优良的光催化性能，通过活性炭与催化剂之间的杂化，使复合材料的传质效率得到极大优化，使复合材料去除宠物异味的能力得到极大提升；同时，本发明制备的空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料含有较多的O元素，从而能够改变炭材料的表面化学特性，增加复合材料的有效比表面积，同时O元素官能团和金属氧化物还可以提供更多的化学吸附位点，使吸附性能更佳，而且，金属氧化物可以对复合材料吸附的微生物进行有效的抑制和灭活，使得复合材料在空气净化性能方面得到新的提升。
附图说明
图1是本发明制备的空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料的制备流程图；
图2是本发明制备的空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料的氮气吸脱附曲线图；
图3是本发明制备的空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料的孔径分布曲线图；
图4是本发明制备的空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料KC3的扫描电镜图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下实施例中空气净化用紫外光光催化氧化去除异味复合材料采取如下的方法进行评价：
(1)宠物异味的去除率：将所需测试样品倒出搅拌均匀，称100克装入已备好的注塑框架中，保证密闭性良好，然后装入空气净化机中，用塑料袋罩住整个空气净化机；最后在3m3箱体中注入一定量的检测溶液，加热10分钟使之完全挥发(同时开启搅拌风机)后，关闭加热器，抽样测其初始浓度，之后撤去净化机上的塑料袋，开启净化风机并开始计时，记录30分钟后的净化情况。实验温度达25±2℃。
(2)测试仪器：3m3有机玻璃箱、拌风机、温湿度计、三星KJ350G-K3026WP空气净化机、美国Interscan公司的4160甲醛分析仪、日本GASTEC乙醛检测管、日本GASTEC氨检测管、日本GASTEC甲苯检测管、日本GASTEC苯检测管和日本GASTEC采样器。
(3)使用Nanosem 430型场发射扫描电子显微镜分析材料的表面结构性质和表面孔道分布。
(4)使用3H-2000PS1型自动氮吸附分析仪测定炭的比表面积和孔容等结构参数。
(5)使用YHKC-2A颗粒强度测定仪测量材料强度。
(6)按GB/T12496.8-2015木质活性炭实验方法测量复合材料的pH值。。
实施例1
实施例1公开了一种空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料，包括原料多孔活性炭粉20份，钛酸钡粉末3份，二氧化钛粉末5份，四氧化三铁粉末2份，二氧化锰粉末2份，改性钇铝石榴石粉末2份，活性催化剂粉末3份，分散剂1份，粘接剂1份，抑菌剂1份，25℃蒸馏水6份，多孔活性炭粉、钛酸钡粉末、二氧化钛粉末、四氧化三铁粉末、二氧化锰粉末、改性钇铝石榴石粉末和活性催化剂粉末均为600目；分散剂选用三乙基己基磷酸；粘接剂选用过氯乙烯树脂；抑菌剂选用乙基香草醛；活性催化剂粉末选用氧化铝粉末、二氧化铈粉末和氧化银粉末混合，改性钇铝石榴石粉末选用山东科恩表面功能材料有限公司生产的型号为YbDS的改性钇铝石榴石粉末，因为改性钇铝石榴石粉末属于现有技术，因此，在本申请中并未对改性钇铝石榴石粉末的详细改性步骤作赘述。
本实施例还公开了一种空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料的制备方法，如图1所示，包括以下制备步骤：
步骤S1：按重量份数称取多孔活性炭粉20份，钛酸钡粉末3份，二氧化钛粉末5份，四氧化三铁粉末2份，二氧化锰粉末2份，改性钇铝石榴石粉末2份，活性催化剂粉末3份，分散剂1份，粘接剂1份，抑菌剂1份，25℃蒸馏水6份，蒸馏水的温度为25℃；
步骤S2：将上述各原料加入到搅拌设备中搅拌，直至搅拌均匀，无明显原材料颗粒为止，得到混合样品；
步骤S3：将混合样品转移至造粒机中，通过造粒机挤出造粒，得到初产物，初产物为直径4mm，长度8mm圆柱形颗粒；
步骤S4：将初产物置于烘箱中，设置烘箱温度125℃，经过2h烘干，得到中产物；
步骤S5：将中产物放到真空管式炉中煅烧2h，进行高温活化，煅烧在氮气，950℃的条件下进行，接着，冷却到室温，得到终产物，终产物经过滤筛，得到空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料，记为KC1。
实施例2
实施例2公开了一种空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料，包括原料多孔活性炭粉25份，钛酸钡粉末5份，二氧化钛粉末8份，四氧化三铁粉末4份，二氧化锰粉末4份，改性钇铝石榴石粉末4份，活性催化剂粉末4份，分散剂2份，粘接剂2份，抑菌剂2份，25℃蒸馏水7份，多孔活性炭粉、钛酸钡粉末、二氧化钛粉末、四氧化三铁粉末、二氧化锰粉末、改性钇铝石榴石粉末和活性催化剂粉末均为600目；分散剂选用三乙基己基磷酸；粘接剂选用过氯乙烯树脂；抑菌剂选用乙基香草醛；活性催化剂粉末选用氧化铝粉末、二氧化铈粉末和氧化银粉末混合，改性钇铝石榴石粉末选用山东科恩表面功能材料有限公司生产的型号为YbDS的改性钇铝石榴石粉末。
本实施例还公开了一种空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤S1：按重量份数称取多孔活性炭粉25份，钛酸钡粉末5份，二氧化钛粉末8份，四氧化三铁粉末4份，二氧化锰粉末4份，改性钇铝石榴石粉末4份，活性催化剂粉末4份，分散剂2份，粘接剂2份，抑菌剂2份，25℃蒸馏水7份，蒸馏水的温度为25℃；
步骤S2：将上述各原料加入到搅拌设备中搅拌，直至搅拌均匀，无明显原材料颗粒为止，得到混合样品；
步骤S3：将混合样品转移至造粒机中，通过造粒机挤出造粒，得到初产物，初产物为直径4mm，长度8mm圆柱形颗粒；
步骤S4：将初产物置于烘箱中，设置烘箱温度125℃，经过2h烘干，得到中产物；
步骤S5：将中产物放到真空管式炉中煅烧2h，进行高温活化，煅烧在氮气，950℃的条件下进行，接着，冷却到室温，得到终产物，终产物经过滤筛，得到空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料，记为KC2。
实施例3
实施例3公开了一种空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料，包括原料多孔活性炭粉30份，钛酸钡粉末8份，二氧化钛粉末10份，四氧化三铁粉末5份，二氧化锰粉末5份，改性钇铝石榴石粉末5份，活性催化剂粉末5份，分散剂2份，粘接剂2份，抑菌剂2份，25℃蒸馏水8份，多孔活性炭粉、钛酸钡粉末、二氧化钛粉末、四氧化三铁粉末、二氧化锰粉末、改性钇铝石榴石粉末和活性催化剂粉末均为600目；分散剂选用三乙基己基磷酸；粘接剂选用过氯乙烯树脂；抑菌剂选用乙基香草醛；活性催化剂粉末选用氧化铝粉末、二氧化铈粉末和氧化银粉末混合，改性钇铝石榴石粉末选用山东科恩表面功能材料有限公司生产的型号为YbDS的改性钇铝石榴石粉末。
本实施例还公开了一种空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤S1：按重量份数称取多孔活性炭粉30份，钛酸钡粉末8份，二氧化钛粉末10份，四氧化三铁粉末5份，二氧化锰粉末5份，改性钇铝石榴石粉末5份，活性催化剂粉末5份，分散剂2份，粘接剂2份，抑菌剂2份，25℃蒸馏水8份，蒸馏水的温度为25℃；
步骤S2：将上述各原料加入到搅拌设备中搅拌，直至搅拌均匀，无明显原材料颗粒为止，得到混合样品；
步骤S3：将混合样品转移至造粒机中，通过造粒机挤出造粒，得到初产物，初产物为直径4mm，长度8mm圆柱形颗粒；
步骤S4：将初产物置于烘箱中，设置烘箱温度125℃，经过2h烘干，得到中产物；步骤S5：将中产物放到真空管式炉中煅烧2h，进行高温活化，煅烧在氮气，950℃的条件下进行，接着，冷却到室温，得到终产物，终产物经过滤筛，得到空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料，记为KC3。
对制备得到的空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料KC1、KC2、KC3进行孔结构特征和表面结构性质的表征，以及吸附性能测试。
(一)分别测试空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料KC1、KC2、KC3的氮气吸脱附性能、孔径分布及孔结构参数，氮气吸脱附性能曲线图如图2，孔径分布图如图3，孔结构参数表见表1。
表1KC1、KC2、KC3的孔结构参数表
Figure BDA0003656182250000071
其中，Dap(nm)表示平均孔径，单位为nm；SBET(m2/g)表示比表面积，单位为m2/g；Smic(m2/g)表示微孔比表面积，单位为m2/g；Vt(cm3/g)表示总孔容，单位为cm3/g；Vmic(cm3/g)表示微孔孔容，单位为cm3/g。
由图2空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料KC1、KC2、KC3的氮气吸脱附曲线图，可以看出在0–0.1相对分压下，复合材料对氮气的吸附量快速增加，说明有小于2nm的微孔存在，这些微孔有利于异味分子的吸附；0.1–0.4相对分压下，复合材料对氮气的吸附量保持平衡，说明有大量2-50nm的中孔，能够储存，运输和提供宽广的反应场所；在相对压力下高的情况下，吸附曲线和脱附曲线不再重合，二者出现了明显的滞后环现象，为I型和IV型特征的结合，说明存在一定量的微孔和中孔。
由图3空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料KC1、KC2、KC3的氮气孔径分布图可以看出微孔、中孔分布，说明空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料KC1、KC2、KC3同时具备微孔和介孔结构，微孔介孔中负载着大量光催化的物质，能够将异味分子快速的分解掉；空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料KC1、KC2、KC3孔径分布在0～50nm。
由表1可知，空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料KC1、KC2、KC3的平均孔径在3.12～3.55nm之间；随着制备比例的变化，空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料KC1、KC2、KC3的比表面积先减小后增大，KC3的比表面积最大；空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料KC1、KC2、KC3既含有微孔部分，也含有介孔部分。
(二)空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料KC3扫描电镜图见图4。
由图4空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料KC3的扫描电镜图可知活性炭表面存在着大量的孔道，这些孔道对于碱性宠物异味吸附有着非常重要的作用，丰富的孔道结构对于吸附不同种类的气体有着不同的作用，有利于对宠物异味的有效去除。
(三)经测试空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料KC1、KC2、KC3的颗粒强度分别为1057、1245、1477N/㎡；空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料KC1、KC2、KC3的pH值分别为6.44、6.87、7.15；空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料KC1、KC2、KC3对宠物异味的去除率详细见表2：
表2空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料KC1、KC2、KC3的对碱性宠物异味的去除率表
Figure BDA0003656182250000081
空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料KC1、KC2、KC3对宠物异味有很好的去除率，综合去除率分别为92.7％、93.5％、92.8％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料，其特征在于，包括原料多孔活性炭粉、钛酸钡粉末、二氧化钛粉末、四氧化三铁粉末、二氧化锰粉末、改性钇铝石榴石粉末、活性催化剂粉末、分散剂、粘接剂、抑菌剂和蒸馏水，各原料的重量份数为：
Figure FDA0003656182240000011
2.如权利要求1所述的一种空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料，其特征在于，所述多孔活性炭粉、钛酸钡粉末、二氧化钛粉末、四氧化三铁粉末、二氧化锰粉末、改性钇铝石榴石粉末和所述活性催化剂粉末均为200～1000目。
3.如权利要求1所述的一种空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料，其特征在于，所述分散剂选用水玻璃、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、三乙基己基磷酸中的一种或多种混合；所述粘接剂选用淀粉、骨胶、聚乙烯醇缩醛、过氯乙烯树脂中的一种或多种混合；所述抑菌剂选用植物精油、四环素、乙基香草醛中的一种或多种混合。
4.如权利要求1所述的一种空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料，其特征在于，所述活性催化剂粉末选用氧化铝粉末、二氧化铈粉末、氧化银粉末中的一种或多种混合。
5.一种如权利要求1-4中任意一项所述的一种空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
步骤S1：按重量份数称取多孔活性炭粉20～30份、钛酸钡粉末3～8份、二氧化钛粉末5～10份、四氧化三铁粉末2～5份、二氧化锰粉末2～5份、改性钇铝石榴石粉末2～5份、活性催化剂粉末2～5份、分散剂1～2份、粘接剂1～2份、抑菌剂1～2份和蒸馏水6～8份；
步骤S2：将上述各原料搅拌2～4h得到混合样品；
步骤S3：将所述混合样品转移至造粒机中，通过造粒机挤出造粒，得到初产物；
步骤S4：将所述初产物置于烘箱中，设置烘箱温度80～125℃，经过2～3h烘干，得到中产物；
步骤S5：将所述中产物放到真空管式炉中煅烧2h，进行高温活化，接着，冷却到室温，得到终产物，所述终产物经过滤筛，得到空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料。
6.如权利要求5所述的一种空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述蒸馏水的温度为15～30℃。
7.如权利要求5所述的一种空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述初产物为直径3～5mm，长度2～20mm圆柱形颗粒。
8.如权利要求5所述的一种空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述中产物的颗粒强度达到1000～1500N/m2。
9.如权利要求5所述的一种空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S5中，煅烧在氮气，950℃的条件下进行。
10.如权利要求5所述的一种空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S5中，所述空气净化用紫外光催化氧化降解宠物异味复合材料的比表面积为650～850m2/g，真实密度为0.95～1.05g/mL，堆积密度为0.65～0.8g/mL，pH值为6～8，3m3舱测异味去除率为85％～95％。
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