专利名称：一种具有吸附和降解有机物功能的复合纸基材料的制备方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有光催化功能的复合材料的制备方法，具体说是制备一 种具有吸附和降解低浓度挥发性有机物的复合纸基材料，属材料科学领域。
背景技术：
目前人们生活和工作的空间中存在着大量的低浓度挥发性有机物污染源， 如鞋厂胶粘剂的挥发性有机溶剂、室内装修产生的有害气体(甲醛、苯)污染等 等，严重危害着人们的身体健康。近年来，应用二氧化钛等金属氧化物多相光催 化反应治理低浓度挥发性有机物已成为环境领域和无机材料科学最为活跃的一 个研究方向，但大规模商业化应用的工程或产品还鲜见。这主要可归结于二个 原因(1) 二氧化钛等金属氧化物粉体固结技术未解决。二氧化钛等金属氧化 物粉体光催化降解挥发性有机物时，易造成反应器内气流压力急剧损失、光辐 射受阻等问题。从文献检索的情况看，国内外有关利用沸石、玻璃、单晶硅、 导电玻璃等为载体制备金属氧化物复合催化材料已有较多的报道，但这些方法 的制备成本高，粒状复合材料在反应器内仍存在造成气流压力损失、光辐射受 阻的问题，且还存在粒状材料间摩擦而粉末化的问题。(2) 二氧化钛等金属氧 化物粉体对低浓度挥发性有机气体的光催化降解速度慢，主要是因为低浓度挥 发性有机物在二氧化钛粉体表面的浓度小。
最近福建师范大学吴宗华等研制了一种新的造纸工艺(陈万春，陈娜洁，
卢玉栋，吴宗华，造纸化学品，2006， 18 (2)， 45;陈万春，陈娜洁，卢玉栋， 吴宗华，造纸科学与技术，2006， 25 (1)， 24;陈娜洁，陈少平，卢玉栋，陈 万舂，吴宗华，非金属矿，2006， 29(5)， 6)，这种工艺能制备无机物含量达 90%以上、无机粉体达60%以上的高无机粉体含量的功能复合纸板。应用这项技 术，发明了一种用金属氧化物-吸附剂复合纸板光催化降解低浓度挥发性有机物的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种由具有光催化功能的金属氧化物粉体、吸附剂粉 体、无机纤维和纸浆构成的复合纸基材料及其对低浓度挥发性有机物的光催化 降解的应用。
为实现上述目的，本发明所采用的具体技术方案是
1、 材料组成
金属氧化物粉体30 50%，吸附剂粉体15 35%，无机纤维0 25%，纸 桨10 30%， 二元助留剂0.5 5%。所述百分比是材料绝干重量百分比。
2、 材料制备
将金属氧化物粉体、无机纤维、吸附剂粉体和纸浆加水配成2 8%的悬浮 液> 用疏解机疏解5 30 min后倒入烧杯；边搅拌边加入阳离子高聚物，搅拌 3 m.in后再加入阴离子型聚丙烯酰胺，加水将悬浮液稀释成0. 5%，在纸页抄取 器上抄湿纸板。将湿纸板压搾后在105'C 125'C下烘干，即得到本发明所述的 复合纸基材料。
3、 材料应用
将制备得到的复合纸基材料进一步加工成蜂窝状或细小块状的各种纸构 件，置于带有自然光源或人工紫外光源的低浓度挥发性有机物环境中，可实现 低浓度挥发性有机物的吸附和连续光催化降解。
本发明所述的金属氧化物粉体为二氧化钛、氧化锌或氧化铜粉体中的一种， 或其任意比例的混合物。
本发明所述的吸附剂粉体为沸石、硅藻土、活性炭或竹炭的一种，或其任 意比例的混合物。
本发明所述的无机纤维为陶瓷纤维或玻璃纤维的一种，或其任意比例混合物。
本发明所述的纸浆为针叶木化学浆、阔叶木化学浆或草浆的一种，或其任意比例的混合物。
本发明所逸的二元助留剂由阴离子型聚丙烯酰胺和阳离子型高聚物构成 的，其中阳离子型高聚物为聚二甲基二烯丙基氯化铵、阳离子淀粉或聚乙烯胺 的一种或其混合物。
本发明所述的纸页抄取器为纸样抄取器、圆网机或低速长网机中的一种。 造纸工业中大量使用碳酸钙、二氧化钛等无机粉体，但由于无机粉体留着率 低，既造成原料大量浪费，又污染了水质，给水处理增加了负担，因此无机粉体
的最大用量不超过30%。本发明提供的复合纸板中无机粉体含量可达60%以上， 制造时无机粉体的留着率可达90%以上，为近十几年来迅速发展的具有光催化、 吸附、保温或防火功能的纸(板)的开发和应用提供一种高效低成本制备方法， 应用前景广阔。
利用本发明提供的复合纸基材料进一步加工成的构件有效解决了二氧化钛 等金属氧化物粉体造成光辐射受阻等问题，也解决了用沸石、玻璃、单晶硅、 导电玻璃等为载体制备的二氧化钛等金属氧化物复合催化材料的制备成本高、 粒状材料间因摩擦而粉末化的问题。此外它对低浓度挥发性有机气体具有吸附 作用，大幅增大有机气体在二氧化钛粉体表面的浓度，提高的光催化降解速度， 实现了低浓度挥发性有机物的连续光催化降解的大规模商业化应用。
具体实施例方式
以下结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明 实施例1:
取0.8克的桉木化学浆、2.0克的陶瓷纤维、3.8克的锐钛型二氧化钛和 l.O克的沸石，加水配成5%的悬浮液，用疏解机疏解10 min后倒入烧杯'；边搅 拌边加入0. 08克的聚二甲基二烯丙基氯化铵，搅拌吸附3 min后加入0.12克 的阴离子型聚丙烯酰胺，加水将悬浮液稀释成O. 5%，在纸样抄取器上抄湿纸板。 将湿纸板压榨后在105。C下烘干，即得到本发明所述的复合纸基材料。实施例2:
取0. 6克的麦草浆和0. 4克的马尾松化学浆的混合桨、3. 0克的陶瓷纤维、 3. 0克的锐钛型二氧化钛和1. 0克的金红石型二氧化钛的混合粉体、1. 0克的沸 石和0. 6克的活性炭的混合吸附剂，加水配成8%的悬浮液，用疏解机疏解15 min 后倒入烧杯；边搅拌边加入0. 15克的聚二甲基二烯丙基氯化铵，搅拌吸附3 min 后加入0.25克的阴离子型聚丙烯酰胺，加水将悬浮液稀释成0. 5%，在纸样抄 取器上抄湿纸板。将湿纸板压榨后在115'C下烘干，即得到本发明所述的复合 纸基材料。 实施例3:
取0. 6克的桉木化学浆和0. 4克的云杉化学浆的混合浆、1. 5克的陶瓷纤 维和1.5克玻璃纤维的混合物、3. 0克的锐钛型二氧化钛和1.0克的氧化铜的 混合粉体、1.0克的沸石和0.5克的竹炭的混合吸附剂，加水配成2%的悬浮液， 用疏解机疏解20min后倒入烧杯；边搅拌边加入O. 1克的聚二甲基二烯丙基氯 化铵和0.15克的阳离子淀粉，搅拌3 min后加入0. 25克的阴离子型聚丙烯酰 胺，加水将悬浮液稀释成0. 5%，在纸样抄取器上抄湿纸板。将湿纸板压榨后在 丄15'C下烘干，即得到本发明所述的复合纸基材料。 实施例4:
取1. 5克的马尾松化学浆、2. 0克的玻璃纤维、4. 0克的氧化锌和2. 2克 的活性炭，加水配成2%的悬浮液，用疏解机疏解20 min后倒入烧杯；边搅拌 边加入0.1克的聚二甲基二烯丙基氯化铵，搅拌3 min后加入0. 2克的阴离子 型聚丙烯酰胺，加水将悬浮液稀释成0. 5%，在纸样抄取器上抄湿纸板。将湿纸 板折叠成瓦楞状，用硅酸钠溶液固定后，500匸下灼烧30min，定型后可得蜂窝 状构件。将构件置于紫外光强度为0.5 mW/cm2的环境中，每平方米的复合纸板 每小时可降解0. 5克的浓度为10微克/升的甲苯气体。
实施例5:
取1.5克的麦草浆和1.0克落地松化学浆、l.l克的陶瓷纤维、4.0克的氧化铜和3. 2克的硅藻土，加水配成3%的悬浮液，用疏解机疏解30 min后倒 入烧杯；边搅拌边加入0.05克的聚乙烯胺，搅拌吸附3min后加入0.15克的 阴离子型聚丙烯酰胺，加水将悬浮液稀释成0. 5%，在纸样抄取器上抄取湿纸板。 将湿纸板折叠成瓦楞状，用氧化铝溶胶固定后，50(TC下灼烧30 min，定型后 可得蜂窝状构件。将构件置于紫外光强度为0.5 mW/cm2环境中，每平方米的复 合纸板每小时可降解1. 5克的浓度为20微克/升的甲醛气体。
实施例6:
取2. 0克的芦苇浆和2. 0克马尾松化学浆的混合浆、1. 8克的二氧化钛和 1. 8克的氧化锌的混合粉体、2.1克的沸石和2. 1克硅藻土的混合吸附剂粉体， 加水配成2%的悬浮液，用疏解机疏解5 min后倒入烧杯；边搅拌边加入0.45 克的阳离子淀粉，搅拌3 min后加入0.15克的阴离子型聚丙烯酰胺，加水将 悬浮液稀释成0.5%，在纸样抄取器上抄湿纸板。将湿纸板折叠成瓦楞状，用氧 化铝溶胶固定后，500'C下灼烧30 min，定型后蜂窝状构件。将构件置于紫外 光强度为0. 5 mW/cm2纸板的环境，每平方米的复合纸板每小时可降解1. 7克的 浓度为20微克/升的戊垸气体。
权利要求
1、一种具有吸附和降解有机物功能的复合纸基材料的制备方法及其应用，其特征是组成金属氧化物粉体30～50％，吸附剂粉体15～35％，无机纤维0～25％，纸浆10～30％，二元助留剂0.5～5％，所述百分比是材料绝干重量百分比；制备将金属氧化物粉体、吸附剂粉体、无机纤维和纸浆配制成重量百分浓度为2～8％的悬浮液，用疏解机疏解5～30min；再加入二元助留剂后用水将已配制的悬浮液稀释为0.5％，形成湿纸板；经压榨后在烘干，即得到复合纸基材料；应用将制备得到的复合纸基材料置于低浓度挥发性有机物环境中，可实现有机物的吸附和连续光催化降解。
2、 根据权利要求1所述的具有吸附和降解有机物功能的复合纸基材料的制备方 法及其应用，其特征是所述的金属氧化物粉体为二氧化钛、氧化锌或氧化铜粉 体，或其混合物。
3、 根据权利要求1所述的具有吸附和降解有机物功能的复合纸基材料的制备方 法及其应用，其特征是所述的吸附剂粉体为沸石、硅藻土、活性炭或竹炭，或 其混合物。
4、 根据权利要求1所述的具有吸附和降解有机物功能的复合纸基材料的制备方 法及其应用，其特征是所述的无机纤维为陶瓷纤维或玻璃纤维，或其混合物。
5、 根据权利要求1所述的具有吸附和降解有机物功能的复合纸基材料的制备方 法及其应用，其特征是所述的纸浆为针叶木化学桨、阔叶木化学浆或草浆的一 种，或其任意比例的混合物。
6、 根据权利要求1所述的具有吸附和降解有机物功能的复合纸基材料的制备方法及其应用，其特征是所述的二元助留剂为阴离子型聚丙烯酰胺和阳离子型高 聚物构成的二元助留剂，其中阳离子型高聚物为聚二甲基二烯丙基氯化铵、阳 离子淀粉或聚乙烯胺，或其混合物。
7、 一种具有吸附和降解有机物功能的复合纸基材料的制备方法及其应用，其特 征是将制备得到的复合纸基材料进一步加工成蜂窝状或细小块状的纸构件，置 于带有自然光源或人工紫外光源的低浓度挥发性有机物的环境中，可实现连续 吸附和光催化降解。
全文摘要
本发明涉及一种具有吸附和降解有机物功能的复合纸基材料的制备方法及应用，材料由30～50％的金属氧化物粉体，15～35％的吸附剂粉体，0～25％的无机纤维，10～30％的纸浆，0.5～5％的二元助留剂组成。制备时，将金属氧化物粉体、吸附剂粉体、无机纤维和纸浆配制成浓度为2～8％的悬浮液，疏解5～30min；再加入二元助留剂后稀释为0.5％，形成湿纸板；经压榨烘干，即得到复合纸基材料。将制备得到的复合纸基材料进一步加工成纸构件，置于带光源的低浓度挥发性有机物环境中，可实现连续光催化降解。利用本发明的纸基材料，解决了用沸石等为载体制备复合催化材料成本高、粒状材料间因摩擦而粉末化的问题，且对低浓度挥发性有机气体具有吸附作用。
文档编号D21H27/00GK101319478SQ200810071
公开日2008年12月10日 申请日期2008年7月2日 优先权日2008年7月2日
发明者吴宗华, 陈少平 申请人:福建师范大学