多功能高效一体式空气污染处理材料的制作方法
【技术领域】
[0001] -种多功能高效一体式空气污染处理材料配方及其制备工艺，涉及纳米多功能复 合改性炭基材料，属于常温吸附催化与空气净化技术领域。
【背景技术】
[0002] 现代人至少70%以上的时间在室内度过在，而城市人口在室内度过的时间超过了 90%，尤其是婴幼儿和老弱残疾者在室内的时间更长。但是室内空气污染物的浓度一般是室 外污染物浓度的2~5倍，在某些情况下是室外污染物的几十甚至几百倍。随着社会经济 的迅速发展，现代人对高质量生活的追求不断提高，我国房地产业发展迅猛，带来了建筑 装饰业的蓬勃发展。与国外发达国家相比，我国对建筑装饰材料的卫生质量和要求的监督 与管理方面尚有很大的差距，装修造成室内空气污染导致居住者尤其对儿童、老年人、孕妇 以及职业接触者等的健康危害。
[0003] 室内空气污染物按其性质可以分为非生物污染与生物及微生物污染两类。非生物 污染物其自身又包括了很多种污染物，又可以将其分为物理污染物和化学污染物等。物理 性污染主要指由室内外地基、建筑材料所产生的放射性污染和室内外的噪声、室内家电设 备的磁辐射等。而化学污染物由建筑材料、装饰材料、家用化学品、香烟雾以及燃烧产物等 产生。除此以外，室内还存在粉尘和可吸入颗粒物（PM2.5，PM10)等的污染。生物及微生物 污染指由生活垃圾、空调、室内花卉、宠物、地毯、家具等产生的污染，包括细菌、病菌、尘螨 等。
[0004] 化学性污染主要来自室内装潢、家具、厨具、餐具、玩具、清洁剂、消毒剂、杀虫喷雾 剂、煤气热水器、化妆品、某些蚊香、烟草、厨房油烟、煤烟、气体燃料、日用垃圾等等物品。它 们会散发出甲苯、二甲苯、醋酸乙酯、甲苯二乙氰酸酯、氯乙烯、甲醛等挥发性有机物和氨、 一氧化碳、一氧化氮、二氧化碳、二氧化硫等无机化合物。这些对人体健康都有危害。医学 研究表明，对人体有害的化学物质可导致上呼吸道刺激症状，如鼻干发痒、堵塞流涕、打喷 嚏、嗅觉下降、咽喉烧灼感或异物感，甚至咳嗽声哑。随着局部呼吸道粘膜免疫调节异常和 吞噬、清除病毒、细菌等异物的功能下降，很容易诱发下呼吸道即气管、支气管及肺部的炎 症反应和感染，累及整个呼吸系统。尤其是芳香烃类等两种以上化学物质蓄积时，可致中毒 症状，不仅损伤局部粘膜，还可能出现耳鼻咽喉的异常表现，进而影响全身。
[0005] 生物性污染主要来自寄生于地毯、沙发、被褥、衣物、毛绒玩具中的螨虫及其它细 菌；家庭饲养的花鸟鱼虫和猫狗宠物中的病原微生物、寄生虫等。来自于室尘、地毯、鸟兽 羽毛以及枕头、被褥等床上用品中的螨虫、真菌在医学上称为过敏原，常可引发人体过敏反 应，最常见的是过敏性鼻炎和过敏性皮肤病。
[0006] 目前室内空气污染治理，最有效的方法还是使用空气净化器，其可快速高效的去 除室内常见污染物。空气净化器中有多种不同的技术和介质，常用的空气净化技术有：HEPA 高效过滤技术、静电集尘技术；低温非对称等离子体空气净化技术、负离子技术、负氧离子 技术、活性氧技术；吸附技术、分子络合技术、光催化技术、催化氧化技术等；而主要的净化 材料有：HEPA滤网，TiO2光触媒、活性炭及其纤维、贵金属催化剂、高锰酸钾、净化喷剂等。目 前HEPA滤网基本可满足室内除尘的需求，而对于室内气态污染物和微生物污染治理方式 则各有不同效果也千差万别，且厂家大都采用多模块拼装方式，如杀菌模块+活性炭吸附 模块+光催化模块等，市面上多功能一体式空气污染处理材料并未见相关报道。作为净化 器最核心的净化材料，现有文献报道则大都针对单一功能进行材料开发，如除甲醛催化氧 化材料，CO催化氧化材料，VOCs光催化材料等，高效杀菌材料等。若能开发出一体式空气污 染处理材料，则将极大地推动空气净化领域滤芯使用方式的革新。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是：针对单一功能进行材料，如除甲醛催化氧化材料， CO催化氧化材料，VOCs光催化材料等，高效杀菌材料等存在不足之处，提供了一种多功能 高效一体式空气污染处理材料配方及其制备工艺，该材料对常见空气污染物如苯、甲苯等 VOCs、甲醛、CO、S02、NO2及细菌等具有快速去除及灭杀功效，可满足真实环境下一体式高效 去除室内多种空气污染物的要求。
[0008] 本发明提出的一种多功能高效一体式空气污染处理材料配方及其制备工艺，主要 内容为： 一种多功能高效一体式空气污染处理材料，由高比表面积活性炭载体、氧化钛纳米管 催化组分、纳米非贵金属催化组分、纳米贵金属催化组分及高效抗菌组分所组成。
[0009] 1)高比表面积活性炭载体，可以是颗粒状、柱状、球状或蜂窝状等，其特征在于：碘 值为1800~2700 mg/g，比表面积为2000~3000 m2/g，灰分〈2 wt%，含量占材料的70~90 Wt°/〇 ； 2) 所述氧化钛纳米管催化组分，其特征在于：由钛白粉和一定量的高分子模板，于氢 氧化钠水溶液中水热制得，含量占材料的2~18 wt% ;所述纳米非贵金属催化组分，其特征在 于：Ce'Al'Zn'Mn'Fe'Co'Ni'Cu2+等元素的一种或几种，由水热反应制得，折合对 应氧化物含量占材料的l~15wt% ;所述纳米贵金属催化组分，其特征在于：Ag+、Pt' Pd2+ - 种或几种，液相还原水热制得，折合对应金属含量占材料的0. 01~0. 08 wt% ; 3) 所述高效抗菌组分，其特征在于：由壳聚糖、酯化壳聚糖、烷基壳聚糖等的一种或几 种，以及抑菌性无毒非离子可降解表面活性剂如烷基聚葡糖糖苷、季铵盐的一种或几种共 同组成，总含量占材料的0. 〇2~ 0. 9 wt% ; 4) 制备工艺特征在于：首先将钛白粉与壳聚糖、酯化壳聚糖、烷基壳聚糖的一种或几 种，混合加入氢氧化钠水溶液中，于120~200 °C下水热反应3~12h得到氧化钛纳米管分 散液，再则将一种或几种Ce' Al' Zn' Mn' Fe' Co' Ni' Cu2+的水溶液，与一种或几种 Ag+、Pt2+、Pd2+的水溶液混合，与抑菌性无毒非离子表面活性剂充分分散后，加入硼氢化钠溶 液60 °C~80 °C水热反应4~8 h，得到纳米活性分散液，最后将纳米活性分散液与氧化钛 纳米管分散液混合，高速搅拌得到活性溶胶，于常温下浸渍高比表面积活性炭4~10 h，经固 液分离后取固体湿料微波干燥〇. 5~2 h后即制得该材料。
[0010] 本发明提出的一种多功能高效一体式空气污染处理材料配方及其制备工艺，优势 如下： 1)高比表面积活性炭载体可实现对室内多种空气污染物的快速吸附富集； 2) 氧化钛纳米管催化组分、纳米非贵金属催化组分、纳米贵金属催化组分可协调运作， 将甲醛、VOCs、CO等污染物催化无害化去除，并加速S0 2、NOx等盐化反应； 3) 纳米级氧化钛纳米管、纳米非贵金属催化组分及纳米贵金属催化组分制成分散性溶 胶浸渍改性活性炭，制备工艺简单，温度低、能耗小，其分散性溶胶可重复浸渍使用，无三废 排放；固液分离后固体湿料采用微波干燥，周期短能耗低； 4) 高效抗菌组分有效与纳米级氧化钛纳米管、纳米非贵金属催化组分、纳米贵金属催 化组分进行了耦合，分散更均匀，可与纳米材料协同杀菌，效果更显著； 5) 该多功能高效一体式空气污染处理材料对真实环境下室内污染物尤其是低浓度污 染去除效率卓著，可满足真实环境下一体式高效去除室内多种空气污染物的要求。
【具体实施方式】
[0011] 以下通过实例进一步说明本发明： 实施例1 高比表面椰壳颗粒活性炭，碘值为1800~1900 mg/g，比表面积为2000~2100 m2/g， 灰分〈2 wt%，粒度尺寸30~40目，经80°C去离子水（液固比2 :1)浸泡3h后，离心得到固 态湿料，于微波下干燥lh。
[0012] 取处理后的颗粒活性炭500 g填于蜂窝板内，蜂窝板装于自制净化器中，风量300 m3/h，进风速度I. 5 m/s，于30 m3国家标准净化仓内测试，温度18~22 °C，湿度50~80% RH，污染物释放浓度为国标允许浓度的8~12倍，甲醛、苯、甲苯、CO去除效率及白色葡萄球 菌灭杀效率测试周期为lh，SO 2及NO2去除效率测试周期为20min，净化效果见表1。
[0013] 实施例2 500 g钛白粉，8 g壳聚糖，加入到5000 ml 10 mol/L的NaOH水溶液中，于180 °C下水热 反应12 h，冷却至室温得到氧化钛纳米管分散液；3g烷基聚葡糖糖苷加入到Ce4+浓度为0. 2 mol/L、Ag+浓度为0· 005 mol/L溶液5000 mL，高速搅拌分散20 min，加入I mol/L硼氢化钠 溶液50 mL，60 °C~80 °C水热反应4 h，将氧化钛纳米管分散液全部加入高速搅拌30min得 到活性溶胶；将1800~1900 mg/g，比表面积为2000~2100 m2/g，灰分〈2 wt%，粒度尺寸 30~40目，高比表面椰壳活性炭500 g加入至活性溶胶中，搅拌下常温浸渍6 h，离心分离 后，湿料于微波下干燥Ih得到Ti-Ce-Ag-烷基聚葡糖糖苷改性炭材料。
[0014] 取该Ti-Ce-Ag-烷基聚葡糖糖苷改性炭材料500 g填于蜂窝板内，蜂窝板装于自制 净化器中，风量300 m3/h，进风速度I. 5 m/s，于30 m3国家标准净化仓内测试，温度18~22 °C，湿度50~80% RH，污染物释放浓度为国标允许浓度的8~12倍，甲醛、苯、甲苯、CO去除 效率及白色葡萄球菌灭杀效率测试周期为lh，SO 2及NO2去除效率测试周期为20min，净化 效果见表1。
[0015] 实施例3 500 g钛白粉，6 g壳聚糖，加入到5000 ml 10 mol/L的NaOH水溶液中，于180 °C下水热 反应12 h，冷却至室温得到氧化钛纳米管分散液；5g季铵盐阳离子表面活性剂加入到Fe3+ 浓度为〇. 2 mol/L、Pt2+浓度为0. 002mol/L溶液5000 mL，高速搅拌分散20 min，加入0. 8 mol/L硼氢化钠溶液50 mL，60 °C~80 °C水热反应5h，将氧化钛纳米管分散液全部加入高 速搅拌30min得到活性溶胶；将1