本发明涉及室内空气净化领域，公开了一种高效净化室内空气的硅藻土壁砖及制备方法。
背景技术：
室内空气污染是指由于室内引起能释放有害物质的污染源或室内环境通风不佳而导致室内空气中毒物质无论是从数量还是从种类上不断增加，由此引起人类的一系列不适症状的现象。室内空气由于所处的环境独特，具有累积性、多样性、长期性、污染物浓度低毒性大、受气候和社会条件的影响等特征。正视室内环境空气污染现状，改善和提高室内环境空气质量，刻不容缓。
室内空气污染物其性质区分为化学性、物理性、生物性和放射性四大类，主要以化学性质的甲醛等为主。目前常用的室内空气净化技术有吸附净化法、非平衡态等离子法、光催化氧化法、生物过滤法、负离子法、臭氧法等。其中吸附净化法是目前去除室内挥发性有机物最常用的净化技术之一，而光催化法具有操作简便、耗能低、反应条件温和、可再循环使用及产生二次污染物少等优点，是目前最具有发展前景的空气净化技术之一。
由于单一的空气净化技术往往存在自身缺陷，无法有效实现空气净化效果，因此通常采用若干种空气净化技术共同配合应用。其中吸附法和光催化法便是非常有效的一类。吸附法中常用的活性炭由于吸附量有限、难以快速、高效除脱有害物，制约其进一步发展，近年来新兴发展的硅藻泥以其优异的吸附性能和装饰效果被用作室内装修空气净化；光催化氧化技术通常采用二氧化钛光催化剂。因此，将多种净化方法相结合，实现优势互补，让空气净化技术在室内能够高效安全的应用，从而使室内空气污染问题得到完善的解决。
中国发明专利申请号201611221150.0公开了一种具有空气净化功能的壁纸的制备方法，属于壁纸技术领域。此发明以钛酸四丁酯为钛源制备纳米二氧化钛，再以正硅酸乙酯为硅源，形成纳米二氧化硅膜包覆在纳米二氧化钛表面，再将其与硅藻土、电气石、聚乙烯醇等研磨配置成涂膜液，最后将涂膜液涂覆在无纺纸表面，再经压花干燥后即可得到具有空气净化功能的壁纸。此发明利用硅藻土、纤维素醚与木纤维等作为涂膜液的基体，能够高效的吸附空气中的游离甲醛，再通过改性纳米二氧化钛和电气石生成的负离子催化分解，来达到清除甲醛和净化室内空气的目的。。
中国发明专利申请号201710528254.4公开了一种净化空气的粉末壁纸，按重量百分比包括：23~32％硅藻土、3~8％可再分散乳胶粉、53~62％重钙、1~4％聚乙烯醇、0.2~1.5％纤维素醚、0.2~1.5％木纤维、2~3％纳米电气石、0.8~2％纳米氧化锌、4~6％纳米二氧化钛、0.3~1.5％干粉消泡剂、0.3~1.5％干粉润湿分散剂、6~12％凹凸棒土，健康环保，防霉性和耐水性好，不易脱落，方便运输和贮存，有效清除室内甲醛和氮氧化物。
根据上述，现有方案中用于室内空气净化的硅藻泥孔隙率较小，微孔易堵塞，吸附效率低，吸附量有限，甲醛分解率低，而传统的与光催化剂结合的技术方法过程复杂，光照强度低，光催化效果不佳，且容易对硅藻泥微孔造成堵塞，进而影响吸附性能，本发明提出了一种高效净化室内空气的硅藻土壁砖及制备方法，可有效解决上述技术问题。
技术实现要素：
目前应用较广的用于空气净化的硅藻泥材料孔隙率小，微孔易堵塞，吸附效率低，吸附量有限，在添加光催化剂制备复合材料后，硅藻土表面孔隙影响光照，使得光照强度低，光能利用率低，影响催化降解效果，并且制备成本较高。为此，本发明提出一种高效净化室内空气的硅藻土壁砖，通过在薄瓷砖表面上釉料时将硅藻土加入釉料，得到硅藻土壁砖。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高效净化室内空气的硅藻土壁砖的制备方法，制备过程为：
（1）二氧化钛与硅藻土的复合：先将干燥的硅藻土进行研磨，然后与二氧化钛粉末加入混合机中，在高速混合下，二氧化钛进入硅藻土的微孔中，制得二氧化钛与硅藻土的复合粉末；
（2）复合浆体的制备：先将所得的二氧化钛与硅藻土的复合粉末加入质量浓度为5-10%的碳酸氢钠溶液中，然后进行超声分散，使碳酸氢钠吸附在硅藻土的微孔内，制得复合浆体；
（3）陶瓷釉料的制备：将步骤（2）得到的复合浆体50-60重量份、氧化锌3-5重量份、氧化硼5-8重量份、碳酸锂1-3重量份、明矾1-3重量份、石英粉3-5重量份、水15-20重量份研磨形成釉料；
（4）硅藻土壁砖的制备：将石英粉25-35重量份、长石30-50份、铝矾土8-15份、白云母3-5重量份球磨、制浆、压制成型，陈化3-5天，然后将步骤（3）研磨的釉料喷涂在陈化砖表面，进一步烧制，釉料中的硅藻土吸附的碳酸氢钠释放气体，冲开硅藻体的微孔，从而使形成的釉面中硅藻土具有良好的微孔，并牢固附着于陶瓷釉面，得到高效净化室内空气的硅藻土壁砖。
优选的，步骤（1）所述硅藻土研磨后的粒径为0.5~2μm，孔隙率为60~70%；所述二氧化钛粉末的粒径为50~200nm。
优选的，步骤（1）所述二氧化钛与硅藻土的重量比为1:7~1:5。
优选的，步骤（2）所述复合粉末与碳酸氢钠溶液的混合质量比为1：2-3。
优选的，步骤（2）所述超声分散的超声频率为30~50khz，功率密度为0.3~0.6w/cm2。
优选的，步骤（4）所述喷涂的涂覆厚度为0.5~1mm。
优选的，步骤（4）所述烧制，温度控制在800-900℃，烧制时间1-2h。
由上述方法制备得到的一种高效净化室内空气的硅藻土壁砖，通过在硅藻土中加载可发泡的碳酸氢钠，将硅藻土混入釉料中，涂敷于瓷砖表面，烧制时，釉料中的硅藻土吸附的碳酸氢钠释放气体，冲开硅藻体的微孔，从而使形成的釉面中硅藻土具有良好的微孔，并牢固附着于陶瓷釉面，得到高效净化室内空气的硅藻土壁砖。并且由于硅藻土微孔含有的二氧化钛，在光照条件下不但对空气中的甲醛等有机气体具有吸附性，而且可以快速分解甲醛等有害气体。克服了现有硅藻土在涂料、面砖中应用微孔易杜塞的缺陷，为硅藻土在室内净化空气的应用提供了相好的技术支撑。
测试本发明制备的硅藻土壁砖的孔隙率、最大吸附量及甲醛分解率，并与活性炭、硅藻土复合壁纸相对比，本发明的方法具有明显优势，如表1所示。
表1：
本发明提供了一种高效净化室内空气的硅藻土壁砖及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1、本发明通过在硅藻土中与载可发泡的碳酸氢钠，将硅藻土混入釉料中，涂敷于瓷砖表面，烧制时，釉料中的硅藻土吸附的碳酸氢钠释放气体，冲开硅藻体的微孔，从而使形成的釉面中硅藻土具有良好的微孔，并牢固附着于陶瓷釉面，得到高效净化室内空气的硅藻土壁砖。
2、本发明通过在硅藻土微孔负载二氧化钛，在光照条件下不但对空气中的甲醛等有机气体具有吸附性，而且可以快速分解甲醛等有害气体。
3本发明的制备工艺过程简单，原料易得，成本低，工业化生产基础好，可规模化推广。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
（1）二氧化钛与硅藻土的复合：先将干燥的硅藻土进行研磨，然后与二氧化钛粉末加入混合机中，在高速混合下，二氧化钛进入硅藻土的微孔中，制得二氧化钛与硅藻土的复合粉末；二氧化钛与硅藻土的重量比为1:1;
（2）复合浆体的制备：先将所得的二氧化钛与硅藻土的复合粉末加入质量浓度为10%的碳酸氢钠溶液中，然后进行超声分散，使碳酸氢钠吸附在硅藻土的微孔内，制得复合浆体；复合粉末与碳酸氢钠溶液的混合质量比为1：2；超声分散的超声频率为30khz，功率密度为0.3w/cm2；
（3）陶瓷釉料的制备：将步骤（2）得到的复合浆体50重量份、氧化锌3重量份、氧化硼5重量份、碳酸锂1重量份、明矾3重量份、石英粉3重量份、水15重量份研磨形成釉料；
（4）硅藻土壁砖的制备：将石英粉25重量份、长石30份、铝矾土8份、白云母3重量份球磨、制浆、压制成型，陈化3天，然后将步骤（3）研磨的釉料喷涂在陈化砖表面，喷涂的涂覆厚度为1mm，进一步温度控制在900℃，烧制时间2h，釉料中的硅藻土吸附的碳酸氢钠释放气体，冲开硅藻体的微孔，从而使形成的釉面中硅藻土具有良好的微孔，并牢固附着于陶瓷釉面，得到高效净化室内空气的硅藻土壁砖。
实施例1制得的硅藻土壁砖，其孔隙率、甲醛分解性能，如表2所示。
实施例2
（1）二氧化钛与硅藻土的复合：先将干燥的硅藻土进行研磨，然后与二氧化钛粉末加入混合机中，在高速混合下，二氧化钛进入硅藻土的微孔中，制得二氧化钛与硅藻土的复合粉末；二氧化钛与硅藻土的重量比为1:2;
（2）复合浆体的制备：先将所得的二氧化钛与硅藻土的复合粉末加入质量浓度为10%的碳酸氢钠溶液中，然后进行超声分散，使碳酸氢钠吸附在硅藻土的微孔内，制得复合浆体；复合粉末与碳酸氢钠溶液的混合质量比为1：3；超声分散的超声频率为50khz，功率密度为0.6w/cm2；
（3）陶瓷釉料的制备：将步骤（2）得到的复合浆体60重量份、氧化锌5重量份、氧化硼5重量份、碳酸锂1重量份、明矾3重量份、石英粉5重量份、水15重量份研磨形成釉料；
（4）硅藻土壁砖的制备：将石英粉35重量份、长石50份、铝矾土8份、白云母3重量份球磨、制浆、压制成型，陈化4天，然后将步骤（3）研磨的釉料喷涂在陈化砖表面，喷涂的涂覆厚度为0.5mm，进一步温度控制在800℃，烧制时间1h，釉料中的硅藻土吸附的碳酸氢钠释放气体，冲开硅藻体的微孔，从而使形成的釉面中硅藻土具有良好的微孔，并牢固附着于陶瓷釉面，得到高效净化室内空气的硅藻土壁砖。
实施例2制得的硅藻土壁砖，其孔隙率、甲醛分解性能，如表2所示。
实施例3
（1）二氧化钛与硅藻土的复合：先将干燥的硅藻土进行研磨，然后与二氧化钛粉末加入混合机中，在高速混合下，二氧化钛进入硅藻土的微孔中，制得二氧化钛与硅藻土的复合粉末；二氧化钛与硅藻土的重量比为2:1;
（2）复合浆体的制备：先将所得的二氧化钛与硅藻土的复合粉末加入质量浓度为10%的碳酸氢钠溶液中，然后进行超声分散，使碳酸氢钠吸附在硅藻土的微孔内，制得复合浆体；复合粉末与碳酸氢钠溶液的混合质量比为1：3；超声分散的超声频率为50khz，功率密度为0.3w/cm2；
（3）陶瓷釉料的制备：将步骤（2）得到的复合浆体55重量份、氧化锌5重量份、氧化硼6重量份、碳酸锂2重量份、明矾2重量份、石英粉4重量份、水15重量份研磨形成釉料；
（4）硅藻土壁砖的制备：将石英粉25重量份、长石50份、铝矾土15份、白云母5重量份球磨、制浆、压制成型，陈化5天，然后将步骤（3）研磨的釉料喷涂在陈化砖表面，喷涂的涂覆厚度为1mm，进一步温度控制在800℃，烧制时间2h，釉料中的硅藻土吸附的碳酸氢钠释放气体，冲开硅藻体的微孔，从而使形成的釉面中硅藻土具有良好的微孔，并牢固附着于陶瓷釉面，得到高效净化室内空气的硅藻土壁砖。
实施例3制得的硅藻土壁砖，其孔隙率、甲醛分解性能，如表2所示。
实施例4
（1）二氧化钛与硅藻土的复合：先将干燥的硅藻土进行研磨，然后与二氧化钛粉末加入混合机中，在高速混合下，二氧化钛进入硅藻土的微孔中，制得二氧化钛与硅藻土的复合粉末；二氧化钛与硅藻土的重量比为5:1;
（2）复合浆体的制备：先将所得的二氧化钛与硅藻土的复合粉末加入质量浓度为10%的碳酸氢钠溶液中，然后进行超声分散，使碳酸氢钠吸附在硅藻土的微孔内，制得复合浆体；复合粉末与碳酸氢钠溶液的混合质量比为1：3；超声分散的超声频率为30khz，功率密度为0.3w/cm2；
（3）陶瓷釉料的制备：将步骤（2）得到的复合浆体60重量份、氧化锌5重量份、氧化硼5重量份、碳酸锂1重量份、明矾3重量份、石英粉3重量份、水20重量份研磨形成釉料；
（4）硅藻土壁砖的制备：将石英粉30重量份、长石30份、铝矾土10份、白云母3重量份球磨、制浆、压制成型，陈化3天，然后将步骤（3）研磨的釉料喷涂在陈化砖表面，喷涂的涂覆厚度为0.5mm，进一步温度控制在850℃，烧制时间1h，釉料中的硅藻土吸附的碳酸氢钠释放气体，冲开硅藻体的微孔，从而使形成的釉面中硅藻土具有良好的微孔，并牢固附着于陶瓷釉面，得到高效净化室内空气的硅藻土壁砖。
实施例4制得的硅藻土壁砖，其孔隙率、甲醛分解性能，如表2所示。
对比例1
（1）二氧化钛与硅藻土的复合：先将干燥的硅藻土进行研磨，然后与二氧化钛粉末加入混合机中，在高速混合下，二氧化钛进入硅藻土的微孔中，制得二氧化钛与硅藻土的复合粉末；二氧化钛与硅藻土的重量比为5:1;
（2）复合浆体的制备：将所得的二氧化钛与硅藻土的复合粉末与水进行超声分散，制得复合浆体；复合粉末与谁质量比为1：3；超声分散的超声频率为30khz，功率密度为0.3w/cm2；
（3）陶瓷釉料的制备：将步骤（2）得到的复合浆体60重量份、氧化锌5重量份、氧化硼5重量份、明矾3重量份、石英粉3重量份、水20重量份研磨形成釉料；
（4）硅藻土壁砖的制备：将石英粉30重量份、长石30份、铝矾土10份、白云母3重量份球磨、制浆、压制成型，陈化3天，然后将步骤（3）研磨的釉料喷涂在陈化砖表面，喷涂的涂覆厚度为0.5mm，进一步温度控制在850℃，烧制时间1h，得到硅藻土壁砖。
对比例没有添加碳酸氢钠，得到的硅藻土壁砖，其孔隙率、甲醛分解性能，如表2所示。
向5个1立方的恒温密闭空间内分别粘贴实施例1-4、对比例1得到的硅藻土壁砖，充入甲醛，使密闭空间内的甲醛含量统一为5mg/m³，测试12h后甲醛净化情况，如表2所示。
表2：
通过测试，本发明净化性能优异，可以将室内甲醛控制在国家标准gb50325-2010以下。