共摻雜納米二氧化鈦溶膠及改性HEPA濾網的製作方法
2024-03-26 16:13:05
本發明屬於空氣淨化技術領域，具體涉及共摻雜納米二氧化鈦溶膠及改性HEPA濾網。
背景技術：
室內汙染物如甲醛、苯、氨、氡、TVOC等的濃度雖然不高，但當人體長時間處於這種環境下，會嚴重危害人體健康。目前淨化此類揮發性汙染物的方法常用的有兩種：一種是吸附法，即利用有吸附能力的多孔物質（如活性炭、HEPA濾網等）將汙染物從氣相中轉移至吸附劑上，但該方法不能將汙染物降解，且吸附劑吸附飽和後必須進行再處理才能繼續使用；另一種是光催化淨化法，它是利用光催化劑在紫外線或可見光照射下生成的空穴，具有氧化分解能力，在室溫下可將有機汙染物分解為CO2和H2O等無機物，反應條件溫和。
納米二氧化鈦製備技術是 20 世紀 70 年代發展起來的一項高新技術，1972年Fujishima和Honda發現在n型TiO2半導體電極上，水發生了光電催化分解現象，自此人們不斷的發現納米二氧化鈦所具備的一系列特性和優點：在一定能量的光照條件下，可將環境中許多有毒有機汙染物氧化分解為 CO2、H2O 或簡單的無機物，同時還具有自潔淨、殺菌、防霧、除臭等功能，是一種環境友好材料。近來納米技術的發展給光催化材料研究帶來了新的機遇，使得納米二氧化鈦在廢水廢氣處理、降解有機汙染物、空氣淨化、防霧及自清潔功能等方面的應用越來越受到人們的重視。然而，由於TiO2是寬禁帶半導體，只能響應短波長的紫外線部分，而對於太陽光譜中佔絕大多數的可見光部分則未能有效利用。
本發明旨在將吸附法與光催化淨化法相結合，研發一種共摻雜納米二氧化鈦溶膠，以及由該溶膠改性的HEPA濾網，使得溶膠和濾網實現可見光吸收致光催化和無光源抗菌的功效。
技術實現要素：
本發明所要解決的第一個技術問題是提供共摻雜納米二氧化鈦溶膠，所述溶膠按照下述步驟製備得到：
（1）、在攪拌條件下，將鈦酸丁酯滴加入無水乙醇中，滴加完成後，再滴加濃鹽酸，繼續攪拌40～50min後，得到混合溶液；所述鈦酸丁酯、無水乙醇和濃鹽酸的體積比為5︰12～15︰0.95～1.05；
（2）、將上述混合溶液滴加入去離子水中並不斷攪拌，待滴加完成後，繼續攪拌1.0～1.5h，然後超聲15～20min，得到淺黃色澄清溶膠；所述混合溶液中鈦酸丁酯與去離子水的體積比為1︰5～6.5；
（3）、向上述溶膠中依次加入聚乙二醇、六亞甲基四胺和硝酸銀，攪拌1.0～1.2h，得到納米溶膠；所述六亞甲基四胺中的氮與鈦酸丁酯中鈦的摩爾比為1.0～2.5︰100，所述硝酸銀中的銀與鈦酸丁酯中鈦的摩爾比為0.2～0.6︰100，所述聚乙二醇與溶膠的質量比為4～6︰100。
其中，上述共摻雜納米二氧化鈦溶膠中，步驟（1）～（3），所述攪拌的轉速為500～800rpm。
其中，上述共摻雜納米二氧化鈦溶膠中，步驟（1）和（2）中，所述滴加的速度為1～3滴/s。
其中，上述共摻雜納米二氧化鈦溶膠中，步驟（1）中所述濃鹽酸中HCl的質量分數為37～40%。
本發明所要解決的第二個技術問題是提供改性HEPA濾網，該濾網由下述方法製備得到：將上述共摻雜納米二氧化鈦溶膠均勻地塗覆於HEPA濾網表面，塗覆厚度為100～130um，於75～90℃烘乾即可。
本發明的有益效果是：1、本發明共摻雜納米二氧化鈦溶膠中引入了摻雜氮元素、銀離子和造孔劑，TiO2溶膠粒子粒徑為40～160nm，該溶膠具有實現紫外光紅移、可見光吸收致光催化和無光源抗菌等功能；該溶膠無毒無害、對人體安全可靠，處理的最終產物為二氧化碳、水和其他無害物質，不會產生二次汙染； 2、由共摻雜納米二氧化鈦溶膠改性的HEPA濾網，集吸附作用、共摻雜納米二氧化鈦的光催化效應和殺菌作用於一身，將其應用在空氣淨化領域，不僅僅具有單一的吸附作用，還可以有效地降解甲醛、苯、氨、氡、TVOC等汙染物，並能有效殺滅病原微生物；並且，在處理汙染過程中，產品本身不會發生變化和損耗，在光的照射下可以持續不斷的淨化汙染物，具有時間持久、持續作用的優點；利用取之不盡的太陽能和燈光就能將環境汙染物在低濃度狀態下清除淨化。
具體實施方式
本發明提供了共摻雜納米二氧化鈦溶膠，所述溶膠按照下述步驟製備得到：
（1）、在攪拌條件下，將鈦酸丁酯滴加入無水乙醇中，滴加完成後，再滴加濃鹽酸，繼續攪拌40～50min後，得到混合溶液；所述鈦酸丁酯、無水乙醇和濃鹽酸的體積比為5︰12～15︰0.95～1.05；
（2）、將上述混合溶液滴加入去離子水中並不斷攪拌，待滴加完成後，繼續攪拌1.0～1.5h，然後超聲15～20min，得到淺黃色澄清溶膠；所述混合溶液中鈦酸丁酯與去離子水的體積比為1︰5～6.5；
（3）、向上述溶膠中依次加入聚乙二醇、六亞甲基四胺和硝酸銀，攪拌1.0～1.2h，得到納米溶膠；所述六亞甲基四胺中的氮與鈦酸丁酯中鈦的摩爾比為1.0～2.5︰100，所述硝酸銀中的銀與鈦酸丁酯中鈦的摩爾比為0.2～0.6︰100，所述聚乙二醇與溶膠的質量比為4～6︰100。
其中，上述共摻雜納米二氧化鈦溶膠中，步驟（1）～（3），所述攪拌的轉速為500～800rpm。
其中，上述共摻雜納米二氧化鈦溶膠中，步驟（1）和（2）中，所述滴加的速度為1～3滴/s。
其中，上述共摻雜納米二氧化鈦溶膠中，步驟（1）中所述濃鹽酸中HCl的質量分數為37～40%。
其中，上述共摻雜納米二氧化鈦溶膠，納米二氧化鈦粒徑為40～160nm，該溶膠引入了摻雜氮元素、銀離子和造孔劑（聚乙二醇），造孔劑和摻雜成份均勻地分布在納米二氧化鈦的網格中，使得該溶膠具有實現紫外光紅移、可見光吸收致光催化和無光源抗菌等功能。該溶膠可單獨使用，如可作為噴劑噴塗或者直接刷塗在家具、牆面、車具等的表面，也能起到很好的降解甲醛、苯、氨、氡、TVOC等汙染物、殺滅病原微生物的作用。
進一步的，本發明還提供了改性HEPA濾網，該濾網由下述方法製備得到：將上述共摻雜納米二氧化鈦溶膠均勻地塗覆於HEPA濾網表面，塗覆厚度為100～130um，於75～90℃烘乾即可。
以下結合具體實施例對本發明作進一步解釋和說明，但並不因此限定本發明的保護範圍。
實施例1
改性HEPA濾網由下述方法製備得到：
將共摻雜納米二氧化鈦溶膠均勻地塗覆於HEPA濾網表面，塗覆厚度為100um，於80℃烘乾即可。其中，共摻雜納米二氧化鈦溶膠按照下述步驟製得：
（1）、在攪拌（轉速為500rpm）條件下，將鈦酸丁酯滴加（滴加的速度為1～3滴/s）入無水乙醇中，滴加完成後，再滴加（滴加的速度為1～3滴/s）濃鹽酸（HCl的質量分數為37%），繼續攪拌（轉速為500rpm）40min後，得到混合溶液；所述鈦酸丁酯、無水乙醇和濃鹽酸的體積比為5︰12︰1.05；
（2）、將上述混合溶液滴加（滴加的速度為1～3滴/s）入去離子水中並不斷攪拌（轉速為500rpm），待滴加完成後，繼續攪拌1.0h，然後超聲15min，得到淺黃色澄清溶膠；所述混合溶液中鈦酸丁酯與去離子水的體積比為1︰5；
（3）、向上述溶膠中依次加入聚乙二醇、六亞甲基四胺和硝酸銀，攪拌（轉速為800rpm）1.0h，得到納米溶膠；所述六亞甲基四胺中的氮與鈦酸丁酯中鈦的摩爾比為1.25︰100，所述硝酸銀中的銀與鈦酸丁酯中鈦的摩爾比為0.3︰100，所述聚乙二醇與溶膠的質量比為4︰100。
對上述共摻雜納米二氧化鈦溶膠進行去除有害物質性能測試、殺菌性能測試：
A、去除有害物質性能測試方法依據QB/T2761-2006《室內空氣淨化產品淨化效果測試方法》，測試該共摻雜納米二氧化鈦溶膠分解TVOC、甲醛和氨氣的性能，結果分別為：99.1%、94.8%和91.8%。
B、殺菌性能測試方法依據QB/T2738-2005日化產品抗菌抑菌效果的評價方法標準，測試該共摻雜納米二氧化鈦溶膠的殺菌性能，其對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌以及白色念珠菌的殺菌率均達到99.992%。
對上述改性HEPA濾網進行去除有害物質性能測試、殺菌性能測試：
A、去除有害物質性能測試方法依據QB/T2761-2006《室內空氣淨化產品淨化效果測試方法》，測試改性HEPA濾網分解TVOC、甲醛和氨氣的性能，結果分別為：99.6%、95.8%和92.6%。
B、殺菌性能測試方法依據QB/T2738-2005日化產品抗菌抑菌效果的評價方法標準，測試該改性HEPA濾網的殺菌性能，其對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌以及白色念珠菌的殺菌率均達到99.998%。
實施例2
改性HEPA濾網由下述方法製備得到：
將共摻雜納米二氧化鈦溶膠均勻地塗覆於HEPA濾網表面，塗覆厚度為120um，於90℃烘乾即可。其中，共摻雜納米二氧化鈦溶膠按照下述步驟製得：
（1）、在攪拌（轉速為500rpm）條件下，將鈦酸丁酯滴加（滴加的速度為1～3滴/s）入無水乙醇中，滴加完成後，再滴加（滴加的速度為1～3滴/s）濃鹽酸（HCl的質量分數為40%），繼續攪拌（轉速為500rpm）40min後，得到混合溶液；所述鈦酸丁酯、無水乙醇和濃鹽酸的體積比為5︰15︰0.95；
（2）、將上述混合溶液滴加（滴加的速度為1～3滴/s）入去離子水中並不斷攪拌（轉速為500rpm），待滴加完成後，繼續攪拌1.0h，然後超聲20min，得到淺黃色澄清溶膠；所述混合溶液中鈦酸丁酯與去離子水的體積比為1︰6；
（3）、向上述溶膠中依次加入聚乙二醇、六亞甲基四胺和硝酸銀，攪拌（轉速為800rpm）1.0h，得到納米溶膠；所述六亞甲基四胺中的氮與鈦酸丁酯中鈦的摩爾比為1.25︰100，所述硝酸銀中的銀與鈦酸丁酯中鈦的摩爾比為0.5︰100，所述聚乙二醇與溶膠的質量比為6︰100。
對上述共摻雜納米二氧化鈦溶膠進行去除有害物質性能測試、殺菌性能測試：
A、去除有害物質性能測試方法依據QB/T2761-2006《室內空氣淨化產品淨化效果測試方法》，測試該共摻雜納米二氧化鈦溶膠分解TVOC、甲醛和氨氣的性能，結果分別為：99.8%、93.6%和93.0%。
B、殺菌性能測試方法依據QB/T2738-2005日化產品抗菌抑菌效果的評價方法標準，測試該共摻雜納米二氧化鈦溶膠的殺菌性能，其對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌以及白色念珠菌的殺菌率均達到99.990%。
對上述改性HEPA濾網進行去除有害物質性能測試、殺菌性能測試：
A、去除有害物質性能測試方法依據QB/T2761-2006《室內空氣淨化產品淨化效果測試方法》，測試改性HEPA濾網分解TVOC、甲醛和氨氣的性能，結果分別為：99.6%、94.8%和93.6%。
B、殺菌性能測試方法依據QB/T2738-2005日化產品抗菌抑菌效果的評價方法標準，測試該改性HEPA濾網的殺菌性能，其對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌以及白色念珠菌的殺菌率均達到99.999%。
最後，應當說明的是，以上列舉的僅是本發明的若干具體實施例。顯然，本發明不限於上述實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護範圍。