以二氧化钛光触媒为基材的空气净化材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种空气净化材料，特别熟涉及一种以二氧化钛光触媒为基材的空气净化材料及其制备方法，属于材料科学和环境科学领域。

背景技术：
随着社会的发展、经济的进步、人们对于环境污染越来越关注，特别是空气污染。然而对于大多数人来说，无论工作、学习或生活，他们的大部分时间都是在室内或车内等封闭环境中度过的。尽管环境污染对人体健康的危害早己被人们所认识，但至到二十世纪中期以来人们的注意力才逐渐转移到室内空气汚染对人体健康的危害上。室内空气污染的种类多、污染源广泛，影响因素复杂，对人体健康造成的危害往往比室外更严重。室内空气质量研究己经成为材料科学和环境科学领域内的一个新的关注点。目前用于空气污染的处理方法主要有吸附技术、光催化技术、低温等离子体技术及催化氧化技术。吸附技术是目前应用最广的空气净化技术。吸附技术主要采用活性炭和分子筛等高比表面材料来吸附甲醛、苯和甲苯等VOC成分，但现有的吸附材料吸附能力有限，持续性短，不能二次利用，对环境易产生二次污染。光催化技术主要利用纳米二氧化钛作为光催化剂，通过活性氢氧自由基和超氧自由基的作用，在室温条件下就可以分解甲醛，在紫外光照射下，二氧化钛能将室内种类繁多的有害物质催化氧化，但其存在催化剂失活和需要特定光源的同题，并且反应速率有待提高。低温等离子体技术是通过在常压下空气放电产生的低温等离子体中包含电子、离子、氧活性物种和激发态分子等有极高化学活性的物种，使很多高活化能的化学反应得以发生，从而达到处理室内空气中有机污染物的目的。但是该技术在对空气放电过程中容易产生氮氧化物及臭氧等二次污染物。热催化氧化技术是在较低的温度下利用催化剂将甲醛分解为无害的水和二氧化碳，也是一种较有应用前景的净化甲醛的方法。但所用的催化剂催化氧化甲醛的操作温度通常远高于室温，难以满足室内空气净化所需的常温常压、能耗低的要求。

技术实现要素：
本发明的目在于针对现有技术的不足，提供一种反应条件温和、能耗低、高效、无二次污染且易于加工的空气净化材料及其制备方法。本发明开发出室温、常压下能完全氧化甲醛为为水和二氧化碳的材料，实现催化氧化技术在室内空气甲醛净化方面的实际应用。为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：以二氧化钛光触媒为基材的空气净化材料，其特征在于，以质量百分比计，其原料组成为：纳米二氧化钛30‐40％纳米级硅藻土20‐35％维生素C2‐5％电气石15‐20％茶晶5‐10％粘结剂1‐5％分散剂0.5‐1.5％；所述的分散剂为脂肪族酰胺类和硬脂酸中的至少一种。为进一步实现本发明吗目的，优选地，所述的维生素C为普通食用型维生素C。优选地，所述的电气石为工业一级品电气石。优选地，所述的粘结剂为有机玻璃胶水。一种以二氧化钛光触媒为基材的空气净化材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将各组分按照比例混合均匀；(2)将混合均匀的物料放入有搅拌装置的加热釜中在温度为200‐300℃条件下混合反应；(3)注入成型模具中造粒定型；(4)过筛；(5)将制得颗粒进行干燥。优选地，步骤(2)混合反应的时间为1‐2小时。优选地，所述过筛为过50‐100目的筛。优选地，所述干燥为热风干燥，以质量百分比计，干燥至产物含水率为＜0.5％。本发明发明原理：本发明原料之间协同实现空气净化。其中，纳米二氧化钛作为光催化剂，通过活性氢氧自由基和超氧自由基的作用，在有光源条件下就可以分解甲醛；纳米级硅藻土主要成分是硅酸质，表面有无数细孔，可吸附、膨胀、分解空气中的污染物，且具有调湿、除臭功能；维生素C是一种小分子量的羟基化合物，在光源照射下易产生自由基，该自由基具备还原能力，可以促进纳米二氧化钛中的氢氧自由基进行分解净化甲醛和硫化氢等有害气体；茶晶是一种天然植物精华，取之于天然茶叶，无毒副作用。茶晶中含有多量苯酚性氢氧基(OH)的化合物(多酚类化合物)，可以利用氢氧基中的H具有还原分解作用，以及与H交换臭气成分中的NH3、SH等附加络合作用。当空气中甲醛、苯、细菌等被茶晶捕捉时，茶晶所含的天然植物精华能够在极短的时间内将它们催化分解，杜绝二次污染。其中茶晶中的多酚类化合物可以促进纳米二氧化钛中氢氧自由基的还原作用，加之本身也具备还原能力，所以会更高效地分解空气中有害气体，如：甲醛和硫化氢等；同时多酚类化合物利用自己的还原作用可以促进电气石的硅酸盐矿物发射远红外线，产生负离子，调节人体机能。相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：1)本发明所制得的产品均可以很好地净化空气中的有害物质甲醛、苯、甲苯及TVOC，应用1小时后，空气中甲醛的体积浓度低于0.023PPM，远低于活性炭类净化材料的1.32PPM和市售纳米光催化材料类的0.21PPM；空气中TVOC的体积浓度低于0.81PPM，远低于活性炭类净化材料的12.16PPM和市售纳米光催化材料类的3.35PPM；空气中苯的体积浓度低于0.09PPM，低于活性炭类净化材料的1.67PPM和市售纳米光催化材料类的0.13PPM；空气中甲苯的体积浓度低于0.07PPM，低于活性炭类净化材料的1.85PPM和市售纳米光催化材料类的0.15PPM；总体而言，应用本发明产品的空气净化净化效果明显优于现在市场上的同类型产品，净化效果优异。2)本发明纳米二氧化钛为光触媒型的催化剂，无需特定光源，在自然光照射下就能发生催化反应；具有反应条件温和、能耗低的特点。3)电气石是以含硼为特征的铝、钠、铁、镁、锂的环状结构硅酸盐矿物，发射远红外线产生光合作用，在空气中能够产生负离子，调节人体机能；维生素C为市售的食用维生素C；茶晶为市售产品；纳米二氧化钛、纳米级硅藻土、粘结剂和分散剂都为通用产品，原料来源广泛，经济实惠。附图说明图1为本发明实施例TVOC净化情况图。图2为本发明实施例甲醛净化情况图。图3为本发明实施例苯净化情况图。图4为本发明实施例甲苯净化情况图。具体实施方式为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限如此。实施例1一种以二氧化钛光触媒为基材的空气净化材料，其由以下质量百分比的原料组成：纳米二氧化钛38％，纳米级硅藻土30％，维生素C4％，电气石18％，茶晶5％，粘结剂4％，分散剂1％。纳米二氧化钛选用上海依夫实业有限公司生产的纳米二氧化钛(EFUT‐N01‐W)；纳米级硅藻土原料来源选用吉林省长白县的二级土；纳米级硅藻土粒径小，比表面积大，容易吸附杂质、异味。维生素C为市售的食用维生素C，为云南白药集团股份有限公司的维生素C；电气石为灵寿县白飞矿产品加工厂的纳米级电气石粉；茶晶为市售产品；粘结剂为东莞市嘉保胶水制品厂的有机玻璃胶水260#；分散剂为英国禾大有限公司的芥酸酰胺ER‐211。一种以二氧化钛光触媒为基材的空气净化材料的制备方法，包括以下步骤：1)按配方将各组分混合均匀；2)将混合均匀的物料放入有搅拌装置的加热釜中进一步混合反应；温度为250℃，时间为1小时。3)注入成型模具中造粒定型；4)过50目筛；5)将制得颗粒进行热风干燥，含水率为＜0.5％。得到无毒性，颗粒状的空气净化材料。本实施例所得材料为颗粒状，可放置于室内任一位置，可以采用盒子安装，放置于室内环境中，也可以放置于过滤板，安装于净化器中经行空气净化。实施例2一种以二氧化钛光触媒为基材的空气净化材料，其由以下质量百分比的原料组成：纳米二氧化钛36％，纳米级硅藻土32％，维生素C4％，电气石16％，茶晶7％，粘结剂4％，分散剂1％。纳米二氧化钛为上海江沪实业有限公司的光触媒二氧化钛分散液。纳米级硅藻土原料来源选用吉林省长白县的二级土；纳米级硅藻土粒径小，比表面积大，容易吸附杂质、异味。维生素C为市售的食用维生素C；电气石为灵寿县白飞矿产品加工厂的纳米级电气石粉；茶晶为市售产品；粘结剂为有机玻璃胶水；分散剂为硬脂酸。空气净化材料的制备方法，其包括以下步骤：一种以二氧化钛光触媒为基材的空气净化材料的制备方法，包括以下步骤：1)按配方将各组分混合均匀；2)将混合均匀的物料放入有搅拌装置的加热釜中进一步混合反应；温度为220℃，时间为2小时。3)注入成型模具中造粒定型；4)过100目筛；5)将制得颗粒进行热风干燥，含水率为＜0.5％。得到无毒性，颗粒状的空气净化材料。实施例3一种以二氧化钛光触媒为基材的空气净化材料，其由以下质量百分比的原料组成：纳米二氧化钛33％，纳米级硅藻土32％，维生素C3％，电气石18％，茶晶10％，粘结剂3％，分散剂1％。纳米二氧化钛为重庆美贵环保科技有限公司的光触媒纳米二氧化钛。纳米级硅藻土原料来源选用吉林省长白县的二级土；纳米级硅藻土粒径小，比表面积大，容易吸附杂质、异味。维生素C为市售的食用维生素C；电气石为灵寿县白飞矿产品加工厂的纳米级电气石粉；茶晶为市售产品；粘结剂为有机玻璃胶水；分散剂为乙烯基双硬脂酰胺。一种以二氧化钛光触媒为基材的空气净化材料的制备方法，包括以下步骤：1)按配方将各组分混合均匀；2)将混合均匀的物料放入有搅拌装置的加热釜中进一步混合反应；温度为280℃，时间为1小时。3)注入成型模具中造粒定型；4)过60目筛；5)将制得颗粒进行热风干燥，含水率为＜0.5％。得到无毒性，颗粒状的空气净化材料。将实施例1‐3制得的本发明产品置于20m3的封闭空间中进行试验，所得结果如下表1：表1表1中，市场空气净化材料1(活性炭类)为广东广森炭业科技有限公司的活性炭净化材料。市场空气净化材料2(纳米光催化材料类)为广州科理环保科技有限公司活性炭净化材料。图1‐4与表1中，甲醛、TVOC、苯和甲苯是分别采用甲醛电子检测器、TVOC电子检测器、苯和甲苯电子检测器，每隔10分钟经行检测得到的相关数据。由图1‐4以及表1可见，本发明实施例1‐3所制得的产品均可以很好地净化空气中的有害物质甲醛、苯、甲苯及TVOC，应用1小时后，空气中甲醛的体积浓度低于0.023PPM，远低于活性炭类净化材料的1.32PPM和市售纳米光催化材料类的0.21PPM；TVOC(总挥发性有机物，TotalVolatileOrganicCompounds)是指室温下饱和蒸气压超过了133.32pa的有机物，其沸点在50℃至250℃，在常温下可以蒸发的形式存在于空气中，它的毒性、刺激性、致癌性和特殊的气味性，会影响皮肤和黏膜，对人体产生急性损害。世界卫生组织(WHO)、美国国家科学院/国家研究理事会(NAS/NRC)等机构一直强调TVOC是一类重要的空气污染物。经检测，本发明空气中TVOC的体积浓度低于0.81PPM，远低于活性炭类净化材料的12.16PPM和市售纳米光催化材料类的3.35PPM。应用1小时后，空气中苯的体积浓度低于0.09PPM，低于活性炭类净化材料的1.67PPM和市售纳米光催化材料类的0.13PPM；应用1小时后，空气中甲苯的体积浓度低于0.07PPM，低于活性炭类净化材料的1.85PPM和市售纳米光催化材料类的0.15PPM；总体而言，应用本发明产品的空气净化净化效果明显优于现在市场上的同类型产品，净化效果优异。