专利名称：一种高效生态型无机甲醛吸附材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及可用于室内空气净化的无机吸附材料，尤其涉及一种具有除醛功能的 无机吸附材料及其制备方法。
背景技术：
随着室内装修的不断升温，各种建筑材料的广泛应用，由此引发的室内空气污染 越来越受到人们的关注，其中主要的污染物为来源于油漆、胶合板、刨花板、内墙涂料、塑料 贴面等材料中的甲醛、苯、V0Cs(Volatile OrganicCompounds)等挥发性有机物。目前，甲 醛是我国新装修家庭中的主要污染物，已经被世界卫生组织确定为一类致癌物。现代科学 研究表明甲醛对人体健康的影响主要表现在嗅觉异常、刺激、过敏、肺功能异常、肝功能异 常和免疫功能异常等方面。甲醛在空气中浓度达到0. 06 0. 07mg/m3时，儿童就会发生轻 微气喘。当室内空气中甲醛含量为0. lmg/m3时，就有异味和不适感；达到0. 5mg/m3时，可刺 激眼睛，引起流泪；达到0. 6mg/m3，可引起咽喉不适或疼痛。浓度更高时，可引起恶心呕吐， 咳嗽胸闷，气喘甚至肺水肿；达到30mg/m3时，会立即致人死亡。长期接触低剂量甲醛可引 起慢性呼吸道疾病，引起鼻咽癌、结肠癌、脑瘤、细胞核的基因突变，DNA单链内交连和DNA 与蛋白质交连及抑制DNA损伤的修复、妊娠综合症、引起新生儿染色体异常、白血病，引起 青少年记忆力和智力下降。甲醛的释放周期长达3-15年，遇热遇潮就会从材料深层挥发出 来，严重污染室内环境，尤其对老人、小孩和孕妇危害最大。目前，去除室内甲醛的方法主要有化学法、生物吸收法和吸附法。化学法主要包括 光催化技术、高压电负离子净化技术、臭氧净化技术。化学法成本相对较高，且有可能产生 臭氧等对身体有害的物质。目前，市场上出售的液体类除醛产品，正是利用了化学氧化的原 理，但这类产品治理效果不稳定，使用不方便，且挥发性大。生物吸收法是利用特定的植物 对甲醛进行吸收，如吸毒草对室内装饰材料裂变出来的有害气体有很强的吸收作用。但目 前在绿色植物应用于室内空气净化的研究刚刚起步，还很不成熟，其除醛性能很不稳定。吸 附法是室内空气净化技术中应用最为广泛和最为有效的方法，主要采用固体吸附剂。目前 以各类活性炭及其制品为主的固体吸附剂，吸附效果不尽人意，主要是因为活性炭是由非 极性分子构成；通过调整原料和制备工艺可以在活性炭富集羧基、酚、羰基等酸性官能团， 使活性炭具有一定的极性，但是，与极性吸附材料吸附性能相比，这种改性的活性炭对甲醛 等小分子且具有酸性特性的物质吸附能力仍然十分有限。因此，亟需开发一种低成本的，对 人体无危害，除醛效率较高的室内甲醛污染的净化材料。
发明内容
本发明的实施方案提供可用于净化室内空气中的甲醛的低成本、除醛效率较高并 且对人体无任何危害的生态型无机吸附材料及其制备方法。本发明提供一种高效生态型无机甲醛吸附材料，其特征是由富含硅铝酸盐的矿物 或工业废弃物经激发、聚合而形成，以硅铝酸盐聚合物为主要成分，由无定形态和晶体态无
3机组分组成，具有三维网状多孔凝胶结构和胶凝特性。在一些优选实施方案中，所述无定形 态成分占材料总质量的70 90%，所述晶体成分占材料总质量的10 30%。在一些优选实施方案中，所述的无定形态组分是一种由硅氧四面体与铝氧四面体 发生缩聚反应形成的以-O-Si-O-Al-O-为骨架的无机大分子聚合物，其具有三维网状凝胶 结构，是所述高效生态型无机甲醛吸附材料的主要吸附活性组分。其中硅与铝的摩尔比为 1 1 1 1. 3，近似的化学式为(Na、K、Ca、Mg) (-Si-O-Al-O-Si-O-Al-O)，化学组成为 SiO2 45 50wt%, Al2O3 35 45wt%, Na2O(K2O, MgO、CaO)为 10 15%。所述的晶体 成分，依据制备原料和工艺条件的不同，包含以下成分中的至少一种石英、莫莱石、长石、 Al2O3、CaCO3、沸石、Fe203。所述的高效生态型无机甲醛吸附材料，其同时具有沸石和硅胶两类吸附剂的孔结 构特征，总孔容为0. 17mL/g 0. 36mL/g,比表面积300 650m2/g，孔分布以微孔(孔径 < 2nm)和介孔(孔径在2 50nm之间)为主，两者孔容占总孔容的85 % 95 %，其中微 孔占45 % 60%，介孔占25% 50%。同时，所述的高效生态型无机甲醛吸附材料极性较 强，其骨架结构中具有丰富的硅羟基(Si-OH)和带负电的铝氧四面体([AlO4D,甲醛气体 分子可以通过分子间作用力，也可以通过静电力和化学键合作用吸附到材料表面，因而，所 述的高效生态型无机甲醛吸附材料具有较好的吸附甲醛的能力。所述的高效生态型无机甲醛吸附材料，因具胶凝性，可以形成各种形状，具有较好 力学性能的样品，例如外观形态呈粒度为10 70 μ m的粉体，直径为2 5mm的颗粒状，块 状(包括柱状、长方块状、菱形状等)，也可以是室内装饰板材，家居装饰工艺品等。本发明生态型无机吸附材料的制备方法包括以下步骤一、原料。原料由含硅铝酸盐的固体原料，碱性溶液及复合反应活化剂组成，按质 量比含量如下含硅铝酸盐的固体原料50% 75%，碱性溶液10 40%，复合反应活化 剂10% 15%。所述含硅铝酸盐的固体原料包括以下至少一种原料粘土、高岭土、煤矸 石、粉煤灰、垃圾焚烧灰渣、矿渣、赤泥等。所述碱性溶液为含碱量为3 12mol/L
的 无机碱性溶液。所述复合反应活化剂由硅酸盐类物质和粒径大于1000目的Al2O3组成，两 者的质量比含量分别为75 85%，15% 25%。二、将步骤一所述的含硅铝酸盐的固体原料、碱性溶液和复合反应活化剂混合，搅 拌均勻，搅拌均勻后的物料根据固体原料和碱性溶液的质量比，可以呈粉状、膏状到浆状。三、制备成要求的产品形状。不同外观形态样品的成型方法分别为1.粉状将搅拌均勻后的粉状物料置于养护箱中，在25 100°C，湿度为50% 70 %条件下养护24h，再在自然环境中放置24h后，用球磨机研磨至所需粒度。2.颗粒状将搅拌均勻后的粉状或膏状物料通过造粒机制成球状颗粒，将造粒后 的颗粒置于养护箱中，在温度为25 100°C，湿度为50% 70%条件下养护24h。3.块状成型方式可以是以下两种之一(1)将搅拌均勻的浆状物料注入模具中，然后将模具置于养护箱中，在温度为 25°C 80°C，湿度为70% 95%条件下养护24h后，脱模。(2)将搅拌均勻的粉状物料在粉末压片机上压制，恒压1分钟，脱模，在温度为 40°C 80°C，湿度为50% 95%条件下养护24h。4.室内轻质装饰板材将搅拌均勻的浆状物料，加入少量发泡剂，混合均勻后，注入模具中，置于养护箱中，在温度为25°C 80°C，湿度为70% 85%条件下养护24h。5.家居装饰工艺品将搅拌均勻的浆状或膏状物料注入工艺品模具中，然后将模 具置于养护箱中，在温度为50°C 80°C，湿度为50% 85%条件下养护24h后，脱模。四、将成型后的样品在自然环境下继续养护7天以上即可最终制得产品。在本发明的一些实施方案还涉及可由上述方法制备的生态型无机吸附材料。与现有技术相比，本发明的优点是(1)本发明提供的除醛无机材料，具有发达的孔结构和较大的比表面积，且具有极 性，因而具备更优的甲醛吸附性能。(2)本发明提供的除醛无机材料的主要制备原料来源于工业废弃物或廉价矿物， 且制备过程低能耗，因而制备成本低。(3)本发明提供的除醛无机材料还具备体积稳定性好，耐化学腐蚀，抗渗性好，耐 高温性好，耐水热作用，耐久性好，可自调温调湿等特点。(4)本发明提供的除醛无机材料全部由无机成分组成，对人体无任何危害。(5)本发明提供的除醛无机材料，既适用于车内、家具内等小型空间的除醛，也适 用于住房、办公室等大型室内空间的除醛。
具体实施例方式以下结合具体的实施例子，对本发明的技术方案进行详细说明，但是本发明并不 受这些具体例子的限制。实施例1(1)称取粉煤灰200g，45g含碱量为10mOl/L
的NaOH溶液，30g反应活化剂 其中钠水玻璃为20g，粒径为1500目的Al2O3IOg15(2)将上述原料混合，搅拌均勻，物料呈粉状。(3)将搅拌均勻的物料放入养护箱中，在温度为50。C，湿度为70 %条件下，养护24 小时。(4)将养护后的物料在自然环境中放置24h后，用球磨机研磨至粒度为20 μ m以 下。(5)将研磨后的物料继续在自然环境中继续养护10天，即得粉状样品，标记为样
口口 Ao将200g样品A放入体积为40L的试验箱中，在箱中分别放入玻璃片制成的等量甲 醛污染源的样件，从而使箱内保持一定的甲醛浓度，其中玻璃片尺寸为20cmX 32cm。然后密 闭封箱，测试箱内甲醛原始浓度。24小时后测试试验箱内甲醛浓度，48h后再次测试，测试 结果列于表1。实施例2(1)称取高岭土 200g，80g含碱量为10mOl/L
的KOH溶液，40g反应活化剂(其 中钾水玻璃为32g，粒径为1000目的Al2038g。(2)将上述原料混合，搅拌均勻，物料呈膏状。(3)将搅拌均勻的物料在圆盘造粒机上造粒，得到直径为3 4mm的球形颗粒。(4)将造粒后的颗粒放入养护箱中，在温度为70°C，湿度为65%条件下，养护24小时后取出，自然环境中继续养护10天，即得粒状样品，标记为样品B。采用实施例1中的方法对样品B进行除醛效果的测试，结果列于表1。施例3(1)称垃圾焚烧灰渣200g，IlOg含碱量为5mol/L
的Na2CO3溶液，50g反应活 化剂，其中钠水玻璃为35g，粒径为1500目的Al20315g。(2)将上述原料混合，搅拌均勻，物料呈浆状。(3)将搅拌均勻的物料注入到尺寸为17cmX IOcm的塑料模具中，然后将模具放入 养护箱中，在温度为80°C，湿度为85%条件下，养护24小时。(4)脱模，在自然环境中继续养护10天，即得块状样品，标记为样品C。采用实施例1中的方法对样品C进行除醛效果的测试，结果列于表1。实施例4(1)称取粉煤灰160g，矿渣40g，45g含碱量为6mOl/L
的K2CO3溶液，30g反应 活化剂，其中钾水玻璃为24g，粒径为1000目的Al2036g。(2)将上述原料混合，搅拌均勻，物料呈粉状。(3)将粉状物料在粉末压片机上以90MPa的压力压制，恒压1分钟后，脱模，在温度 为40°C，湿度为50%条件下养护24h。(4)在自然环境中继续养护10天，即得块状样品，标记为样品D。采用实施例1中的方法对样品D进行除醛效果的测试，结果列于表1。实施例5(1)称取高岭土 200g，IOOg含碱量为8mol/L
的Ca (OH) 2溶液，60g反应活化 剂，其中钠水玻璃为48g，粒径为2000目的Al20312g。(2)将上述原料混合，搅拌均勻，物料呈浆状。(3)将搅拌均勻的物料注入到一高度为IOcm的工艺品模具中，然后将模具放入养 护箱中，在温度为60°C，湿度为55%，条件下，养护24小时。(4)脱模，在自然环境中继续养护10天，即得工艺品样品，标记为样品E。采用实施例1中的方法对样品E进行除醛效果的测试，结果列于表1。实施例6(1)称取高岭土 201^，111^含碱量为611101/1
的碱性溶液。所述复合反应活化剂包括硅酸盐类物质和粒径大于1000目的Al2O3，两者的质量比含量分别为75～85％，15％～25％。所述无机吸附材料具有网状多孔凝胶结构，总孔容为0.17mL/g～0.36mL/g，比表面积300～650m2/g，其孔分布以微孔(孔径＜2nm)和介孔(孔径在2～50nm之间)为主，两者孔容占总孔容的85％～95％，其中微孔占45％～60％，介孔占25％～50％。所述无机吸附材料包括占材料总质量的80～95％的无定形态成分和占材料总质量的5～20％的晶体成分。
文档编号B01J20/30GK101940909SQ20101016817
公开日2011年1月12日 申请日期2010年5月4日 优先权日2010年5月4日
发明者韩敏芳, 黄毅 申请人:中国矿业大学(北京)