本申请涉及一种空气净化材料，尤其涉及一种以木质素和石墨烯、La2O3为载体材料的空气净化材料及其应用。
背景技术：
现有的空气净化用催化材料主要是TiO2为主的光催化剂，但是催化效率很低，因此选择合适的载体材料或复合其它元素是解决问题的关键。常用的载体为活性炭和硅胶等，载体仅仅起到支撑和气体吸附的作用，没有起到推动催化效率的效果。同时针对有害气体处理效果有待提高。
木质素及其衍生物由于具有大量的表面活性基团和比表面积，目前已被广泛地应用于重金属吸附、染料吸附等领域；同时中国专利CN201210595078.3公开了一种以木质素为载体的TiO2型空气净化剂，获得了较好的降解效果。中国专利CN201410007028.8公开了一种附载活性金属或活性金属氧化物的空气净化剂，表现出优异的空气净化效果。但对于高效持久的空气净化材料仍然是本领域所迫切需求的。
本申请发明人对以木质素为载体的空气净化剂以及附载活性金属或活性金属氧化物的空气净化剂进行了研究，研发了本申请的空气净化材料，具有降解能力强，使用寿命长等优点，具有广阔的市场。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种空气净化材料，通过对空气净化剂的载体成分进行改进，以有效的提高空气净化效果，能够针对空气中多种有害的成分进行降解，同时还能延长使用寿命。
木质素及其衍生物由于具有大量的表面活性基团和比表面积，具有吸附作用，可用作空气净化剂的载体成分，一方面可以提供空气净化剂的骨架支撑，另一方面有助于形成疏松多孔的结构，从而增强吸附空气的作用；另外，通过引入氧化石墨烯进行改性，提高催化有害气体降解的效率和使用寿命。通过上述两方面的改进，增强本发明的空气净化剂的降解能力和降解效率。发明人经过实践发现，当以木质素为基本材料，并掺杂氧化石墨烯和La2O3，形成一种复合材料的载体，该载体吸附空气能力强，并且能够有效促进催化降解污染气体。
为解决上述技术问题，发明提供一种空气净化材料，其特征在于，该空气净化材料包括载体材料以及活性金属氧化物，所述载体材料含有木质素、氧化石墨烯和La2O3。
作为发明优选的方案，在本申请所述空气净化材料中，所述活性金属氧化物为ZnO、NiO、CuO中的一种或多种混合物。
优选的，所述活性金属氧化物为ZnO，NiO。
更优选的，所述活性金属氧化物为ZnO。
进一步地，所述空气净化材料是通过下述方法制备获得：制备相应金属的硝酸盐水溶液，加入所述载体材料，充分搅拌2-5h，然后加入适量的氢氧化钠溶液，逐渐形成沉淀附着在载体材料上，60-90℃下陈化3-6h，过滤，用蒸馏水洗净得固体；将所得固体烘干，然后450-650℃焙烧4-8h即得负载有活性金属氧化物的空气净化材料。
作为发明的一个实施方案，所述的载体材料是通过如下方法制备得到：将β-环糊精、硝酸镧以及丙烯酰胺或丁烯酰胺溶于水，用碱调节pH至碱性，在-10℃-0℃下搅拌1-2h，然后加入木质素，并加入一定量的聚乙烯吡咯烷酮，室温搅拌3-4h得到胶体，然后，加入氧化石墨烯，在100-200℃下搅拌5-10h，过滤得沉淀，将沉淀在400～600℃下煅烧6-8h得到载体材料。
作为发明优选的实施方式，所述的氧化石墨烯是通过Hummers法制备得到的。优选地，按照如下方法制备：将石墨粉原料加入到浓硫酸中，加入硝酸钠，以KMnO4为氧化剂，先制得氧化石墨，然后通过超声分散制得氧化石墨烯。
进一步地，本申请的空气净化材料通过如下方法制备：
1)采用Hummers法制备氧化石墨烯：将石墨粉原料加入到浓硫酸中，加入硝酸钠，以KMnO4为氧化剂，先制得氧化石墨，然后通过超声分散制得氧化石墨烯；
2)制备载体材料：将β-环糊精、硝酸镧以及丙烯酰胺或丁烯酰胺溶于水，用碱调节pH至碱性，在-10℃-0℃下搅拌1-2h，然后加入木质素，并加入一定量的聚乙烯吡咯烷酮，室温搅拌3-4h得到胶体，然后，加入步骤1)制得的氧化石墨烯，在100-200℃下搅拌5-10h，过滤得沉淀，将沉淀在400～600℃下煅烧6-8h得到载体材料；
3)负载活性金属氧化物：制备相应金属的硝酸盐水溶液，加入所述载体材料，充分搅拌2-5h，然后加入适量的氢氧化钠溶液，逐渐形成沉淀附着在载体材料上，60-90℃下陈化3-6h，过滤，用蒸馏水洗净得固体；将所得固体烘干，然后450-650℃焙烧4-8h即得负载有活性金属氧化物的空气净化材料。
本发明还提供了本申请的空气净化材料的制备方法，包括如下步骤：
1)制备载体材料：将β-环糊精、硝酸镧以及丙烯酰胺或丁烯酰胺溶于水，用碱调节pH至碱性，在-10℃-0℃下搅拌1-2h，然后加入木质素，并加入一定量的聚乙烯吡咯烷酮，室温搅拌3-4h得到胶体，然后，加入氧化石墨烯，在100-200℃下搅拌5-10h，过滤得沉淀，将沉淀在400～600℃下煅烧6-8h得到载体材料；
2)负载活性金属氧化物：制备相应金属的硝酸盐水溶液，加入所述载体材料，充分搅拌2-5h，然后加入适量的氢氧化钠溶液，在载体材料上有沉淀附着，60-90℃下陈化3-6h，过滤，用蒸馏水洗净得固体；将所得固体烘干，然后450-650℃焙烧4-8h即得负载有活性金属氧化物的空气净化材料。
作为发明优选的方案，步骤1)中所述的氧化石墨烯采用Hummers法制备。
进一步地，采用Hummers法制备氧化石墨烯的操作如下：将石墨粉原料加入到浓硫酸中，加入硝酸钠，以KMnO4为氧化剂，先制得氧化石墨，然后通过超声分散制得氧化石墨烯。
本发明还涉及将所述的空气净化材料用于制备空气净化剂，可以采用本领域任意一种常规的方法进行制备，例如，可以将本发明制备的空气净化材料与水或有机溶剂混合，有机溶剂可以为乙醇、丙酮、丙醇，按空气净化材料(g):水或有机溶剂(ml)＝1:25～50混合，得到粘稠状浆料，然后进行多次提拉烘干，即可得到空气净化剂。
本发明还涉及将所述的空气净化材料用于空气净化中的应用，本发明的空气净化材料能够降解多种有害气体，适用于各类污染环境的空气净化，具有良好的空气净化效果。
本发明提供的空气净化材料具有多方面有益效果：1)以木质素为载体的基本材料，有助于形成疏松多孔的结构，从而增强吸附空气的作用；2)通过在载体中引入氧化石墨烯进行改性，提高催化有害气体降解的效率和使用寿命，从而增强本发明的空气净化剂的降解能力和降解效率。
具体实施方式
为使本发明的技术方案及其技术效果更加清楚、明确，列举下面实施例对本发明具体实施方式做进一步详述，但并不用于限定本发明。
采用本领域熟知的Hummers法制备本发明所需的氧化石墨烯：在反应瓶中加入200ml浓硫酸，冰浴下，加入10g石墨粉原料，搅拌5min，加入6g硝酸钠，滴加28g KMnO4，温度控制在5℃以内搅拌反应1.5h，然后在50℃以内搅拌反应1h；向反应液缓慢加入500ml水，在100℃以内搅拌反应0.5h，再次加水300ml，然后加入150ml双氧水(30％)搅拌反应0.5h后，加入360ml(10％)盐酸。低速离心，洗涤，将洗涤后的氧化石墨分散于水中，超声震荡1h，然后在2500r/min转速下，离心0.5h，取上层悬浊液即得氧化石墨烯。
实施例1ZnO/La2O3型空气净化材料
将β-环糊精、硝酸镧以及丁烯酰胺溶于水，得到各组分浓度(mol/L)分别为0.85、0.75、0.85的溶液，氨水调节pH至11，在0℃下搅拌2h，然后加入适量木质素，并加入少量的聚乙烯吡咯烷酮，室温搅拌3h得到胶体，加入氧化石墨烯，在120℃下搅拌4h，过滤得沉淀，将沉淀在450℃下煅烧8h得到载体材料；
负载活性金属氧化物：制备硝酸锌的水溶液，按10％的ZnO担载量，加入制备得到的载体材料，充分搅拌3h，然后加入适量的氢氧化钠溶液，在载体材料上有沉淀附着，75℃下陈化3h，过滤，用蒸馏水洗净得固体；将所得固体烘干，然后650℃焙烧5h即得ZnO/La2O3型空气净化材料。
实施例2NiO/La2O3型空气净化材料
将β-环糊精、硝酸镧以及丁烯酰胺溶于水中，得到各组分浓度(mol/L)分别为0.6、0.5、0.4的混合溶液，氨水调节pH至10，在0℃下搅拌2h，然后加入木质素，并加入少量的聚乙烯吡咯烷酮，室温搅拌3h得到胶体，加入氧化石墨烯，在150℃下继续搅拌4h，过滤得沉淀，将沉淀在550℃下煅烧7h得到载体材料；
负载活性金属氧化物NiO：制备硝酸镍的水溶液，按10％的NiO担载量，加入所述载体材料，充分搅拌4h，然后加入适量的氢氧化钠溶液，在载体材料上有沉淀附着，85℃下陈化3h，过滤，用蒸馏水洗净得固体；将所得固体烘干，然后500℃焙烧8h即得NiO/La2O3型空气净化材料。
实施例3CuO/La2O3型空气净化材料
将β-环糊精、硝酸镧以及丙烯酰胺溶于水，得到各组分浓度(mol/L)分别为1.3、1.2、1.3的混合溶液，氨水调节pH至10，在0℃下搅拌1.5h，然后加入木质素，并加入少量的聚乙烯吡咯烷酮，室温搅拌3h得到胶体，然后，加入氧化石墨烯，在150℃下搅拌3h，过滤得沉淀，将沉淀在500℃下煅烧7h得到载体材料；
负载活性金属氧化物CuO：制备硝酸铜的水溶液，按15％的CuO担载量，加入所述载体材料，充分搅拌3h，然后加入适量的氢氧化钠溶液，在载体材料上有沉淀附着，70℃下陈化3h，过滤，用蒸馏水洗净得固体；将所得固体烘干，然后600℃焙烧5h即得CuO/La2O3型空气净化材料。
对照例1
按照实施例1的方法制备空气净化材料，但在载体材料的制备中未加入氧化石墨烯，其它过程与实施例1相同。
对照例2
按照实施例1的方法制备空气净化材料，但在载体材料的制备中未加入木质素，其它过程与实施例1相同。
对照例3
按照实施例1的方法制备空气净化材料，但在载体材料的制备中未加入木质素和氧化石墨烯，其它过程与实施例1相同。
实施例4
将上述实施例1-3以及对照例1-3制备得到的空气净化材料，按空气净化材料(g):丙酮(ml)＝1:30混合，搅拌得到粘稠状浆料，然后进行3次提拉烘干，得到6种空气净化剂。
实施例5
将实施例4制备的6种空气净化剂(等重量)装入反应器中对污染的空气进行净化，空气中的污染物分别为甲醛、苯、硫化氢、NO、NO2中的一种，其中污染物的初始浓度为100mg/L，在15分钟后使用气相色谱仪分析污染物的浓度，计算降解率，净化效果如表1：
表1
显然，本发明在载体材料中引入木质素和石墨烯，能够提高降解污染物的能力，在15分钟内，对大部分污染物的降解率基本能达到90％以上，而且对多种有害气体具有良好清除能力。
实施例6
对本申请的空气净化材料的使用寿命采用加速试验进行测试，实验方法：将实施例4制备的6种空气净化剂(等重量)分别置于反应器中进行净化，通过持续对反应器补充有害气体，使反应器中的有害气体浓度始终维持在30％以上，使用的有害气体为甲醛与苯的1:1混合气体，连续净化60天后，取出空气净化剂，按实施例4的方法进行实验，其中污染物的初始浓度为100mg/L，在15分钟后使用气相色谱仪分析污染物的浓度，计算降解率。结果显示，实施例1-实施例3的空气净化材料在浓度为30％以上的高浓度污染气体中连续净化60天后，仍然保持良好的净化效率，基本保持不变。而对照组则在连续净化60天后，表现出降解能力的明显降低。因此，采用本发明的空气净化材料制备的空气净化剂具有更长的使用寿命。
尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。