本发明属于空气净化材料及其制备方法，具体涉及一种除甲醛、除菌的蜂窝催化剂及其制备方法。
背景技术：
日常生活中，卫生间或浴室是人们使用频率较高的地方，然而，家庭卫生间的环境较为潮湿，容易滋生细菌，人体排泄物挥发的大肠杆菌等有害细菌，因此卫生间成为细菌繁殖的理想场所。且卫生间易产生氨气等有强刺激性，挥发性气味的气体，有些人喜欢把消毒水、洗衣液等清洁用品集中堆放在卫生间，但是这样可能对人体健康构成威胁。卫生间往往比较狭窄，空气流通不畅，当这些清洁用品蒸发后，卫生间内会积聚有害气体，长期吸入会刺激呼吸道，诱发细胞变异而导致白血病、肺癌等。
随着生活水平的提高，人们对于细菌危害的认识也逐步加深。空气中存在的细菌会经过呼吸等方式进入人体，破坏人体生理机能，增加患病几率，严重影响日常工作及生活。因此，部分空气净化器也具有抗菌功能，基于细菌的尺寸大小一般处于0.5～5μm之间，市场上大多数空气净化器通过高效滤网在过滤pm2.5的同时，附带过滤部分细菌的功能，然而此类抗菌方式，仅能过滤少部分尺寸较大的细菌，而对于大部分细菌而言，依然会随气流排入空气中；还有采用等离子技术等高压破坏细菌结构的空气净化器，其在空气净化器正常使用的风量、流速等参数下，抗菌效率较低，而且此类设备在潮湿环境中无法长期使用。
综上所述，现有技术中未有适用于卫生间、浴室等潮湿环境中能够持久除甲醛、抗菌的催化剂材料。据文献调查得知，电气石具有一定的抗菌效果，可用来掺入催化剂成型材料中，可作为过滤方式抗菌的后续处理模块，进一步保障使用安全。然而其在催化剂成型材料中的配比和分散性需要进行深入探索。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有技术的催化剂材料不适于卫生间、浴室等潮湿环境持久除甲醛、抗菌的缺陷，提供一种除甲醛、除菌的蜂窝催化剂及其制备方法。
为达到上述目的，本发明的除甲醛、除菌的蜂窝催化剂，其特征是：其包括催化剂材料、辅助材料和粘结剂；所述催化剂材料组分为二氧化锰掺杂氧化铁；所述的辅助材料包括多孔材料、有机硅疏水剂和电气石；所述的催化剂材料、辅助材料和粘结剂的质量配比为1:(0.25-0.35):(0.45-0.55)；所述的辅助材料中有机硅疏水剂的添加质量范围为10%-15%；所述辅助材料中电气石的添加质量范围为5%-10%。
作为本发明催化剂的优选技术手段：所述的多孔材料为活性炭或分子筛中的一种。
作为本发明催化剂的优选技术手段：所述的粘结剂为高岭土或凹凸棒土中的一种。
作为本发明催化剂的优选技术手段：所述的多孔材料为分子筛，所述的粘结剂为高岭土；组成该蜂窝催化剂的组分的质量份数为：
二氧化锰35份，
氧化铁15份，
分子筛13.5份，
有机硅疏水剂1.75份，
电气石2.5份，
高岭土25份。
作为本发明催化剂的优选技术手段：所述的多孔材料为分子筛，所述的粘结剂为凹凸棒土；组成该蜂窝催化剂的组分的质量份数为：
二氧化锰30份，
氧化铁20份，
分子筛10.25份，
有机硅疏水剂1.25份，
电气石1份，
凹凸棒土22.5份。
为达到上述目的，本发明的除甲醛、除菌的蜂窝催化剂的制备方法，其特征是包括以下步骤：
s1.疏水改性：将疏水剂加入辅助材料中，搅拌混合均匀；
s2.混料：将催化剂粉末材料、经疏水改性的辅助材料、粘结剂按照配比进行充分混合得混合粉料；
s3.成泥：混料所得混合粉料中加入水，将其调成泥状物料；
s4.练泥：采用练泥机把成泥所得泥状物料制备成均匀无气泡且具有一定硬度的泥状物料；
s5.挤压成型：将上述练泥完成的泥状物料加入至螺杆挤出机中，结合蜂窝状结构的模具挤压制备出具有蜂窝状多孔结构的催化剂块状湿物料；
s6.干燥处理：将催化剂块状湿物料进行烘干处理，得到蜂窝状催化剂材料成品，所述的烘干处理过程包括室温阴干和加热干燥过程。
作为本发明制备方法的优选技术手段：所述室温阴干的时间为36-72h。
作为本发明制备方法的优选技术手段：所述加热干燥的温度为90-120℃，加热干燥的时间为5-10h。
与现有技术相比，本发明催化剂成分为对有害气体具有明显催化分解作用的过渡金属氧化物催化剂材料，不仅可在常温下高效催化分解甲醛，而且具有一定的抗菌性能，该类催化剂组成采用了成本低廉锰和铁，并在制备过程中优化组分的物料配比，保证了成型后的催化剂材料催化性能；采用有机硅疏水剂改性过的大比表面积的多孔材料作为辅助材料，在保证蜂窝催化剂具有大比表面积的同时，能够大大增加成型后催化剂材料的防水性，防止催化性能衰减，提高该蜂窝催化剂材料的使用寿命；采用电气石作为抗菌辅料，并在制备过程中优化配比，提高催化剂附加的抗菌性能；采用挤压成型工艺并对本发明所述的蜂窝催化剂的成型工艺条件进行优化，克服了催化剂量产性能偏低的问题，大大提高产品的生产效率。此外，该催化剂的组分为具有氧化性的过渡金属，对常见的臭味如氨气、硫化氢具有一定的催化分解效果，因此还能够有效去除卫生间异味。
该制备方法得到的挤压成型蜂窝催化剂材料具有除甲醛性能稳定、抗菌、产品生产效率高、防水性能好的特点。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明做进一步说明。
本发明的除甲醛、除菌的蜂窝催化剂，包括催化剂材料、辅助材料和粘结剂；催化剂材料组分为二氧化锰掺杂氧化铁；辅助材料包括多孔材料、有机硅疏水剂和电气石；催化剂材料、辅助材料和粘结剂的质量配比为1:(0.25-0.35):(0.45-0.55)；辅助材料中有机硅疏水剂的添加质量范围为10%-15%；辅助材料中电气石的添加质量范围为5%-10%。
具体的，多孔材料为活性炭或分子筛中的一种。粘结剂为高岭土或凹凸棒土中的一种。
尤其是：多孔材料为分子筛，粘结剂为高岭土；组成该蜂窝催化剂的组分的质量份数为：
二氧化锰35份，
氧化铁15份，
分子筛13.5份，
有机硅疏水剂1.75份，
电气石2.5份，
高岭土25份。
或者，多孔材料为分子筛，粘结剂为凹凸棒土；组成该蜂窝催化剂的组分的质量份数为：
二氧化锰30份，
氧化铁20份，
分子筛10.25份，
有机硅疏水剂1.25份，
电气石1份，
凹凸棒土22.5份。
本发明的的除甲醛、除菌的蜂窝催化剂的制备方法，包括以下步骤：
s1.疏水改性：将疏水剂加入辅助材料中，搅拌混合均匀；与混料步骤分开能在实际操作中提高疏水剂在辅助材料中的混合均匀程度，保证最终产品疏水性的均匀。
s2.混料：将催化剂粉末材料、经疏水改性的辅助材料、粘结剂按照配比进行充分混合得混合粉料；
s3.成泥：混料所得混合粉料中加入水，将其调成泥状物料；防止气泡影响蜂窝结构，在烘干室容易导致蜂窝开裂，降低蜂窝结构的机械强度；
s4.练泥：采用练泥机把成泥所得泥状物料制备成均匀无气泡且具有一定硬度的泥状物料；
s5.挤压成型：将上述练泥完成的泥状物料加入至螺杆挤出机中，结合蜂窝状结构的模具挤压制备出具有蜂窝状多孔结构的催化剂块状湿物料；
s6.干燥处理：将催化剂块状湿物料进行烘干处理，得到蜂窝状催化剂材料成品，所述的烘干处理过程包括室温阴干和加热干燥过程。
作为优选，室温阴干的时间为36-72h。加热干燥的温度为90-120℃，加热干燥的时间为5-10h。
实施例1
一种除甲醛、抗菌的蜂窝催化剂，组分及其质量份数如下：
二氧化锰35kg；
氧化铁15kg；
分子筛13.5kg；
有机硅疏水剂1.75kg；
电气石2.5kg；
高岭土25kg。
通过以下步骤制备出蜂窝状催化剂材料：
s1、称取分子筛13.5kg、有机硅疏水剂1.75kg、电气石2.5kg置入搅拌机中混合搅拌20min；
s2、再把称好的二氧化锰35kg、氧化铁15kg、高岭土25kg连同前述的混合料置入搅拌机中搅拌40min；
s3、采用混泥机把上述粉料与水混合成泥状；
s4、采用练泥机把泥状物料进行真空练泥-打散-多次练泥过程，制备出均匀无气泡具有一定硬度的泥状物料；
s5、选用不同规格的蜂窝磨具置于螺杆挤出机出口处，将步骤s4中的泥状物料运送到螺杆挤出机中进行挤出成型，然后用切割设备，把挤出蜂窝按要求切割成特定形状；
s6、将切割好的蜂窝置于干燥支架上，室温阴干40h，然后100℃条件下干燥5h，冷却后得到空气净化蜂窝催化剂材料。
实施例2
一种除甲醛、抗菌的蜂窝催化剂材料，组分及其质量份数如下：
二氧化锰30kg；
氧化铁20kg；
分子筛10.25kg；
有机硅疏水剂1.25kg；
电气石1kg；
凹凸棒土22.5kg。
通过以下步骤制备出蜂窝状催化剂材料：
s1、称取分子筛10.25kg、有机硅疏水剂1.25kg、电气石1kg置入搅拌机种混合搅拌30min；
s2、再把称好的二氧化锰30kg、氧化铁20kg、凹凸棒土22.5kg连同前述的混合料置入搅拌机中搅拌60min；
s3、采用混泥机把上述粉料与水混合成泥状；
s4、采用练泥机把泥状物料制备成均匀无气泡且具有一定硬度的泥状物料；
s5、选用不同规格的蜂窝磨具置于螺杆挤出机出口处，将步骤s4中的泥状物料运送到螺杆挤出机中进行挤出成型，然后用切割设备，把挤出蜂窝按要求切割成特定形状；
s6、将切割好的蜂窝置于干燥支架上，室温阴干72h，然后90℃条件下干燥10h，冷却后得到空气净化蜂窝催化剂材料。
实施例3
一种除甲醛、抗菌的蜂窝催化剂材料，组分及其质量份数如下：
二氧化锰30kg；
氧化铁30kg；
活性炭15.75kg；
有机硅疏水剂3.15kg；
电气石2.1kg；
凹凸棒土30kg。
通过以下步骤制备出蜂窝状催化剂材料：
s1、称取活性炭15.75kg、有机硅疏水剂3.15kg、电气石2.1kg置入搅拌机种混合搅拌40min；
s2、再把称好的二氧化锰30kg、氧化铁30kg、凹凸棒土30kg连同前述的混合料置入搅拌机中搅拌50min；
s3、采用混泥机把上述粉料与水混合成泥状；
s4、采用练泥机把泥状物料制备成均匀无气泡且具有一定硬度的泥状物料；
s5、选用不同规格的蜂窝磨具置于螺杆挤出机出口处，将步骤s4中的泥状物料运送到螺杆挤出机中进行挤出成型，然后用切割设备，把挤出蜂窝按要求切割成特定形状；
s6、将切割好的蜂窝置于干燥支架上，室温阴干48h，然后120℃条件下干燥8h，冷却后得到空气净化蜂窝催化剂材料。
催化剂除甲醛性能测试：
分别取1.00g上述3个实施例制备的样品催化剂置于直径为50mm的玻璃管内砂芯上进行催化分解活性评估。玻璃管的底部和甲醛发生器相连，顶部与气相色谱仪在线检测仪相连。采用载气泵将空气通入甲醛发生器中并与甲醛混合得到含甲醛浓度为90ppm的空气，此气体从底部进入装由样品催化剂的玻璃管中，再经玻璃管顶部进入到气相色谱中检测甲醛的含量。
把前述样品催化剂在25℃下，空气湿度为60%的潮湿环境中放置15天后取出，再次测量在较高湿度条件下催化剂催化分解甲醛的性能变化。结果如下表1。
表1.实施例制备的蜂窝催化剂样品的甲醛去除率。
催化剂抗菌性能测试：参考国家推荐性标准《gb/t21510-2008纳米无机材料抗菌性能检测方法》，将蜂窝催化剂样本制备成复合规定的粉末，以大肠杆菌8099菌种作为测试用标准菌种。结果如表2所示。
表2.抗菌性能测试结果