多功能高效一體式空氣污染處理材料的制作方法
【技術領域】
[0001] -種多功能高效一體式空氣污染處理材料配方及其制備工藝，涉及納米多功能復 合改性炭基材料，屬于常溫吸附催化與空氣凈化技術領域。
【背景技術】
[0002] 現代人至少70%以上的時間在室內度過在，而城市人口在室內度過的時間超過了 90%，尤其是嬰幼兒和老弱殘疾者在室內的時間更長。但是室內空氣污染物的濃度一般是室 外污染物濃度的2~5倍，在某些情況下是室外污染物的幾十甚至幾百倍。隨著社會經濟 的迅速發展，現代人對高質量生活的追求不斷提高，我國房地產業發展迅猛，帶來了建筑 裝飾業的蓬勃發展。與國外發達國家相比，我國對建筑裝飾材料的衛生質量和要求的監督 與管理方面尚有很大的差距，裝修造成室內空氣污染導致居住者尤其對兒童、老年人、孕婦 以及職業接觸者等的健康危害。
[0003] 室內空氣污染物按其性質可以分為非生物污染與生物及微生物污染兩類。非生物 污染物其自身又包括了很多種污染物，又可以將其分為物理污染物和化學污染物等。物理 性污染主要指由室內外地基、建筑材料所產生的放射性污染和室內外的噪聲、室內家電設 備的磁輻射等。而化學污染物由建筑材料、裝飾材料、家用化學品、香煙霧以及燃燒產物等 產生。除此以外，室內還存在粉塵和可吸入顆粒物（PM2.5，PM10)等的污染。生物及微生物 污染指由生活垃圾、空調、室內花卉、寵物、地毯、家具等產生的污染，包括細菌、病菌、塵螨 等。
[0004] 化學性污染主要來自室內裝潢、家具、廚具、餐具、玩具、清潔劑、消毒劑、殺蟲噴霧 劑、煤氣熱水器、化妝品、某些蚊香、煙草、廚房油煙、煤煙、氣體燃料、日用垃圾等等物品。它 們會散發出甲苯、二甲苯、醋酸乙酯、甲苯二乙氰酸酯、氯乙烯、甲醛等揮發性有機物和氨、 一氧化碳、一氧化氮、二氧化碳、二氧化硫等無機化合物。這些對人體健康都有危害。醫學 研究表明，對人體有害的化學物質可導致上呼吸道刺激癥狀，如鼻干發癢、堵塞流涕、打噴 嚏、嗅覺下降、咽喉燒灼感或異物感，甚至咳嗽聲啞。隨著局部呼吸道粘膜免疫調節異常和 吞噬、清除病毒、細菌等異物的功能下降，很容易誘發下呼吸道即氣管、支氣管及肺部的炎 癥反應和感染，累及整個呼吸系統。尤其是芳香烴類等兩種以上化學物質蓄積時，可致中毒 癥狀，不僅損傷局部粘膜，還可能出現耳鼻咽喉的異常表現，進而影響全身。
[0005] 生物性污染主要來自寄生于地毯、沙發、被褥、衣物、毛絨玩具中的螨蟲及其它細 菌；家庭飼養的花鳥魚蟲和貓狗寵物中的病原微生物、寄生蟲等。來自于室塵、地毯、鳥獸 羽毛以及枕頭、被褥等床上用品中的螨蟲、真菌在醫學上稱為過敏原，常可引發人體過敏反 應，最常見的是過敏性鼻炎和過敏性皮膚病。
[0006] 目前室內空氣污染治理，最有效的方法還是使用空氣凈化器，其可快速高效的去 除室內常見污染物。空氣凈化器中有多種不同的技術和介質，常用的空氣凈化技術有：HEPA 高效過濾技術、靜電集塵技術；低溫非對稱等離子體空氣凈化技術、負離子技術、負氧離子 技術、活性氧技術；吸附技術、分子絡合技術、光催化技術、催化氧化技術等；而主要的凈化 材料有：HEPA濾網，TiO2光觸媒、活性炭及其纖維、貴金屬催化劑、高錳酸鉀、凈化噴劑等。目 前HEPA濾網基本可滿足室內除塵的需求，而對于室內氣態污染物和微生物污染治理方式 則各有不同效果也千差萬別，且廠家大都采用多模塊拼裝方式，如殺菌模塊+活性炭吸附 模塊+光催化模塊等，市面上多功能一體式空氣污染處理材料并未見相關報道。作為凈化 器最核心的凈化材料，現有文獻報道則大都針對單一功能進行材料開發，如除甲醛催化氧 化材料，CO催化氧化材料，VOCs光催化材料等，高效殺菌材料等。若能開發出一體式空氣污 染處理材料，則將極大地推動空氣凈化領域濾芯使用方式的革新。
【發明內容】
[0007] 本發明所要解決的技術問題是：針對單一功能進行材料，如除甲醛催化氧化材料， CO催化氧化材料，VOCs光催化材料等，高效殺菌材料等存在不足之處，提供了一種多功能 高效一體式空氣污染處理材料配方及其制備工藝，該材料對常見空氣污染物如苯、甲苯等 VOCs、甲醛、CO、S02、NO2及細菌等具有快速去除及滅殺功效，可滿足真實環境下一體式高效 去除室內多種空氣污染物的要求。
[0008] 本發明提出的一種多功能高效一體式空氣污染處理材料配方及其制備工藝，主要 內容為： 一種多功能高效一體式空氣污染處理材料，由高比表面積活性炭載體、氧化鈦納米管 催化組分、納米非貴金屬催化組分、納米貴金屬催化組分及高效抗菌組分所組成。
[0009] 1)高比表面積活性炭載體，可以是顆粒狀、柱狀、球狀或蜂窩狀等，其特征在于：碘 值為1800~2700 mg/g，比表面積為2000~3000 m2/g，灰分〈2 wt%，含量占材料的70~90 Wt°/〇 ； 2) 所述氧化鈦納米管催化組分，其特征在于：由鈦白粉和一定量的高分子模板，于氫 氧化鈉水溶液中水熱制得，含量占材料的2~18 wt% ;所述納米非貴金屬催化組分，其特征在 于：Ce'Al'Zn'Mn'Fe'Co'Ni'Cu2+等元素的一種或幾種，由水熱反應制得，折合對 應氧化物含量占材料的l~15wt% ;所述納米貴金屬催化組分，其特征在于：Ag+、Pt' Pd2+ - 種或幾種，液相還原水熱制得，折合對應金屬含量占材料的0. 01~0. 08 wt% ; 3) 所述高效抗菌組分，其特征在于：由殼聚糖、酯化殼聚糖、烷基殼聚糖等的一種或幾 種，以及抑菌性無毒非離子可降解表面活性劑如烷基聚葡糖糖苷、季銨鹽的一種或幾種共 同組成，總含量占材料的0. 〇2~ 0. 9 wt% ; 4) 制備工藝特征在于：首先將鈦白粉與殼聚糖、酯化殼聚糖、烷基殼聚糖的一種或幾 種，混合加入氫氧化鈉水溶液中，于120~200 °C下水熱反應3~12h得到氧化鈦納米管分 散液，再則將一種或幾種Ce' Al' Zn' Mn' Fe' Co' Ni' Cu2+的水溶液，與一種或幾種 Ag+、Pt2+、Pd2+的水溶液混合，與抑菌性無毒非離子表面活性劑充分分散后，加入硼氫化鈉溶 液60 °C~80 °C水熱反應4~8 h，得到納米活性分散液，最后將納米活性分散液與氧化鈦 納米管分散液混合，高速攪拌得到活性溶膠，于常溫下浸漬高比表面積活性炭4~10 h，經固 液分離后取固體濕料微波干燥〇. 5~2 h后即制得該材料。
[0010] 本發明提出的一種多功能高效一體式空氣污染處理材料配方及其制備工藝，優勢 如下： 1)高比表面積活性炭載體可實現對室內多種空氣污染物的快速吸附富集； 2) 氧化鈦納米管催化組分、納米非貴金屬催化組分、納米貴金屬催化組分可協調運作， 將甲醛、VOCs、CO等污染物催化無害化去除，并加速S0 2、NOx等鹽化反應； 3) 納米級氧化鈦納米管、納米非貴金屬催化組分及納米貴金屬催化組分制成分散性溶 膠浸漬改性活性炭，制備工藝簡單，溫度低、能耗小，其分散性溶膠可重復浸漬使用，無三廢 排放；固液分離后固體濕料采用微波干燥，周期短能耗低； 4) 高效抗菌組分有效與納米級氧化鈦納米管、納米非貴金屬催化組分、納米貴金屬催 化組分進行了耦合，分散更均勻，可與納米材料協同殺菌，效果更顯著； 5) 該多功能高效一體式空氣污染處理材料對真實環境下室內污染物尤其是低濃度污 染去除效率卓著，可滿足真實環境下一體式高效去除室內多種空氣污染物的要求。
【具體實施方式】
[0011] 以下通過實例進一步說明本發明： 實施例1 高比表面椰殼顆粒活性炭，碘值為1800~1900 mg/g，比表面積為2000~2100 m2/g， 灰分〈2 wt%，粒度尺寸30~40目，經80°C去離子水（液固比2 :1)浸泡3h后，離心得到固 態濕料，于微波下干燥lh。
[0012] 取處理后的顆粒活性炭500 g填于蜂窩板內，蜂窩板裝于自制凈化器中，風量300 m3/h，進風速度I. 5 m/s，于30 m3國家標準凈化倉內測試，溫度18~22 °C，濕度50~80% RH，污染物釋放濃度為國標允許濃度的8~12倍，甲醛、苯、甲苯、CO去除效率及白色葡萄球 菌滅殺效率測試周期為lh，SO 2及NO2去除效率測試周期為20min，凈化效果見表1。
[0013] 實施例2 500 g鈦白粉，8 g殼聚糖，加入到5000 ml 10 mol/L的NaOH水溶液中，于180 °C下水熱 反應12 h，冷卻至室溫得到氧化鈦納米管分散液；3g烷基聚葡糖糖苷加入到Ce4+濃度為0. 2 mol/L、Ag+濃度為0· 005 mol/L溶液5000 mL，高速攪拌分散20 min，加入I mol/L硼氫化鈉 溶液50 mL，60 °C~80 °C水熱反應4 h，將氧化鈦納米管分散液全部加入高速攪拌30min得 到活性溶膠；將1800~1900 mg/g，比表面積為2000~2100 m2/g，灰分〈2 wt%，粒度尺寸 30~40目，高比表面椰殼活性炭500 g加入至活性溶膠中，攪拌下常溫浸漬6 h，離心分離 后，濕料于微波下干燥Ih得到Ti-Ce-Ag-烷基聚葡糖糖苷改性炭材料。
[0014] 取該Ti-Ce-Ag-烷基聚葡糖糖苷改性炭材料500 g填于蜂窩板內，蜂窩板裝于自制 凈化器中，風量300 m3/h，進風速度I. 5 m/s，于30 m3國家標準凈化倉內測試，溫度18~22 °C，濕度50~80% RH，污染物釋放濃度為國標允許濃度的8~12倍，甲醛、苯、甲苯、CO去除 效率及白色葡萄球菌滅殺效率測試周期為lh，SO 2及NO2去除效率測試周期為20min，凈化 效果見表1。
[0015] 實施例3 500 g鈦白粉，6 g殼聚糖，加入到5000 ml 10 mol/L的NaOH水溶液中，于180 °C下水熱 反應12 h，冷卻至室溫得到氧化鈦納米管分散液；5g季銨鹽陽離子表面活性劑加入到Fe3+ 濃度為〇. 2 mol/L、Pt2+濃度為0. 002mol/L溶液5000 mL，高速攪拌分散20 min，加入0. 8 mol/L硼氫化鈉溶液50 mL，60 °C~80 °C水熱反應5h，將氧化鈦納米管分散液全部加入高 速攪拌30min得到活性溶膠；將1