多功能微孔陶瓷催化劑及其在空氣淨化方面的應用的製作方法
2023-06-04 03:56:56 1
本發明屬於空氣淨化劑加工技術領域，具體涉及一種多功能微孔陶瓷催化劑及其在空氣淨化方面的應用。
背景技術：
微孔陶瓷是指在陶瓷內部或表面含有大量開口或閉口微小氣孔的陶瓷體，其孔徑一般為微米級或亞微米級，常被用來作為空氣淨化過濾的主要材料。然而傳統微孔陶瓷材料有著較大的局限性：1、功能單一，單純具有除菌、抑菌功能，或者僅單獨具有催化除甲醛功能；2、孔隙率低，體積密度小，導致對空氣的過濾能力不強，不能有效的實現對較小的顆粒（如pm2.5）完全過濾；3、無法產生負離子或負離子濃度過低。因此，開發一種多功能微孔陶瓷催化劑很有必要。
技術實現要素：
本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種多功能微孔陶瓷催化劑，該微孔陶瓷催化劑具有除甲醛、除菌、抑菌，產生負離子多種功能。
本發明採用的技術方案是：所述多功能微孔陶瓷催化劑包括以下重量份數的原料：粒徑40～150um的硅藻土8～10份、粒徑50～200um的莫來石粉14～18份、粒徑30～100um的矽灰石粉10～15份、粒徑100～180um的麥飯石粉9～15份、粒徑10～50um的硼化物8～20份、二氧化鈦納米管3～6份、粒徑20～60um的氮化鋁3～5份、粒徑80～250um的竹炭粉7～13份、水溶性殼聚糖2～4份、碳酸氫鈉2～3份和適量水；
所述多功能微孔陶瓷催化劑由以下步驟製備得到：（1）將上述硅藻土、莫來石粉、矽灰石粉、麥飯石粉、硼化物、氮化鋁、竹炭粉和碳酸氫鈉按照重量配比放入球磨機中，混合球磨2～4h，按照固液比為1︰0.5～0.7向其中加水，繼續球磨3～5h，得到原始漿料；
（2）取二氧化鈦納米管超聲分散於水中，配製成2～6wt%的二氧化鈦納米管水分散液，然後在劇烈攪拌條件下緩慢加入水溶性殼聚糖，攪拌均勻，得到分散液；
（3）攪拌條件下將上述原始漿料和分散液混合均勻，真空去泡2～3h，將去泡後的漿料注入模具中，蒸發水分，自動晾乾脫模，陳化3～5h，得到生坯；
（4）於真空條件下對生坯進行燒結，先升溫至270～330℃下焙燒7～9h，然後升溫至550～580℃焙燒3～4h；後通入氧氣，升溫至800～820℃焙燒2～3h；
（5）焙燒完成後得到成型的微孔陶瓷催化劑，冷卻，放入清水中超聲處理0.5～1.5h。
優選的，上述多功能微孔陶瓷催化劑，包括以下重量份數的原料：粒徑80um的硅藻土9份、粒徑60um的莫來石粉16份、粒徑50um的矽灰石粉12份、粒徑120um的麥飯石粉11份、粒徑20um的硼化物15份、二氧化鈦納米管5份、粒徑20um的氮化鋁4份、粒徑150um的竹炭粉10份、水溶性殼聚糖3份、碳酸氫鈉3份和適量水。
其中，上述多功能微孔陶瓷催化劑中，所述二氧化鈦納米管的內徑控制在50～150nm，納米管長度控制在300～500nm。
其中，上述多功能微孔陶瓷催化劑，所述步驟（2）中超聲分散的時間為0.5～1.0h。
其中，上述多功能微孔陶瓷催化劑，所述步驟（2）中劇烈攪拌的轉速為1000～1200rpm，攪拌時間0.6～1.0h。
其中，上述多功能微孔陶瓷催化劑，所述步驟（3）中攪拌的轉速為500～600rpm，攪拌時間0.8～1.5h。
其中，上述多功能微孔陶瓷催化劑，所述步驟（3）中焙燒時的升溫速率為5℃/s。
其中，上述多功能微孔陶瓷催化劑中，所述硼化物為二硼化鋯、二硼化鈦或者六硼化鑭。
本發明所要解決的第二個技術問題是提供上述多功能微孔陶瓷催化劑在空氣淨化方面的應用。
於現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明配方中添加二氧化鈦納米管，其獨特的催化性能和陣列結構，顯著提升了本發明對空氣中甲醛的淨化效率；本發明配方中添加水溶性殼聚糖，起到良好的抑菌、殺菌作用。本產品平均孔徑0.3～10um，孔隙率高達到60～68%，配方科學合理，各成分相互作用，使得產品具有淨化空氣、除菌、抑菌、產生負離子多種功能，可用作空氣淨化器等環保領域。
具體實施方式
本發明提供的多功能微孔陶瓷催化劑包括以下重量份數的原料：粒徑40～150um的硅藻土8～10份、粒徑50～200um的莫來石粉14～18份、粒徑30～100um的矽灰石粉10～15份、粒徑100～180um的麥飯石粉9～15份、粒徑10～50um的硼化物8～20份、二氧化鈦納米管3～6份、粒徑20～60um的氮化鋁3～5份、粒徑80～250um的竹炭粉7～13份、水溶性殼聚糖2～4份、碳酸氫鈉2～3份和適量水；
所述多功能微孔陶瓷催化劑由以下步驟製備得到：（1）將上述硅藻土、莫來石粉、矽灰石粉、麥飯石粉、硼化物、氮化鋁、竹炭粉和碳酸氫鈉按照重量配比放入球磨機中，混合球磨2～4h，按照固液比為1︰0.5～0.7向其中加水，繼續球磨3～5h，得到原始漿料；
（2）取二氧化鈦納米管超聲分散於水中，配製成2～6wt%的二氧化鈦納米管水分散液，然後在劇烈攪拌條件下緩慢加入水溶性殼聚糖，攪拌均勻，得到分散液；
（3）攪拌條件下將上述原始漿料和分散液混合均勻，真空去泡2～3h，將去泡後的漿料注入模具中，蒸發水分，自動晾乾脫模，陳化3～5h，得到生坯；
（4）於真空條件下對生坯進行燒結，以5℃/s的升溫速率，先升溫至270～330℃下焙燒7～9h，然後升溫至550～580℃焙燒3～4h；後通入氧氣，升溫至800～820℃焙燒2～3h；
（5）焙燒完成後得到成型的微孔陶瓷催化劑，冷卻，放入清水中超聲處理0.5～1.5h。
優選的，上述多功能微孔陶瓷催化劑，包括以下重量份數的原料：粒徑80um的硅藻土9份、粒徑60um的莫來石粉16份、粒徑50um的矽灰石粉12份、粒徑120um的麥飯石粉11份、粒徑20um的硼化物15份、二氧化鈦納米管5份、粒徑20um的氮化鋁4份、粒徑150um的竹炭粉10份、水溶性殼聚糖3份、碳酸氫鈉3份和適量水。
其中，上述多功能微孔陶瓷催化劑中，所述二氧化鈦納米管的內徑控制在50～150nm，納米管長度控制在300～500nm。
其中，上述多功能微孔陶瓷催化劑，所述步驟（2）中超聲分散的時間為0.5～1.0h；劇烈攪拌的轉速為1000～1200rpm，攪拌時間0.6～1.0h。
其中，上述多功能微孔陶瓷催化劑，所述步驟（3）中攪拌的轉速為500～600rpm，攪拌時間0.8～1.5h。
其中，上述多功能微孔陶瓷催化劑中，所述硼化物為二硼化鋯、二硼化鈦或者六硼化鑭。
進一步的，本發明還提供了上述多功能微孔陶瓷催化劑在空氣淨化方面的應用。
上述多功能微孔陶瓷催化劑的配方中，硅藻土和竹炭粉孔隙發達，吸附性能好；二氧化鈦納米管，其獨特的光催化性能和陣列結構，一方面顯著提升了本產品對空氣中甲醛的淨化效率，另一方面提升了產品的機械性能；水溶性殼聚糖，起到良好的抑菌、殺菌作用；氮化鋁的添加，能夠大幅降低產品的燒結溫度，有利於節約能源；碳酸氫鈉起到造孔劑的作用。本產品平均孔徑0.3～10um，孔隙率達到55～68%，配方科學合理，各成分相互作用，使得產品具有淨化空氣（甲醛去除氯達90%以上）、除菌（白色葡萄球菌的去除率高達99.97%）、抑菌、產生負離子多種功能，可用作空氣淨化器等環保領域。
以下結合具體的實施例對本發明作進一步的解釋和說明，但並不因此限制本發明的保護範圍。
實施例1
多功能微孔陶瓷催化劑，包括以下重量份數（公斤）的原料：粒徑80um的硅藻土9份、粒徑60um的莫來石粉16份、粒徑50um的矽灰石粉12份、粒徑120um的麥飯石粉11份、粒徑20um的二硼化鋯15份、二氧化鈦納米管（內徑60nm，長度500nm）5份、粒徑20um的氮化鋁4份、粒徑150um的竹炭粉10份、水溶性殼聚糖3份、碳酸氫鈉3份和適量水。
多功能微孔陶瓷催化劑由以下步驟製備得到：（1）將上述硅藻土、莫來石粉、矽灰石粉、麥飯石粉、二硼化鋯、氮化鋁、竹炭粉和碳酸氫鈉按照重量配比放入球磨機中，混合球磨3h，按照固液比為1︰0.6向其中加水，繼續球磨5h，得到原始漿料；
（2）取二氧化鈦納米管超聲分散於水中，超聲分散的時間為0.8h，配製成3.5wt%的二氧化鈦納米管水分散液，然後在1200rpm劇烈攪拌條件下緩慢加入水溶性殼聚糖，控制水溶性殼聚糖的加入速度，20min加完，然後繼續攪拌0.8h混合均勻，得到分散液；
（3）於600rpm攪拌條件下將上述原始漿料和分散液混合，攪拌1.2h，真空去泡3h，將去泡後的漿料注入模具中，蒸發水分，自動晾乾脫模，陳化4h，得到生坯；
（4）於真空條件下對生坯進行燒結，以5℃/s的升溫速率，先升溫至300℃下焙燒7h，然後升溫至560℃焙燒3.5h；後通入氧氣，升溫至820℃焙燒2.5h；
（5）焙燒完成後得到成型的微孔陶瓷催化劑，冷卻，放入清水中超聲處理1.0h。
實施例2
多功能微孔陶瓷催化劑，包括以下重量份數（公斤）的原料：粒徑120um的硅藻土10份、粒徑100um的莫來石粉14份、粒徑80um的矽灰石粉14份、粒徑150um的麥飯石粉11份、粒徑30um的二硼化鈦13份、二氧化鈦納米管（內徑50nm，長度460nm）6份、粒徑35um的氮化鋁5份、粒徑130um的竹炭粉9份、水溶性殼聚糖2份、碳酸氫鈉3份和適量水。
多功能微孔陶瓷催化劑由以下步驟製備得到：（1）將上述硅藻土、莫來石粉、矽灰石粉、麥飯石粉、二硼化鈦、氮化鋁、竹炭粉和碳酸氫鈉按照重量配比放入球磨機中，混合球磨4h，按照固液比為1︰0.55向其中加水，繼續球磨5h，得到原始漿料；
（2）取二氧化鈦納米管超聲分散於水中，超聲分散的時間為1.0h，配製成4.0wt%的二氧化鈦納米管水分散液，然後在1200rpm劇烈攪拌條件下緩慢加入水溶性殼聚糖，控制水溶性殼聚糖的加入速度，25min加完，然後繼續攪拌0.6h混合均勻，得到分散液；
（3）於560rpm攪拌條件下將上述原始漿料和分散液混合，攪拌1.5h，真空去泡2.6h，將去泡後的漿料注入模具中，蒸發水分，自動晾乾脫模，陳化4h，得到生坯；
（4）於真空條件下對生坯進行燒結，以5℃/s的升溫速率，先升溫至305℃下焙燒8h，然後升溫至560℃焙燒3.5h；後通入氧氣，升溫至820℃焙燒2.0h；
（5）焙燒完成後得到成型的微孔陶瓷催化劑，冷卻，放入清水中超聲處理1.0h。
將上述實施例1和實施例2的產品應用於空氣淨化器中，由廣州工業微生物檢測中心對實施例1和實施例2產品在空氣淨化方面進行檢測（檢測編號kj20170033），檢測結果：（1）甲醛去除率平均為90%；（2）白色葡萄球菌的平均去除率為99.96%；（3）距產品5cm處負離子濃度為1.85×107。
以上所述為本發明的優選實施例，應當指出，對於本領域的技術人員來說，在不脫離本發明結構的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些也應當視為本發明的保護範圍，這些都不會影響本發明實施的效果和本專利的實用性。