一種空氣凈化材料的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及凈化材料，尤其涉及一種用于空氣吸附的凈化材料。
【背景技術】
[0002]隨著人們物質文化生活水平的提高，室內裝修已成為時尚，隨之而來的便是室內空氣的污染越來越嚴重。而且對于大多數人來說，無論工作、學習或生活，人們的大部分時間都是在室內度過的。盡管大氣污染對人體健康的危害早已被人們所認識，但至到二十世紀中期以來人們的注意力才逐漸轉移到室內空氣污染對人體健康的危害上。室內空氣污染的種類多、污染源更廣泛，影響因素也很復雜，對人體健康造成的危害往往比室外更嚴重。室內空氣質量研究已經成為環境科學領域內的一個新的重要組成部分，近年來更加引起人們的廣泛關注。
[0003]目前用于空氣污染的處理方法主要有吸附技術、光催化技術、低溫等離子體技術及催化氧化技術。
[0004]吸附技術是目前應用最廣的空氣凈化技術。吸附技術主要采用活性炭和分子篩等高比表面材料來吸附甲醛，以達到凈化空氣的目的，但由于吸附材料吸附能力有限，需定期再生或更換，易產生二次污染。
[0005]光催化技術主要利用納米Ti02作為光催化劑，通過活性氫氧自由基和超氧自由基的作用，在室溫條件下就可以分解甲醛。光催化氧化技術對有機污染物的去除具有操作簡便、能耗低、氧化能力強、反應條件溫和、無二次污染等優點，在空氣凈化領域有著誘人的應用前景。在紫外光照射下，Ti02能將室內種類繁多的有害物質催化氧化，但其存在催化劑失活的問題，并且反應速率有待提高。
[0006]低溫等離子體技術是通過在常壓下空氣放電產生的低溫等離子體中包含電子、離子、氧活性物種和激發態分子等有極高化學活性的物種，打開污染氣體分子的化學鍵，使很多高活化能的化學反應得以發生，從而達到處理室內空氣中有機污染物的目的。但是該技術在對空氣放電過程中容易產生氮氧化物及臭氧等二次污染物。
[0007]熱催化氧化技術是在較低的溫度下利用催化劑將甲醛完全分解為無害的H20和co2，也是一種較有應用前景的凈化甲醛的方法。但所用的催化劑催化氧化甲醛的操作溫度通常遠高于室溫，難以滿足室內空氣凈化所需的常溫常壓、能耗低的要求，因此只有開發出室溫、常壓下能完全氧化甲醛為h20和C02的材料，才有希望實現催化氧化技術在室內空氣甲醛凈化方面的實際應用。
[0008]以上單一使用一種方法均存在不同方面的問題，那么是否可以將多種方法結合起來以克服單一使用時的缺陷，大大提高空氣凈化的效果呢？這是目前值得研究的一個課題。
【發明內容】
[0009]本發明的目的在于提供一種吸附與光催化氧化技術相結合的復合技術，以高性能的吸附劑為載體的負載光催化劑，利用吸附劑的極強吸附性能將有害物質富集在Ti02周圍，克服了吸附技術和光催化氧化技術的缺點，提高了反應速率，達到更理想的污染物去除效果。
[0010]為達此目的，本發明采用以下技術方案:
[0011]—種空氣凈化材料，其制備原料按質量分數含有:無機吸附材料60-90%，例如為 63%、68%、72%、78%、84%、89%等，納米二氧化鈦 10-40%，例如為 12%U6%,20%,24%、28%、33%、37%等，并采用如下方法制備:
[0012]1)將鈦酸丁酯溶于無水乙醇中，加入乙酰丙酮，乙酰丙酮作為抑制劑可以延緩鈦酸丁酯的強烈水解；
[0013]2)攪拌下，加入硝酸水溶液和無水乙醇的混合溶液中得到二氧化鈦的溶膠，加入硝酸也可以抑制水解，同時可使膠粒帶正電，阻止膠粒的凝聚，可使制得的材料表面包覆的二氧化鈦比較均勻；
[0014]3)將無機吸附材料浸入步驟2)所得溶膠中；
[0015]4)將浸過溶膠的無機材料烘干；
[0016]5)將步驟4)所得材料燒結得到無機吸附材料表面包覆納米二氧化鈦的復合材料。
[0017]本發明通過特定的制備方法，使表面的納米二氧化鈦均勻的包覆在無機吸附材料的表面，將吸附材料和光催化材料結合在一起，以高性能的吸附劑為載體的負載光催化劑，利用吸附劑的極強吸附性能將有害物質富集在Ti02周圍，可以克服吸附技術和光催化氧化技術的缺點，提高了反應速率，達到更理想的污染物去除效果。
[0018]本發明所述的空氣凈化材料，步驟1)中鈦酸丁酯和乙酰丙酮的質量比為1-5:1，例如為 1.3:1、1.7:1、2.2:1、3:1、3.5:1、4.2:1、4.7:1 等。
[0019]本發明所述的空氣凈化材料，步驟1)中鈦酸丁酯和無水乙醇的質量體積比為20-100g/L，例如為 25g/L、32g/L、40g/L、55g/L、67g/L、80g/L、86g/L、92g/L、99g/L 等。
[0020]本發明所述的空氣凈化材料，步驟2)中硝酸水溶液的質量分數為15-40%，例如為17 %、22 %、28 %、31 %、36 %、39 %等，硝酸水溶液與無水乙醇的體積比為0.5_4:1，例如為 0.8:1、1.2:1、1.8:1、2.5:1、3.2:1、3.8:1 等。
[0021]本發明所述的空氣凈化材料，硝酸水溶液中的硝酸和鈦酸丁酯的質量比為
0.1-0.5:1，例如為 0.2:1,0.25:1,0.33:1,0.40:1,0.46:1 等。
[0022]通過控制反應過程中鈦酸丁酯與乙酰丙酮、硝酸及無水乙醇的量，既可以有效抑制水解的進行，又可以使制得的溶膠具有合適的顆粒尺寸，并最終制得符合要求的表面包覆的納米二氧化鈦的尺寸。
[0023]本發明所述的空氣凈化材料，步驟4)中的烘干溫度為低于100°C，例如為55°C、60°C、70°C、85°C、9(TC、96°C等，優選為80-95°C，烘干的時間為30min以上，例如為40min、55min、l.2h、l.7h、2.5h、3h 等，優選為 l_2h。
[0024]本發明所述的空氣凈化材料，步驟5)中燒結的過程為:將步驟4)所得材料放入馬弗爐中，以2-5°C /min的升溫速率升溫至200-350°C，例如為220°C、240°C、280°C、320°C、345°C等，保溫2-5h，例如為2.lh、2.4h、3h、3.5h、4.2h、4.8h等。此燒結步驟對于產物的性能有著至關重要的影響，2-5°C /min的升溫速率可以使制得材料的孔徑比較均一，終溫及保溫時間則可以使制得材料的表面積最大化，也可保證了有效吸附面積最大。
[0025]本發明所述的空氣凈化材料，步驟5)后還進行水洗、烘干操作，烘干的條件與步驟4)中的相同。
[0026]本發明所述的空氣凈化材料，步驟3) -5)重復2次以上，例如為4次、6次等，優選為3-5次。多次進行浸泡、烘干、燒結可得到不同厚度的二氧化鈦涂層。
[0027]本發明所述的空氣凈化材料，所述的無機吸附材料為活性炭或分子篩，優選比表面積為 1000-2500m2/g，例如為 1100m2/g、1500m2/g、1800m2/g、2000m2/g、2300m2/g 等的無機吸附材料。
[0028]優選地，所述的納米二氧化鈦的平均粒徑為3-100nm,例如為6nm、15nm、30nm、50nm、70nm、90nm等,優選為5_20nm。選擇該粒徑范圍既可以使制得材料具有極好的表面活性，使催化效應明顯，還可使材料具有極好的反應選擇性。
[0029]本發明采用吸附法和光催化氧化法相結合的技術，克服了吸附技術和光催化氧化技術的缺點，提高了反應速率，達到更理想的污染物去除效果，
[0030]下面對本發明進一步詳細說明。但下述的實例僅僅是本發明的簡易例子，并不代表或限制本發明的權利保護范圍，本發明的保護范圍以權利要求書為準。
【具體實施方式】
[0031 ] 下面通過【具體實施方式】來進一步說明本發明的技術方案。
[0032]一種空氣凈化材料，其制備原料按質量分數含有:無機吸附材料60-90%，納米二氧化鈦10-40%，并采用如下方法制備:
[0033]1)將鈦酸丁酯溶于無水乙醇中，加入乙酰丙酮；其中，鈦酸丁酯和乙酰丙酮的質量比為1-5:1，鈦酸丁酯和無水乙醇的質量體積比為20-100g/L ；
[0034]2)攪拌下，加入硝酸水溶液和無水乙醇的混合溶液中得到二氧化鈦的溶膠；硝酸水溶液的質量分數為15-40%，硝酸水溶液與無水乙醇的體積比為0.5-4:1，硝酸水溶液中的硝酸和鈦酸丁酯的質量比為0.1-0.5:1 ；
[0035]3)將比表面積為1000_2500m2/g的無機吸附材料浸入步驟2)所得溶膠中；
[0036]4)將浸過溶膠的無機材料烘干；其中，烘干溫度為低于100°C，優選為80_95°C，