含有納米礦物質的複合空氣淨化劑及其製備方法與流程
2023-07-29 01:58:06 2
本發明涉及空氣淨化劑技術領域，尤其涉及一種含有納米礦物質的複合空氣淨化劑及其製備方法。
背景技術：
當今社會人類創造了前所未有的物質財富，加速推進了文明發展進程，同時也出現了環境汙染、生態破壞等重大問題，從而可能威脅全人類未來的生存與發展。環境汙染問題是本世紀人類最關注的焦點之一，這一問題解決得好壞直接影響到人類的生存與可持續發展。中國作為世界上最大的發展中國家，環境與可持續發展問題則顯得尤為重要。但一提起環境汙染問題人們似乎更關注較易感覺到的室外空氣和水的汙染，認為只要降低汙染源的排放量，淨化了空氣和水源，重新獲得「藍天碧水」就可以高枕無憂了。其實不然，隨著人們生活水平的提高，室內空氣品質對人體健康的影響已成為引起社會普遍關注的重要環境問題之一。隨著對室內環境保護意識的不斷增強，人們迫切希望有一個安全、舒適、健康的生活空間。然而相當一部分居室和寫字樓經過無序的裝修、裝飾後或在建設過程中疏於環境衛生管理，處於嚴重的室內汙染之中。
據世界衛生組織調查結果顯示，世界上30％的新建和重修的建築物中發現室內空氣有害健康，這些被汙染的室內空氣已經導致全球性的人口發病率和死亡率的增加，室內空氣汙染己被列入對公眾健康危害的五種環境因素之一。國際上一些室內環境專家提醒人們，在經歷了工業革命帶來的「煤煙型汙染」和「光化學煙霧型汙染」之後，現代人已經進入了以「室內空氣汙染」為標誌的第三個汙染時期。
空氣品質與人體健康密切相關，保證室內空氣品質對提高勞動效率、降低社會成本和提高國民健康水平都有一定的作用。提高室內空氣品質，不論對社會還是個人都將大有裨益。真正實現了環境效益、經濟效益和社會效益的統一。未來的國際競爭是人才競爭，也是體能的競爭，沒有健康的體魄和充沛的精力，無法適應時代的節奏。居室環境相對於大氣環境更直接地影響著人們的身心健康，改善居室環境己成為具有深遠意義的研究課題。
技術實現要素：
本發明的主要目的是提供一種含有納米礦物質的複合空氣淨化劑及其製備方法。
本發明是這樣實現的：
一種含有納米礦物質的複合空氣淨化劑的製備方法，包括以下步驟：
s1：將海泡石、聚乙二醇、硝酸鹽、水在溫度為60-80℃下攪拌1-5小時，離心，棄上清液將沉澱物乾燥24-48小時，研磨成目粉末，得到改性海泡石；
s2：將改性海泡石、碳納米管、負離子粉、二氧化鈦光觸媒溶膠混合均勻，得到混合料；
s3：將混合料採用制粒機進行造粒，粒度為0.2-1mm，在50-60℃下乾燥5-15小時，然後在240-260℃下焙燒活化1-5小時即得。
作為一種改進的方案，一種含有納米礦物質的複合空氣淨化劑的製備方法，包括以下步驟：
s1：將45-55重量份海泡石、5-15重量份聚乙二醇、0.3-0.9重量份硝酸鹽、90-110重量份水在溫度為60-80℃下以轉速為200-400轉/分攪拌1-5小時，離心，棄上清液將沉澱物在90-120℃下乾燥24-48小時，研磨成120-200目粉末，得到改性海泡石；
s2：將改性海泡石、功能化碳納米管、負離子粉、二氧化鈦光觸媒溶膠按重量比為(1-3)：(0.01-0.05)：(0.4-0.9)：(0.01-0.05)混合均勻，得到混合料；
s3：將混合料採用制粒機進行造粒，粒度為0.2-1mm，在50-60℃下乾燥5-15小時，然後在240-260℃下焙燒活化1-5小時即得。
所述聚乙二醇為聚乙二醇4000或聚乙二醇6000。
所述功能化碳納米管的製備方法為：將1-5重量份碳納米管、0.3-0.8重量份十六胺加入到25-35重量份乙醇中在溫度為80-90℃下以轉速為150-350轉/分攪拌20-30小時，離心，棄上清液將沉澱物在95-105℃下乾燥12-24小時，得到功能化碳納米管。
所述二氧化鈦光觸媒溶膠的製備方法為：將1-5g鈦酸丁酯加入10-30g無水乙醇中混合均勻，得到混合液；在65-75℃水浴下將混合液逐滴加入到2000-5000g去離子水中以轉速為200-300轉/分攪拌1-5小時；靜置陳化5-15天即得。
所述負離子粉為蛋白石粉、電氣石粉、六環石粉、麥飯石粉中的一種或多種的混合物。
作為一種改進的方案，所述負離子粉為六環石粉。
所述硝酸鹽為硝酸銀、硝酸銅、硝酸鎳中的一種或多種的混合物。
作為一種改進的方案，所述硝酸鹽由35-45wt％硝酸銅和55-65wt％硝酸鎳組成。
一種含有納米礦物質的複合空氣淨化劑，採用上述方法製備而成。
本發明含有納米礦物質的複合空氣淨化劑及其製備方法，研究不同原料及製備工藝對複合空氣淨化劑性能的影響，通過研究增加海泡石內外表面積的方法，提高海泡石的催化性能和吸附性能，使海泡石達到適宜作空氣淨化劑；同時優選各原料及改進加工工藝，可以主動吸納汙染物到複合空氣淨化劑及的孔道中，而且還可以保證其在微米尺度中與催化劑進行充分的接觸，從而使催化降解效果得到很大程度的提高。本發明具有有效率高、降解效率穩定等優點。
具體實施方式
甲醛、甲苯去除率測定：依據gb/t18883-2002《室內空氣品質標準》檢測所採集樣品中的甲醛、甲苯濃度；主要儀器包括4160-2型甲醛測定儀(美國interscan公司)、qc-2b型甲苯大氣採樣儀(北京市勞動保護科學研究所)、6890型氣相色譜儀(美國agilent公司)；在模擬測試倉(體積為2m3)中進行，將0.05g甲醛(分析純，≥99％)和0.05g甲苯(分析純，≥99％)放入測試倉中揮發12小時後進行採樣測試艙內甲醛初始濃度(c1)和甲苯初始濃度(c2)，將2g含有納米礦物質的複合空氣淨化劑放入測試倉內，風機通電分別運行3小時進行採樣測試艙內甲醛濃度(c3)和甲苯濃度(c4)。甲醛去除率(％)＝(c1-c3)/c1×100；甲苯去除率(％)＝(c2-c4)/c2×100。
負離子發生量測定：取1000克含有納米礦物質的複合空氣淨化劑置於體積為1m3的密封箱中，均勻攤開，密閉24小時，用美國alphalab公司生產的aic-1000負離子檢測儀每隔1小時檢測一次，每次取20個數據，求得各數據的平均值作為最終檢測結果。
實施例中聚乙二醇6000採用江蘇省海安石油化工廠提供的聚乙二醇6000(peg-6000)。
實施例中碳納米管採用北京德科島金科技有限公司提供的型號為cnt105的多壁碳納米管，管徑20-30nm，長度10-30μm。
實施例中海泡石，採用靈壽縣德騰礦產品加工廠提供的吸附劑專用100目海泡石粉，品級為一級。
實施例中蛋白石粉，採用大連蛋白石頁巖有限公司提供的400目蛋白石粉。
實施例中電氣石粉，採用靈壽縣沃陽礦產品加工廠提供的325目電氣石粉，品級為一級。
實施例中六環石粉，採用靈壽縣晶佳礦產品加工廠提供的325目六環石粉，品級為一級。
實施例中麥飯石粉，採用靈壽縣華碩礦產品加工廠提供的325目中華麥飯石粉。
實施例1
含有納米礦物質的複合空氣淨化劑的製備方法，包括以下步驟：
s1：將50重量份海泡石、10重量份聚乙二醇6000、0.5重量份硝酸鎳、100重量份去離子水在溫度為70℃下以轉速為300轉/分攪拌3小時，然後在轉速為5000轉/分下離心15分鐘，棄上清液將沉澱物在100℃下乾燥36小時，研磨後用140目篩和160目篩過篩，得到粒度在140-160目的粉末，即為改性海泡石；
s2：將改性海泡石、碳納米管、六環石粉、二氧化鈦光觸媒溶膠按重量比為2：0.02：0.65：0.03混合均勻，得到混合料；
s3：將混合料採用制粒機(江陰市遠俊機械製造有限公司，型號為gk-50)進行造粒，粒度在0.3-0.6mm，在55℃下乾燥10小時，然後用平板式電爐(金壇區金城春蘭實驗儀器廠，型號為ddf)在250℃下焙燒活化2小時即得。
所述二氧化鈦光觸媒溶膠的製備方法為：將3g鈦酸丁酯加入20g無水乙醇中混合均勻，得到混合液；在70℃水浴下將混合液逐滴加入到3000g去離子水中以轉速為200轉/分攪拌2小時；靜置陳化10天即得。
實施例2
含有納米礦物質的複合空氣淨化劑的製備方法，包括以下步驟：
s1：將50重量份海泡石、10重量份聚乙二醇6000、0.5重量份硝酸鎳、100重量份去離子水在溫度為70℃下以轉速為300轉/分攪拌3小時，然後在轉速為5000轉/分下離心15分鐘，棄上清液將沉澱物在100℃下乾燥36小時，研磨後用140目篩和160目篩過篩，得到粒度在140-160目的粉末，即為改性海泡石；
s2：將改性海泡石、碳納米管、蛋白石粉、二氧化鈦光觸媒溶膠按重量比為2：0.02：0.65：0.03混合均勻，得到混合料；
s3：將混合料採用制粒機(江陰市遠俊機械製造有限公司，型號為gk-50)進行造粒，粒度在0.3-0.6mm，在55℃下乾燥10小時，然後用平板式電爐(金壇區金城春蘭實驗儀器廠，型號為ddf)在250℃下焙燒活化2小時即得。
所述二氧化鈦光觸媒溶膠的製備方法為：將3g鈦酸丁酯加入20g無水乙醇中混合均勻，得到混合液；在70℃水浴下將混合液逐滴加入到3000g去離子水中以轉速為200轉/分攪拌2小時；靜置陳化10天即得。
實施例3
含有納米礦物質的複合空氣淨化劑的製備方法，包括以下步驟：
s1：將50重量份海泡石、10重量份聚乙二醇6000、0.5重量份硝酸鎳、100重量份去離子水在溫度為70℃下以轉速為300轉/分攪拌3小時，然後在轉速為5000轉/分下離心15分鐘，棄上清液將沉澱物在100℃下乾燥36小時，研磨後用140目篩和160目篩過篩，得到粒度在140-160目的粉末，即為改性海泡石；
s2：將改性海泡石、碳納米管、電氣石粉、二氧化鈦光觸媒溶膠按重量比為2：0.02：0.65：0.03混合均勻，得到混合料；
s3：將混合料採用制粒機(江陰市遠俊機械製造有限公司，型號為gk-50)進行造粒，粒度在0.3-0.6mm，在55℃下乾燥10小時，然後用平板式電爐(金壇區金城春蘭實驗儀器廠，型號為ddf)在250℃下焙燒活化2小時即得。
所述二氧化鈦光觸媒溶膠的製備方法為：將3g鈦酸丁酯加入20g無水乙醇中混合均勻，得到混合液；在70℃水浴下將混合液逐滴加入到3000g去離子水中以轉速為200轉/分攪拌2小時；靜置陳化10天即得。
實施例4
含有納米礦物質的複合空氣淨化劑的製備方法，包括以下步驟：
s1：將50重量份海泡石、10重量份聚乙二醇6000、0.5重量份硝酸鎳、100重量份去離子水在溫度為70℃下以轉速為300轉/分攪拌3小時，然後在轉速為5000轉/分下離心15分鐘，棄上清液將沉澱物在100℃下乾燥36小時，研磨後用140目篩和160目篩過篩，得到粒度在140-160目的粉末，即為改性海泡石；
s2：將改性海泡石、碳納米管、麥飯石粉、二氧化鈦光觸媒溶膠按重量比為2：0.02：0.65：0.03混合均勻，得到混合料；
s3：將混合料採用制粒機(江陰市遠俊機械製造有限公司，型號為gk-50)進行造粒，粒度在0.3-0.6mm，在55℃下乾燥10小時，然後用平板式電爐(金壇區金城春蘭實驗儀器廠，型號為ddf)在250℃下焙燒活化2小時即得。
所述二氧化鈦光觸媒溶膠的製備方法為：將3g鈦酸丁酯加入20g無水乙醇中混合均勻，得到混合液；在70℃水浴下將混合液逐滴加入到3000g去離子水中以轉速為200轉/分攪拌2小時；靜置陳化10天即得。
實施例5
含有納米礦物質的複合空氣淨化劑的製備方法，包括以下步驟：
s1：將50重量份海泡石、10重量份聚乙二醇6000、0.5重量份硝酸鎳、100重量份去離子水在溫度為70℃下以轉速為300轉/分攪拌3小時，然後在轉速為5000轉/分下離心15分鐘，棄上清液將沉澱物在100℃下乾燥36小時，研磨後用140目篩和160目篩過篩，得到粒度在140-160目的粉末，即為改性海泡石；
s2：將改性海泡石、功能化碳納米管、六環石粉、二氧化鈦光觸媒溶膠按重量比為2：0.02：0.65：0.03混合均勻，得到混合料；
s3：將混合料採用制粒機(江陰市遠俊機械製造有限公司，型號為gk-50)進行造粒，粒度在0.3-0.6mm，在55℃下乾燥10小時，然後用平板式電爐(金壇區金城春蘭實驗儀器廠，型號為ddf)在250℃下焙燒活化2小時即得。
所述二氧化鈦光觸媒溶膠的製備方法為：將3g鈦酸丁酯加入20g無水乙醇中混合均勻，得到混合液；在70℃水浴下將混合液逐滴加入到3000g去離子水中以轉速為200轉/分攪拌2小時；靜置陳化10天即得。
所述功能化碳納米管的製備方法為：將3.5重量份碳納米管、0.5重量份十六胺加入到30重量份乙醇中在溫度為85℃下以轉速為180轉/分攪拌24小時，在轉速為5000轉/分下離心20分鐘，棄上清液將沉澱物在100℃下乾燥16小時，得到功能化碳納米管。
實施例6
含有納米礦物質的複合空氣淨化劑的製備方法，包括以下步驟：
s1：將50重量份海泡石、10重量份聚乙二醇6000、0.5重量份硝酸銀、100重量份去離子水在溫度為70℃下以轉速為300轉/分攪拌3小時，然後在轉速為5000轉/分下離心15分鐘，棄上清液將沉澱物在100℃下乾燥36小時，研磨後用140目篩和160目篩過篩，得到粒度在140-160目的粉末，即為改性海泡石；
s2：將改性海泡石、功能化碳納米管、六環石粉、二氧化鈦光觸媒溶膠按重量比為2：0.02：0.65：0.03混合均勻，得到混合料；
s3：將混合料採用制粒機(江陰市遠俊機械製造有限公司，型號為gk-50)進行造粒，粒度在0.3-0.6mm，在55℃下乾燥10小時，然後用平板式電爐(金壇區金城春蘭實驗儀器廠，型號為ddf)在250℃下焙燒活化2小時即得。
所述二氧化鈦光觸媒溶膠的製備方法為：將3g鈦酸丁酯加入20g無水乙醇中混合均勻，得到混合液；在70℃水浴下將混合液逐滴加入到3000g去離子水中以轉速為200轉/分攪拌2小時；靜置陳化10天即得。
所述功能化碳納米管的製備方法為：將3.5重量份碳納米管、0.5重量份十六胺加入到30重量份乙醇中在溫度為85℃下以轉速為180轉/分攪拌24小時，在轉速為5000轉/分下離心20分鐘，棄上清液將沉澱物在100℃下乾燥16小時，得到功能化碳納米管。
實施例7
含有納米礦物質的複合空氣淨化劑的製備方法，包括以下步驟：
s1：將50重量份海泡石、10重量份聚乙二醇6000、0.5重量份硝酸銅、100重量份去離子水在溫度為70℃下以轉速為300轉/分攪拌3小時，然後在轉速為5000轉/分下離心15分鐘，棄上清液將沉澱物在100℃下乾燥36小時，研磨後用140目篩和160目篩過篩，得到粒度在140-160目的粉末，即為改性海泡石；
s2：將改性海泡石、功能化碳納米管、六環石粉、二氧化鈦光觸媒溶膠按重量比為2：0.02：0.65：0.03混合均勻，得到混合料；
s3：將混合料採用制粒機(江陰市遠俊機械製造有限公司，型號為gk-50)進行造粒，粒度在0.3-0.6mm，在55℃下乾燥10小時，然後用平板式電爐(金壇區金城春蘭實驗儀器廠，型號為ddf)在250℃下焙燒活化2小時即得。
所述二氧化鈦光觸媒溶膠的製備方法為：將3g鈦酸丁酯加入20g無水乙醇中混合均勻，得到混合液；在70℃水浴下將混合液逐滴加入到3000g去離子水中以轉速為200轉/分攪拌2小時；靜置陳化10天即得。
所述功能化碳納米管的製備方法為：將3.5重量份碳納米管、0.5重量份十六胺加入到30重量份乙醇中在溫度為85℃下以轉速為180轉/分攪拌24小時，在轉速為5000轉/分下離心20分鐘，棄上清液將沉澱物在100℃下乾燥16小時，得到功能化碳納米管。
實施例8
含有納米礦物質的複合空氣淨化劑的製備方法，包括以下步驟：
s1：將50重量份海泡石、10重量份聚乙二醇6000、0.2重量份硝酸銅、0.3重量份硝酸鎳、100重量份去離子水在溫度為70℃下以轉速為300轉/分攪拌3小時，然後在轉速為5000轉/分下離心15分鐘，棄上清液將沉澱物在100℃下乾燥36小時，研磨後用140目篩和160目篩過篩，得到粒度在140-160目的粉末，即為改性海泡石；
s2：將改性海泡石、功能化碳納米管、六環石粉、二氧化鈦光觸媒溶膠按重量比為2：0.02：0.65：0.03混合均勻，得到混合料；
s3：將混合料採用制粒機(江陰市遠俊機械製造有限公司，型號為gk-50)進行造粒，粒度在0.3-0.6mm，在55℃下乾燥10小時，然後用平板式電爐(金壇區金城春蘭實驗儀器廠，型號為ddf)在250℃下焙燒活化2小時即得。
所述二氧化鈦光觸媒溶膠的製備方法為：將3g鈦酸丁酯加入20g無水乙醇中混合均勻，得到混合液；在70℃水浴下將混合液逐滴加入到3000g去離子水中以轉速為200轉/分攪拌2小時；靜置陳化10天即得。
所述功能化碳納米管的製備方法為：將3.5重量份碳納米管、0.5重量份十六胺加入到30重量份乙醇中在溫度為85℃下以轉速為180轉/分攪拌24小時，在轉速為5000轉/分下離心20分鐘，棄上清液將沉澱物在100℃下乾燥16小時，得到功能化碳納米管。含有納米礦物質的複合空氣淨化劑性能測試結果：甲醛去除率為91％，甲苯去除率為76％，負離子發生量為1360個/cm3。
測試例1
對實施例1-7製備的含有納米礦物質的複合空氣淨化劑性能進行測試，具體測試結果見表1。
表1：含有納米礦物質的複合空氣淨化劑性能測試結果表
本發明創造性的在空氣淨化劑中添加負離子粉，並研究了不同種類負離子粉對含有納米礦物質的複合空氣淨化劑甲醛去除率、甲苯去除率、負離子發生量的影響，由表1看出採用六環石時含有納米礦物質的複合空氣淨化劑性能最優異；實施例5對碳納米管進行功能化改性，效果明顯優於實施例1。其原因可能是碳納米管表面缺陷少，不利於其它粒子的依附；功能化改性後，可以產生一部分的羧基和羥基等基團，這些表面基團有利於其它物種如甲醛、甲苯等與碳納米管反應。本發明通過優選各原料及改進加工工藝，可以主動吸納汙染物到複合空氣淨化劑及的孔道中，而且還可以保證其在微米尺度中與催化劑進行充分的接觸，從而使催化降解效果得到很大程度的提高。本發明具有有效率高、降解效率穩定等優點。