一種保健型空氣淨化複合催化劑材料及其製備方法與流程
2023-06-25 04:51:11 1
本發明涉及一種空氣淨化材料及其製備方法，尤其涉及一種不但具有空氣淨化功能，而且具備保健型空氣淨化複合催化劑材料及其製備方法。
背景技術：
：人類工業的發展也給大氣帶來了大量有害的汙染物，加上近年逐漸風行的室內裝修中使用的大量粘合劑等有害材料持續揮發出的有害氣體，這些有害物質都進入到了大氣中，特別是室內空氣中，對人體的健康構成了巨大的威脅。目前，為了應對淨化空氣的需求，市場上出現了大量的空氣淨化產品。絕大部分產品可以有效去除顆粒汙染物；少量產品可以吸附淨化有害氣體汙染物，通過更換濾材到達長效淨化的效果；極少有可以安全長效且全面淨化空氣的空氣淨化器產品，而且所有的空氣淨化器產品僅解決了部分空氣汙染問題，並沒有關注涉及到人體的其他問題。由於空氣淨化器產品是24小時使用的產品，而且是近距離的和人體接觸，若在其中增加一些保健功能，則在長期的使用過程中人體可以收到良好的保健效果。目前的資料顯示，還沒有出現一種即可以安全長效的全面淨化空氣，又含有對人體擁有保健功能的空氣淨化材料。在多種空氣淨化材料當中，過渡金屬有氧化物材料由於價格低廉且具有優良的催化性能，特別是二氧化錳的化學性質活潑，催化效果好，受到了人們的青睞，在空氣淨化領域得到了一些應用。然而，由於錳原子內部的電子分布上存在一些缺陷，採用一些其他金屬比如鐵或銅進行複合的之後可以有效的改善其內部的缺陷問題，對其催化反應起到協同作用，可以有效提高其催化活性。電氣石是一種結構特殊的極性結晶體，含有多元素的天然礦物，主要成分有鎂、鋁、鐵、硼等十多種對人體有利的微量元素，它具有獨特的壓電效應和熱電效應。電氣石能夠永久的產生微電流，這種電流和人體神經的電流類似，這樣就可以起到促使血液循環、順暢的作用。另外電氣石還能釋放負離子和遠紅外線，這些負離子具有能夠調節人體離子平衡並活化細胞，能夠使人身心放鬆、並提高自愈率以及抑制身體的氧化和除異味的功效。特別地，由於粉末表面性能更好、活性更高，使得電氣石粉末具有較高的負離子產生量和遠紅外發射率，長期接觸下對人體有保健作用。對於不同表面性能的電氣石，其自身所含有的能量不一樣、所能釋放出負離子和遠紅外的能力存在著差異。大量研究發現，電氣石粉末材料越細、比表面積越大，其所含有的能量同比增加，負離子產生量越多、遠紅外發射率越高。故將電氣石顆粒粒度越細、表面活性越高，其能量越高，保健性能越能得到充分的發揮。傳統的電氣石生產工藝主要包括礦物提純和粉碎、磨碎等加工工藝，根據粉碎工藝和強度的區別得到不同粒度級別的電氣石粉末。由於天然電氣石具有硬度高、耐磨的特點，給粉料特別是高比表面積的粉料加工增加了難度和成本，且導致產物的粒度分布寬泛，不集中。CN1557558A中公開了一種納米級超細電氣石微粉的製備方法，其中採用了原礦粗碎、氣流粉碎、粉碎後處理、溼法球磨、噴霧乾燥、分體解團聚、包裝存放。其主要工藝參數為：經初步粉碎的電氣石粉置於自然空氣中，在300-800℃下煅燒，煅燒時間為2-4h，得到不同顏色的電氣石粉體；再進行36-72h的球磨。可以明顯降低電氣石粉體的團聚，提高粉碎效率，粉體粒徑明顯減小到15-60nm，負離子發生能力明顯提高，具有使用安全、應用範圍廣的優點。該製備工藝中依靠粗碎、氣流粉碎和溼法球磨進行加工處理，以達到減小顆粒粒徑，提高負離子發生能力的目的。其中使用了大量的粉碎設備，工藝複雜、能耗高。難以實現廣泛的推廣應用。CN101450845A中公開了一種高負離子電氣石粉的製備方法，其中採取60-80％的電氣石、5-10％的氧化鈰、2-5％的氧化釔、5-10％的氧化釹和5-15％的氧化鈦混合製備，該工藝具有製備工藝簡單、成本低的特點。然而僅用了簡單的混合法，難以達到均相製備的效果，局限了材料的使用性能。技術實現要素：針對上述所涉及的問題，本發明的目的是提供一種保健型空氣淨化複合催化劑材料的製備方法，這種方法中通過簡單的製備工藝可以將保健型高活性電氣石顆粒包覆到催化劑顆粒度的內部。該材料為以過渡金屬氧化物二氧化錳、氧化銅和氧化鐵為殼包覆高活性電氣石核的核殼結構複合催化劑材料。將電氣石粉採用高溫煅燒結合低溫水淬處理得到具有高比表面積的納米級電氣石粉末。應用上述普通的沉澱法工藝，將電氣石粉末加入其中充當品種，再結合高溫煅燒工藝得到最終產品。在通過制粒成型工藝得到空氣淨化材料顆粒，可以應用於空氣淨化器產品濾網中。這種方法得到的空氣淨化材料中起到淨化作用的材料位置外殼上，能產生負離子及遠紅外起到保健作用的高能電氣石顆粒位於其內核，可以起到持續的保健作用。高溫水淬處理的原理是，高溫水淬工藝下特殊的極冷工藝使得其顆粒內部產生大量裂紋，增加其比表面積，提高其表面活性，得到高能電氣石粉末材料。為了實現上述目的，本發明是採用如下技術方案實現的一種保健型空氣淨化複合催化劑材料，首先對電氣石粉末材料進行高溫前處理，得到高能電氣石粉末；利用上述高能電氣石粉末作為品種，結合混合催化劑材料製備的沉澱反應製備出催化劑材料前軀體；再結合高溫煅燒工藝製備出保健型空氣淨化複合催化劑材料。該保健型空氣淨化複合催化劑材料具有核殼結構，其以高能電氣石為核，二氧化錳、氧化銅和氧化鐵為殼包覆電氣石核。該保健型空氣淨化複合催化劑材料的製備工藝主要包括電氣石粉末的前處理、製備複合氧化物催化劑的沉澱反應和高溫煅燒工藝。具體如下：本發明所述的保健型空氣淨化複合催化劑材料通過如下方法製備：將電氣石粉末進行高溫處理，高溫處理後不降溫將其迅速倒入冷水中水淬，急冷，經過冷卻過濾得到高能電氣石粉末；在水中分散高能電氣石粉末形成懸濁液，然後依次加入MnII鹽、FeIII鹽和CuII鹽，再用鹼調節pH至鹼性並攪拌進行沉澱反應，再經過清洗、過濾得到前軀體濾渣；將上述前軀體濾渣進行高溫煅燒，冷卻後得到二氧化錳、氧化銅和氧化鐵為殼包覆高能電氣石核的具有核殼結構的空氣淨化複合催化劑材料。作為優選，所述的電氣石粉末粒度範圍為1000-5000目；作為優選，所述的電氣石粉末的高溫處理溫度為600-1200℃；作為優選，所述的電氣石粉末的高溫處理時間為0.5-20h；作為優選，所述的電氣石粉末水淬的冷水溫度為-20-50℃；作為優選，所述的電氣石粉末的水淬固液質量比為1∶(10-100)；作為優選，所述的MnII鹽可以選用硫酸錳、硝酸錳、碳酸錳、氯化錳中的任意一種或多種；作為優選，所述的FeIII鹽可以選用硫酸鐵、硝酸鐵、氯化鐵的任意一種或多種；作為優選，所述的CuII鹽可以選用硫酸銅、硝酸銅、氯化銅中的任意一種或多種；作為優選，所述的MnII、CuII鹽和FeIII的投料摩爾比為1∶(0.05-0.3)∶(0.05-0.2)；作為優選，所述的高能效電氣石粉末佔二氧化錳、氧化銅和氧化鐵的總質量比為1-10％：作為優選，所述的沉澱反應中電氣石粉末、MnII鹽、FeIII鹽和CuII鹽的總量和水的質量比範圍為1∶(5-50)；作為優選，所述的鹼可以選用氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氨水中的任意一種或多種；作為優選，所述的沉澱反應中混合反應液的pH調節至7.8-11範圍內；作為優選，所述的沉澱反應中反應溫度範圍為0-95℃；作為優選，所述的沉澱反應時間為1-30h；作為優選，所述的高溫煅燒溫度為300-400℃；作為優選，所述的高溫煅燒時間為1-10h；與現有技術相比，本發明具有以下優點：1、添加對人體有益的成分——電氣石，在淨化空氣的同時對使用者起到保健的作用；2、採用簡單的工藝對電氣石粉末進行前處理，得到了具有高能的電氣石原料，顯著提高了其保健效果；3、採用液相原位反應，在電氣石核上直接生成包覆二氧化錳、氧化銅和氧化鐵，各種成分充分複合，結合力強，同時具有協同作用；4、製備過程簡單，成本低。附圖說明圖1為該保健型空氣淨化複合催化劑材料製備工藝流程圖。具體實施方式實施例1將2.4g電氣石粉末在1200℃下煅燒2h，在降溫前將其迅速倒入至120g水溫為10℃的水中，待冷卻後過濾得到高能電氣石粉待用。將上述高溫水淬處理後得到的高能電氣石粉配製成2386.3g含有0.1wt％電氣石的水懸浮液，向其中依次加入33.8g一水硫酸錳、8.08g九水硝酸鐵和6.82g二水氯化銅，再加入氫氧化鈉調節反應液的pH至9.0，加熱至50℃下攪拌反應10h後再清洗過濾得到前軀體濾渣；將上述濾渣放入到350℃的高溫爐中煅燒4h後，冷卻得到空氣淨化複合催化劑材料。甲醛淨化效率檢測：取1.00g上述製備的空氣淨化複合催化劑材料置於直徑為6mm的玻璃管內的砂芯上進行催化性能測試。氣泵分別與甲醛發生器和玻璃管底部相連接，而頂部與氣相色譜儀相連。當甲醛發生器內產生甲醛含量為1000ppm的空氣後經過氣泵運送至玻璃管內與複合催化劑材料進行反應，空氣添加量為500mL/min，最後再通過玻璃管到達氣相色譜儀中，再由氣相色譜儀測出尾氣中殘留甲醛的含量。用以檢測空氣淨化複合催化劑材料對甲醛的催化分解性能。臭氧淨化效率檢測：將上述複合催化劑材料性能測試樣品玻璃管的底部和氣泵(連接著臭氧發生器的出氣口)相連，頂部與紫外分光光度計在線檢測儀相連。當臭氧發生器內產生臭氧含量為100ppm的空氣後由其出氣口排出，含臭氧的空氣添加量為800mL/min，再經氣泵運送至玻璃管內與複合催化材料進行反應，最後再從玻璃管頂部溢出至與之相連接的紫外分光光度計中，由檢測儀測出尾氣中臭氧的含量。用以檢測空氣淨化複合催化劑材料對臭氧的催化分解性能。TVOC淨化效率檢測：利用苯/甲苯/二甲苯發生器產生所需濃度的苯/甲苯/二甲苯氣體，利用氣泵將產生的含有苯/甲苯/二甲苯的空氣運輸至上述複合催化劑材料性能測試樣品玻璃管內進行測試，再將玻璃管的頂部與氣相色譜儀相連接，用於檢測玻璃管內所溢出尾氣中苯/甲苯/二甲苯的濃度。當泵將苯/甲苯/二甲苯含量為1000ppm的空氣運送至玻璃管底部逐步與複合材料進行催化氧化反應，其反應後的尾氣從玻璃管頂部達到氣相色譜儀內，其中殘留的苯/甲苯/二甲苯濃度也會被檢測出來。用以檢測空氣淨化複合催化劑材料對苯/甲苯/二甲苯的催化分解性能。負離子釋放量檢測：將150g上述前處理之後的電氣石樣品均勻塗布平面上，放置在60L密封玻璃倉內，24小時候使用直讀負離子測定儀測定箱中負離子濃度。經過上述檢測，本實施例中所製備的保健型空氣淨化複合催化劑材料對甲醛、苯、甲苯、二甲苯和臭氧等有害物質的一次淨化率及負離子釋放量如下表所示：項目甲醛苯甲苯二甲苯臭氧負離子釋放量1h淨化效率93％81％84％82％98％1800IONS實施例2將2.4g電氣石粉末在600℃下煅燒20h，在降溫前將其迅速倒入至240g水溫為-20℃的水中，待冷卻後過濾得到高能電氣石粉待用。將上述高溫水淬處理後得到的高能電氣石粉配製成2386.3g含有0.1wt％電氣石的水懸浮液，向其中依次加入39.6g四水氯化錳、5.26g七水硫酸鐵和5.0g五水硫酸銅，再加入氫氧化鉀調節反應液的pH至7.8，在室溫下攪拌反應20h後再清洗過濾得到前軀體濾渣；將上述濾渣放入到300℃的高溫爐中煅燒10h後，冷卻得到空氣淨化複合催化劑材料。測試方法和測試條件同實施例1。經過檢測實驗發現，本實施例中所製備的保健型空氣淨化複合催化劑材料對甲醛、苯、甲苯、二甲苯和臭氧等有害物質的一次淨化率及負離子釋放量如下表所示：項目甲醛苯甲苯二甲苯臭氧負離子釋放量1h淨化效率94％83％85％87％99％1900IONS實施例3將1g電氣石粉末在900℃下煅燒5h，在降溫前將其迅速倒入至80g水溫為0℃的水中，待冷卻後過濾得到高能電氣石粉待用。將上述高溫水淬處理後得到的高能電氣石粉配製成190g含有0.05wt％電氣石的水懸浮液，向其中依次加入35.88g六水硝酸錳、10.13g六水氯化鐵和1.51g三水硝酸銅，再加入氨水調節反應液的pH至10.0，在0℃下攪拌反應30h後再清洗過濾得到前軀體濾渣；將上述濾渣放入到400℃的高溫爐中煅燒1h後，冷卻得到空氣淨化複合催化劑材料。測試方法和測試條件同實施例1。經過檢測實驗發現，本實施例中所製備的保健型空氣淨化複合催化劑材料對甲醛、苯、甲苯、二甲苯和臭氧等有害物質的一次淨化率及負離子釋放量如下表所示：項目甲醛苯甲苯二甲苯臭氧負離子釋放量1h淨化效率95％88％82％81％99％2000IONS實施例4將2.2g電氣石粉末在800℃下煅燒6h，在降溫前將其迅速倒入至180g水溫為50℃的水中，待冷卻後過濾得到高能電氣石粉待用。將上述高溫水淬處理後得到的高能電氣石粉配製成1441.6g含有0.15wt％電氣石的水懸浮液，向其中依次加入33.8g一水硫酸錳、8.1g六水氯化鐵和0.5g五水硫酸銅，再加入氫氧化鈣調節反應液的pH至8.5，加熱至95℃下攪拌反應1h後再清洗過濾得到前軀體濾渣；將上述濾渣放入到375℃的高溫爐中煅燒2h後，冷卻得到空氣淨化複合催化劑材料。測試方法和測試條件同實施例1。經過檢測實驗發現，本實施例中所製備的保健型空氣淨化複合催化劑材料對甲醛、苯、甲苯、二甲苯和臭氧等有害物質的一次淨化率及負離子釋放量如下表所示：項目甲醛苯甲苯二甲苯臭氧負離子釋放量1h淨化效率98％85％85％82％99％2200IONS實施例5將0.6g電氣石粉末在1000℃下煅燒4h，在降溫前將其迅速倒入至12g水溫為10℃的水中，待冷卻後過濾得到高能電氣石粉待用。將上述高溫水淬處理後得到的高能電氣石粉配製成702.8g含有0.08wt％電氣石的水懸浮液，向其中依次加入39.6g四水氯化錳、6.5g九水硝酸鐵和4.1g二水氯化銅，再加入氫氧化鈉調節反應液的pH至11.0，加熱至70℃下攪拌反應5h後再清洗過濾得到前軀體濾渣；將上述濾渣放入到320℃的高溫爐中煅燒6h後，冷卻得到空氣淨化複合催化劑材料。測試方法和測試條件同實施例1。經過檢測實驗發現，本實施例中所製備的保健型空氣淨化複合催化劑材料對甲醛、苯、甲苯、二甲苯和臭氧等有害物質的一次淨化率：及負離子釋放量如下表所示：項目甲醛苯甲苯二甲苯臭氧負離子釋放量1h淨化效率96％85％82％89％99％1700IONS對比例1在702.8g水中依次加入39.6g四水氯化錳、6.5g九水硝酸鐵和4.1g二水氯化銅，再加入氫氧化鈉調節反應液的pH至11.0，加熱至70℃下攪拌反應5h後再清洗過濾得到前軀體濾渣；將上述濾渣放入到320℃的高溫爐中煅燒6h後，冷卻得到空氣淨化複合催化劑材料。測試方法和測試條件同實施例1。經過檢測實驗發現，本對比例中所製備的空氣淨化複合催化劑材料對甲醛、苯、甲苯、二甲苯和臭氧等有害物質的一次淨化率及負離子釋放量如下表所示：對比例2將2.4g電氣石粉末加入至120g水溫為10℃的水中，過濾後待用。將上述電氣石粉配製成2386.3g含有0.1wt％電氣石的水懸浮液，向其中依次加入33.8g一水硫酸錳、8.08g九水硝酸鐵和6.82g二水氯化銅，再加入氫氧化鈉調節反應液的pH至9.0，加熱至50℃下攪拌反應10h後再清洗過濾得到前軀體濾渣；將上述濾渣放入到350℃的高溫爐中煅燒4h後，冷卻得到空氣淨化複合催化劑材料。測試方法和測試條件同實施例1。經過檢測實驗發現，本對比例中所製備的空氣淨化複合催化劑材料對甲醛、苯、甲苯、二甲苯和臭氧等有害物質的一次淨化率及負離子釋放量如下表所示：項目甲醛苯甲苯二甲苯臭氧負離子釋放量1h淨化效率68％60％58％62％64％300IONS由此可見，實施例1-5採用液相原位反應，在電氣石核上直接生成包覆二氧化錳、氧化銅和氧化鐵，產生了協同作用，大大提高了空氣淨化複合催化劑材料的催化能力。以上內容僅為本發明的較佳實施例，對於本領域的普通技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。當前第1頁1 2 3