一種能光熱催化產生負氧離子的活性材料及其製備方法與流程

2024-04-07 17:56:05

本發明屬於功能無機材料的領域，具體涉及一種能光熱催化產生負氧離子的活性材料及其製備方法。

背景技術：

薰香不論是在古時候還是在當今社會、不論是在國內還是在國外、不論是在宗教信仰活動中還日常生活中都是一件十分流行的活動。古時候薰香在貴族階級和文人墨客的日常生活當中應用極其廣泛，是居家養生、陶冶情操的日常用品。薰香不僅可以點燃使用，也可用來使身體或衣物附著上能使人愉快的香氣。薰香可以產生出清新優雅的香氣，祛除房間異味，一些高品位的香品如沉香、檀香、麝香、龍誕香等能產生出清醇、幽雅、沁人心脾、安神開竅的氣味。

如今隨著人們生活水平不斷改善，一些具有養生、保健、祛病、抗病菌等功能的香產品獲得了開發與應用。如發明專利「一種預防感冒的薰香配方」（申請號：201310671264.5）公開了用一些中藥作為香藥，使其在點燃時可以有效殺滅感冒病菌，發明專利「抑菌薰香及其工業製造方法」（申請號：200310103231.7）公開了用一些中藥製作的薰香具有抗菌功能，發明專利「一種空氣消毒薰香的製作方法」（申請號：200810143867.7）公開了用一些中藥製作的香能殺滅空氣中的致病菌，發明專利「一種驅蚊蟲薰香配方」（申請號：201310671265.x）公開了用一些中藥製作的薰香具有驅蚊蟲的功效，發明專利「一種中藥薰香及其製備方法」（申請號：201410487058.3）公開了用一些中藥製作的薰香具有安神、助眠及防蚊蟲等功效。由此可見，上述公開技術都是利用中草藥作為香藥開發功能性香產品。

負氧離子又稱「空氣維生素」，可滅菌、除塵，並對空氣的消毒和淨化有一定作用，可調節人體植物性神經、改善心肺功能、加強呼吸深度、促進人體新陳代謝，有利人體健康，能增強人體免疫力。據環境學家研究，空氣中負氧離子濃度每立方釐米在20個以下時，人就會感到倦怠、頭昏腦脹；當每立方釐米空氣中的負氧離子數在1000～10000個之間時，人就會感到心平氣和、平靜安定。發明專利「一種天然可釋放負氧離子的納米組合材料」（申請號：201510268784.0）公開了一種天然可釋放負氧離子的納米組合材料，其由主要原料、輔助原料以及載體基質組成，主要原料、輔助原料成分為一些天然有機植物，而載體基質為晶質水合鎂鋁矽酸鹽礦物，該組合材料能釋放負氧離子；發明專利「釋放空氣負氧離子的內牆柔性裝飾材料及其生產方法」（申請號：201410013701.9）公開了在內牆材料中加入能釋放空氣負氧離子材料的託瑪琳；發明專利「一種含鍺稀土的負氧離子產生材料」（申請號：201610288784.1）公開了以鍺為主要材料並加入一些稀土化合物的混合物經過高溫煅燒所製備的材料具有產生負氧離子的功能。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種能光熱催化產生負氧離子的活性材料及其製備方法，將其作為薰香輔助材料摻入到制香材料中，將使薰香具有產生負氧離子、顯著清新空氣的功能。

為實現上述目的，本發明採用如下技術方案：

一種能光熱催化產生負氧離子的活性材料，其化學式為srαmnβzr1-0.5α-0.5βp2o7-tio2，其中，α=0.01-0.15，β=0.001-0.05；所述活性材料可作為薰香輔助材料用於製備薰香。

所述活性材料的製備方法包括以下步驟：

1）按srαmnβzr1-0.5α-0.5βp2o7的化學計量比分別準確稱取原料zrocl2·8h2o、(nh4)2hpo4、mnco3、srco3，並按所合成srαmnβzr1-0.5α-0.5βp2o7理論質量的5%-60%稱取助熔劑，按所合成srαmnβzr1-0.5α-0.5βp2o7理論摩爾量的0.5-4.0倍稱取絡合劑；

2）把易溶於水的zrocl2·8h2o、(nh4)2hpo4與助熔劑、絡合劑混合後，加水配成總物質濃度10-25wt%的混合物溶液a；將難溶於水的srco3、mnco3混合，加入10mol/l的硝酸使其完全溶解，再加水配成srco3與mnco3的總濃度為10-40wt%的澄清溶液b；把溶液a與b混合均勻，獲得ab混合溶液；

3）按tio2與所合成的srαmnβzr1-0.5α-0.5βp2o7的理論質量比為100:5-25稱量納米tio2，然後按tio2與分散劑、穩定劑的理論質量比為100:1-25:0.1-1.8分別稱取分散劑和穩定劑；

4）將所稱量的分散劑、穩定劑與水在60℃下充分混合溶解形成均勻溶液，然後加入納米tio2，600r/min球磨30min獲得tio2乳濁液c；乳濁液c中納米tio2的濃度為20-40wt%；

5）把所得ab混合溶液與乳濁液c混合，用25wt%的氨水或65wt%的硝酸調節溶液ph值至2.5~8.5，然後在60-90℃的水浴下持續攪拌至形成凝膠為止；

6）將形成的凝膠放在烘箱中，於100-120℃乾燥6-12h，然後將乾燥好的凝膠研磨後裝入坩堝中，置於氣氛馬弗爐中，首先在空氣氣氛中以2-5℃/min的速率從室溫升至400℃並保溫3-6h，然後在還原性氣氛（h2和n2體積比為2-8:98-92）中以2-5℃/min的速率升至850-1050℃並保溫3-8h，最終獲得所述活性材料。

其中，所述助熔劑為h3bo3；所述絡合劑為檸檬酸；所述納米tio2的粒徑為5-25nm，為銳鈦型晶型或金紅石型晶型；所述分散劑為聚丙烯醯胺；所述穩定劑為聚乙二醇4000。

本發明以市售納米二氧化鈦作為主體材料，採用溶膠凝膠法結合高溫煅燒滲透技術嵌入srαmnβzr1-0.5α-0.5βp2o7，所得活性材料srαmnβzr1-0.5α-0.5βp2o7-tio2具有吸光、儲光、熱釋光子、光能轉移、能量上轉換功能，並能通過光熱催化產生負氧離子。將所得srαmnβzr1-0.5α-0.5βp2o7-tio2活性材料作為薰香輔助材料摻入到制香材料中，可使薰香具有產生負氧離子的功能，尤其在燃香過程中，由於熱激發更多電子激發到材料導帶而產生大量負氧離子，從而賦予傳統薰香產生負氧離子的功能。

經檢測，本發明srαmnβzr1-0.5α-0.5βp2o7-tio2活性材料在室溫下負離子平均增加量可以達到1300-2000個/cm3，而在300℃加熱過程中負離子平均增加量可以達到3000-5000個/cm3，具有明顯清新空氣的作用。

附圖說明

圖1為實施例3所製備sr0.1mn0.02zr0.94p2o7-tio2活性材料的xrd圖。

圖2為實施例3所製備sr0.1mn0.02zr0.94p2o7-tio2活性材料的激發發射光譜圖。

圖3為空氣氣氛與還原性氣氛下實施例3所製備sr0.1mn0.02zr0.94p2o7-tio2活性材料的熱釋光譜圖。

圖4為實施例3所製備sr0.1mn0.02zr0.94p2o7-tio2活性材料的工作原理圖。

具體實施方式

為了使本發明所述的內容更加便於理解，下面結合具體實施方式對本發明所述的技術方案做進一步的說明，但是本發明不僅限於此。

所用納米tio2、zrocl2×8h2o、mnco3、srco3、h3bo3、(nh4)2hpo4、檸檬酸、聚丙烯醯胺和聚乙二醇4000為化學純或分析純試劑。

實施例1

1）按sr0.04mn0.008zr0.976p2o7的化學計量比分別準確稱取31.452gzrocl2·8h2o、26.412g(nh4)2hpo4、0.092gmnco3、0.591gsrco3，並按所合成sr0.04mn0.008zr0.976p2o7理論質量的15%稱取4.004gh3bo3，按所合成sr0.04mn0.008zr0.976p2o7理論摩爾量的0.5倍稱取9.6g檸檬酸；

2）把易溶於水的zrocl2·8h2o、(nh4)2hpo4與h3bo3、檸檬酸混合後，加715ml水配成總物質濃度約10wt%的混合物溶液a；將難溶於水的srco3、mnco3混合，加入10mol/l的硝酸使其完全溶解，再加7ml水配成srco3與mnco3總濃度約10wt%的澄清溶液b；把溶液a與b混合均勻，獲得ab混合溶液；

3）按tio2與所合成的sr0.04mn0.008zr0.976p2o7的理論質量比為100:10稱量粒徑為5nm的266.92g銳鈦型納米tio2，按tio2與分散劑、穩定劑的理論質量比為100:1:0.1分別稱取2.669g聚丙烯醯胺和0.267g聚乙二醇4000；

4）將所稱量的聚丙烯醯胺、聚乙二醇4000與1335ml水在60℃下充分混合溶解形成均勻溶液，然後加入納米tio2，600r/min球磨30min獲得tio2濃度約為20wt%的乳濁液c；

5）把所得ab混合溶液與乳濁液c混合，用25wt%的氨水調節溶液ph值至8.0，然後在60℃的水浴下持續攪拌至形成凝膠為止；

6）將形成的凝膠放在烘箱中，於100℃乾燥12h，然後將乾燥好的凝膠研磨後裝入坩堝中，置於氣氛馬弗爐中，首先在空氣氣氛中以2℃/min的速率從室溫升至400℃並保溫3h，然後在還原性氣氛（h2和n2體積比為2:98）中以2℃/min的速率升至850℃並保溫3h，最終獲得所述活性材料。

依據中華人民共和國建築行業標準jc/t1016-2006「材料負離子發生量的測試方法」進行測試，所製備的sr0.04mn0.008zr0.976p2o7-tio2活性材料在室溫下負離子平均增加量可以達到1300個/cm3，而在300℃加熱過程中負離子平均增加量可以達到3200個/cm3，具有明顯清新空氣的作用。

實施例2

1）按sr0.06mn0.01zr0.965p2o7的化學計量比分別準確稱取31.07gzrocl2·8h2o、26.412g(nh4)2hpo4、0.115gmnco3、0.886gsrco3，並按所合成sr0.06mn0.01zr0.965p2o7理論質量的30%稱取7.981gh3bo3，按所合成sr0.06mn0.01zr0.965p2o7理論摩爾量的2.0倍稱取38.4g檸檬酸；

2）把易溶於水的zrocl2·8h2o、(nh4)2hpo4與h3bo3、檸檬酸混合後，加519ml水配成總物質濃度20wt%的混合物溶液a；將難溶於水的srco3、mnco3混合，加入10mol/l的硝酸使其完全溶解，再加5ml水配成srco3與mnco3總濃度20wt%的澄清溶液b；把溶液a與b混合均勻，獲得ab混合溶液；

3）按tio2與所合成的sr0.06mn0.01zr0.965p2o的理論質量比為100:20稱量粒徑為10nm的133.01g金紅石型納米tio2，按tio2與分散劑、穩定劑的理論質量比為100:10:1分別稱取13.30g聚丙烯醯胺和1.33g聚乙二醇4000；

4）將所稱量的聚丙烯醯胺、聚乙二醇4000與333ml水在60℃下充分混合溶解形成均勻溶液，然後加入納米tio2，600r/min球磨30min獲得tio2濃度約為40wt%的乳濁液c；

5）把所得ab混合溶液與乳濁液c混合，用65wt%的硝酸調節溶液ph值至4.5，然後在80℃的水浴下持續攪拌至形成凝膠為止；

6）將形成的凝膠放在烘箱中，於110℃乾燥8h，然後將乾燥好的凝膠研磨後裝入坩堝中，置於氣氛馬弗爐中，首先在空氣氣氛中以3℃/min的速率從室溫升至400℃並保溫4h，然後在還原性氣氛（h2和n2體積比為6:94）中以3℃/min的速率升至1000℃並保溫6h，最終獲得所述活性材料。

依據中華人民共和國建築行業標準jc/t1016-2006「材料負離子發生量的測試方法」進行測試，所製備的sr0.06mn0.01zr0.965p2o7-tio2活性材料在室溫下負離子平均增加量可以達到1600個/cm3，而在300℃加熱過程中負離子平均增加量可以達到3800個/cm3，具有明顯清新空氣的作用。

實施例3

1）按sr0.1mn0.02zr0.94p2o7的化學計量比分別準確稱取原料30.292gzrocl2·8h2o、26.412g(nh4)2hpo4、0.230gmnco3、1.476gsrco3，並按所製取sr0.1mn0.02zr0.94p2o7理論質量的60%稱取16.17gh3bo3，按所製取sr0.1mn0.02zr0.94p2o7理論摩爾量的4.0倍稱取76.80g檸檬酸；

2）把易溶於水的zrocl2·8h2o、(nh4)2hpo4與h3bo3、檸檬酸混合後，加599ml水配成總物質濃度約為25wt%的混合物溶液a；將難溶於水的srco3、mnco3混合，加入10mol/l的硝酸使其完全溶解，再加7ml水配成srco3與mnco3總濃度約為25wt%的澄清溶液b；把溶液a與b混合均勻，獲得ab混合溶液；

3）按tio2與所合成的sr0.1mn0.02zr0.94p2o7的理論質量比為100:25稱量粒徑為25nm的107.82g銳鈦型納米tio2，按tio2與分散劑、穩定劑的理論質量比為100:25:1.8分別稱取26.95g聚丙烯醯胺和1.94g聚乙二醇4000；

4）將所稱量的聚丙烯醯胺、聚乙二醇4000與359ml水在60℃下充分混合溶解形成均勻溶液，然後加入納米tio2，600r/min球磨30min獲得tio2濃度為30wt%的乳濁液c；

5）把所得ab混合溶液與乳濁液c混合，用65wt%的硝酸調節溶液ph值至5.5，然後在90℃的水浴下持續攪拌至形成凝膠為止；

6）將形成的凝膠放在烘箱中，於120℃乾燥6h，然後將乾燥好的凝膠研磨後裝入坩堝中，置於氣氛馬弗爐中，首先在空氣氣氛中以5℃/min的速率從室溫升至400℃並保溫6h，然後在還原性氣氛（h2和n2體積比為8:92）中以5℃/min的速率升至1050℃並保溫8h，最終獲得所述活性材料。

依據中華人民共和國建築行業標準jc/t1016-2006「材料負離子發生量的測試方法」進行測試，所製備的sr0.1mn0.02zr0.94p2o7-tio2活性材料在室溫下負離子平均增加量可以達到2000個/cm3，而在300℃加熱過程中負離子平均增加量可以達到5000個/cm3，具有明顯清新空氣的作用。

圖1為所製備sr0.1mn0.02zr0.94p2o7-tio2活性材料的xrd圖。從圖1中可以看出所合成的srαmnβzr1-0.5α-0.5βp2o7-tio2活性材料含有兩種物相，分別對應於xrd國際標準卡中的pdf：21-1272和pdf：49-1079，其中以pdf：21-1272為主。

圖2為所製備sr0.1mn0.02zr0.94p2o7-tio2-0活性材料的激發發射光譜圖。圖2表明srαmnβzr1-0.5α-0.5βp2o7-tio2活性材料在可見光譜的400-420nm區間有吸收峰。

圖3為採用空氣氣氛(a)與還原性氣氛（b）下所製備sr0.1mn0.02zr0.94p2o7-tio2活性材料的熱釋光譜圖。從圖3可見，熱釋峰峰位置位於320-350k，因此缺陷陷阱深度較合適有利於蓄光。此外，在還原性氣氛下，熱釋峰顯著提高即可用於蓄光的陷阱濃度顯著提高。

圖4為所製備sr0.1mn0.02zr0.94p2o7-tio2-0活性材料的的工作原理圖。srαmnβzr1-0.5α-0.5βp2o7-tio2活性材料具有吸光、儲光、熱釋光子、光能轉移、能量上轉換功能並能實現光熱催化產生負氧離子，將其作為薰香輔助材料摻入到制香材料中，可使製得的薰香具有產生負氧離子的功能。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。