专利名称：一种纳米光触媒改性炭吸附杀菌材料及其制造方法
技术领域：
本发明属于环保、化工和医学卫生行业中的吸附杀菌材料制造技术领域。
背景技术：
当今世界，由于各种化学和生物制品的使用越来越多，环境污染，特别是室内有毒、有害气体的污染日趋恶化，对人们的身体健康构成了严重的威胁，人们迫切需要各种能够长期发挥作用、有效清除室内有毒、有害气体，并且不产生二次污染的吸附材料。将竹材、木材或果壳等原料在隔绝空气或通入少量空气的条件下加热使其分解制得炭(竹炭、木炭、果壳炭等)。炭(竹炭、木炭、果壳炭等)的孔隙结构发达，具有很大的比表面积和较强的吸附性能。而炭作为常用的吸附材料，普遍存在着吸附饱和这一缺点。新型的纳米二氧化钛光触媒水溶胶是用化学合成的方法直接制成，其在光的作用下，纳米二氧化钛会产生类似光合作用的光催化反应，产生氧化分解能力极强的自由基和活性氧，这些产物可把吸附在炭表面及微孔内壁中的有机污染物分解成二氧化碳和水，同时可以将所吸附的各种有害微生物杀灭。
专利申请案02139274.9中提供料一种高吸附性光催化剂及载体材料，该案需要使用淀粉，淀粉颗粒覆盖在光催化剂表面，大大影响了光催化剂的催化效率，同时造成纳米颗粒团聚失效。该案中使用的是300--800目的活性炭颗粒，由于颗粒太小，加工生产易造成粉尘污染，严重的有爆炸的危险，制得的吸附材料不能单独使用，还需结合载体才能使用，应用领域受到很大限制。
专利申请案200310112754中提供了一种纳米改性光催化炭吸附杀菌材料，该案用80---200目的粉状炭和纳米二氧化钛及其抗菌剂为原料混合而成，由于炭粒小，加工生产易造成粉尘污染，严重的有爆炸的危险，制得的吸附材料使用时容易泄露造成使用环境的污染；采用的纳米二氧化钛及抗菌剂是在使用时用纳米材料制成乳液，其容易造成纳米颗粒团聚而失去光催化及抗菌活性。
专利申请案200410037685.3中提供了一种纳米改性保健竹炭的生产方法，该案采用20-400目的竹炭颗粒为原料，与纳米二氧化钛及其抗菌剂为原料混合而成，其也有上一案的同样的不足之处。
发明内容本发明的目的是提供一种更为高效、长效的炭吸附材料，且同时具备杀菌功能的新型纳米改性炭产品，其可在光的作用下将吸附在微孔中的有机污染物分解从而实现自然再生。
为了达到上述的技术目的，本发明采用的技术解决方案包括以下内容一种纳米光触媒改性炭吸附材料，以木材、竹材或果壳为原料，用常规热解工艺制成单粒几何最大尺寸为0.9-50毫米(即留于20目标准筛)的颗粒状炭；与用化学法直接合成的纳米光触媒水溶胶经过加温、浸泡、混合后，所用的化学合成纳米光触媒水溶胶中含有的二氧化钛的重量比浓度为0.01％-2.0％；然后经过常温或加热干燥后制成。
所述的颗粒状炭粒单粒最大几何尺寸为0.9-50毫米(即留于20目标准筛)。所述的化学法直接合成的纳米光触媒水溶胶中含有的二氧化钛的重量比浓度为0.01％-2.0％，该溶胶颗粒小且均匀稳定，最小粒径可达2-3纳米，光催化效率高且同时具备杀菌功能，无需再加纳米抗菌剂。所述的化学合成纳米光触媒水溶胶与颗粒炭混合的重量比为0.001-500∶1。述的化学合成纳米光触媒水溶胶与颗粒炭混合的最佳重量比为0.05-100∶1。
一种生产纳米光触媒改性炭吸附杀菌材料的生产工艺，该工艺包括a、采用600℃-950℃温度将木材、竹材或果壳进行热解，制成炭，再将炭粉碎制成单粒最大几何尺寸为0.9-50毫米的颗粒状炭；b、将上述的颗粒状炭与上述的化学法直接合成的纳米光触媒水溶胶进行混合和搅拌；c、将上述的混合物放置到真空压力容器中，并对其进行加压与抽真空的处理；d、将上述装有混和物料的容器先进行加压再抽真空或只加压不抽真空或只加温不加压不抽真空处理，将纳米二氧化钛光触媒均匀负载在炭粒内孔壁及表面；e、最后将上述的混合物进行常温或加热干燥处理。
所述的加压工艺过程中的压力范围为1×102-2×104Kpa，最佳压力范围为1×102-6×103Kpa；所述的抽真空工艺过程中的真空度为1×105-1×10-6pa，最佳范围为1×104-1×10-2pa。
通过采用上述的技术解决方案，本发明获得了以下技术优点和效果1、是使用0.9-50毫米炭粒，方便实际应用中使用，避免颗粒太细造成泄漏从而造成生产和使用场所的污染，可直接用无纺布包装后放在室内和汽车内吸附甲醛、苯系物等有毒有害气体，同时在光触媒的作用下将吸附在炭中的有害有毒物质分解成二氧化碳和水，并将吸附的病菌杀死，实现炭吸附能力的再生；2、采用化学法直接合成的纳米光触媒水溶胶，保证了纳米颗粒的稳定，避免了采用纳米材料调制纳米乳液容易造成纳米颗粒团聚而失去活性的缺点，且采用化学法直接合成的纳米光触媒水溶胶同时具有杀菌功能，无需再另加纳米抗菌剂；3、采用加压-循环生产工艺保证了纳米光触媒颗粒在炭粒内孔壁的彻底均匀分布，减少纳米材料的消耗，提高材料的吸附分解效率。
具体实施方式下面将对本发明进行进一步的描述实施例1a.将竹子的主干截成段，用最终炭化温度为600-950℃的常规热解工艺加工制成0.9-50毫米的颗粒状竹炭；b.将含有二氧化钛重量比为0.01％-2.0％的化学合成纳米溶胶与上述的颗粒状竹炭按照重量比0.001-500∶1进行均匀混合；C.将上述的混合物放置到可以进行加压和抽真空的容器中，进行加压-抽真空处理；在上述的操作过程中进行加压的压力为1×102-2×104Kpa，抽真空时的真空度为1×104--1×10-2pa，循环操作的次数为1次；d.将上述的纳米改性竹炭材料进行常温干燥，即可制得成品纳米光触媒改性炭吸附材料。
经检测，成品纳米光触媒改性炭吸附材料的理化性能指标如下外观黑色碳含量85％二氧化钛有效含量＜5％。
实施例2a.将竹子的主干截成段，用最终炭化温度为600℃-700℃的常规热解工艺加工制成2-5毫米的颗粒状竹碳；b.将含有二氧化钛重量比为0.01％-0.05％的化学合成纳米溶胶与上述的颗粒状竹碳按照重量比0.05-100∶1进行均匀混合。
C.将上述的混合物放置到可以进行加压和抽真空功能的压力容器中，进行加压同时进行搅拌；在上述的操作过程中进行加压，压力为1×102-6×103Kpa，上述的操作的循环次数为2次。
d.将纳米光触媒改性炭吸附材料进行加热干燥，即可制得成品纳米光触媒改性炭吸附材料。
实施例3a.将竹子的主干截成段，用最终炭化温度为650℃-750℃的常规热解工艺加工制成6-10毫米的颗粒状竹炭；b.将含有二氧化钛重量比为1％-2％的化学合成纳米溶胶与上述的颗粒状竹炭按照重量比100∶1进行均匀混合。
C.将上述的混合物放置到可以进行加压和抽真空功能的压力容器中，在上述的操作过程中进行抽真空处理，使用的真空度为1×105-1×10-6pa。
d.将纳米光触媒改性炭吸附材料进行常温或加热干燥。即可制得成品纳米光触媒改性炭吸附材料。
实施例4a.将竹子的主干截成段，用最终炭化温度为800℃的常规热解工艺加工制成1-3毫米的颗粒状竹炭；b.将含有二氧化钛重量比为0.5-1％的化学合成纳米溶胶与上述的颗粒状竹炭按照重量比50∶1进行均匀混合；C.将上述的混合物放置到容器中，同时进行搅拌；上述的操作时间一般在20-30分钟；d.将纳米光触媒改性炭吸附材料进行常温或加热干燥。即可制得成品纳米光触媒改性炭吸附材料。
实施例5a.将竹子的主干截成段，用最终炭化温度为750℃-850℃的常规热解工艺加工制成3-5毫米的颗粒状竹炭；b.将含有二氧化钛重量比为0.5％的化学合成纳米溶胶与上述的颗粒状竹炭按照重量比200∶1进行均匀混合；C.将上述的混合物放置到压力容器中，进行反复的加压和恢复常压处理并将上述的过程进行多次的循环；在上述的操作过程中进行加压的压力为1×104-1×10-2pa，循环的次数一般控制在2-4次；d.将纳米光触媒改性炭吸附材料进行常温或加热干燥，即可制得成品纳米光触媒改性炭吸附材料。
实施例6a.将竹子的主干截成段，用最终炭化温度为850℃-950℃的常规热解工艺加工制成5-8毫米的颗粒状竹炭；b.将含有二氧化钛重量比为2％的化学合成纳米溶胶与上述的颗粒状竹炭按照重量比400∶1进行均匀混合。
C.将上述的混合物放置到压力容器中，进行反复的抽真空和恢复常压处理并将上述的过程进行多次的循环；在上述的操作过程中采用的真空度为1×10-2pa，循环的次数一般控制在3次。
d.将纳米光触媒改性炭吸附材料进行常温或加热干燥，即可制得成品纳米光触媒改性炭吸附材料。
权利要求
1.一种纳米光触媒改性炭吸附杀菌材料，其特征在于木材、竹材或果壳为原料，用常规热解工艺制成颗粒单粒几何最大尺寸为0.9-50毫米(即留于20目标准筛)的颗粒状炭；与化学合成纳米水溶胶经过加温、加压、浸泡和混合，所用的化学合成纳米光触媒水溶胶中含有的二氧化钛的重量比浓度为0.01％-2.0％；然后经过常温或加热干燥制成。
2.根据权利要求1所述的一种纳米光触媒改性炭吸附杀菌材料，其特征在于所述的颗粒状炭的颗粒单粒最大几何尺寸为0.9-50毫米(即留于20目标准筛)。
3.根据权利要求1所述的一种纳米光触媒改性炭吸附杀菌材料，其特征在于化学合成纳米光触媒水溶胶中含有的二氧化钛的最佳重量比浓度为0.25％-1.0％。
4.根据权利要求1所述的一种纳米光触媒改性炭吸附杀菌材料，其特征在于所述的化学合成纳米光触媒水溶胶与颗粒炭混合的重量比为0.001-500∶1。
5.根据权利要求1所述的一种纳米光触媒改性炭吸附杀菌材料，其特征在于所述的化学合成纳米光触媒水溶胶与颗粒炭混合的最佳重量比为0.05-100∶1。
6.一种生产如权利要求1所述的纳米光触媒改性炭吸附杀菌材料的生产工艺，其特征在于该工艺包括a、采用600℃-950℃温度将木材、竹材或果壳进行热解制成炭，再将炭粉碎成几何最大尺寸为0.9-50毫米(即留于20目标准筛)的颗粒状炭；b、将上述的颗粒状炭与上述的纳米光触媒水溶胶进行混合和搅拌；c、将上述的混合物放置到真空压力容器中，并对其进行加热及加压与抽真空的循环处理；d、将上述装有混和物料的容器先进行加压再抽真空或只加压不抽真空或只加温不加压不抽真空处理，将纳米二氧化钛光触媒均匀地负载在炭粒内孔及表面；e、最后将上述的混合物进行常温或加热干燥处理。
7.根据权利要求6所述的纳米光触媒改性炭吸附杀菌材料的生产工艺，其特征在于所述的加压工艺过程中的压力范围为1×102-2×104Kpa。
8.根据权利要求6或者7任意一个所述的纳米光触媒改性炭吸附杀菌材料的生产工艺，其特征在于所述的加压工艺过程中的最佳压力范围为1×102-6×103Kpa。
9.根据权利要求6所述的纳米光触媒改性炭吸附杀菌材料的生产工艺，其特征在于所述的抽真空工艺过程中的真空度为1×105-1×10-6pa。
10.根据权利要求6或者9任意一个所述的纳米光触媒改性炭吸附杀菌材料的生产工艺，其特征在于所述的抽真空工艺过程中的最佳真空度为1×104-1×10-2pa。
全文摘要
本发明属于环保、化工和医学卫生行业中的吸附杀菌材料制造技术领域。一种纳米光触媒改性炭吸附杀菌材料，以木材、竹材或果壳为原料，用常规热解工艺制成颗粒单粒几何最大尺寸为0.9－50毫米(即留于20目标准筛)的颗粒状炭；与化学合成纳米水溶胶经过加温、加压、浸泡和混合，所用的化学合成纳米光触媒水溶胶中含有的二氧化钛的重量比浓度为0.01％－2.0％；然后经过常温或加热干燥制成。本发明可以提供一种更为高效、长效的炭吸附材料，且同时具备杀菌功能的新型纳米改性炭产品，其可在光的作用下将吸附在微孔中的有机污染物分解从而实现自然再生。
文档编号B01J20/20GK1970141SQ200510101449
公开日2007年5月30日 申请日期2005年11月24日 优先权日2005年11月24日
发明者严义清 申请人:严义清