本发明属功能材料领域，涉及一种除甲醛材料及其制备方法，具体是一种以活性炭为主要成分、可吸收并通电降解甲醛的颗粒状除甲醛材料及其制备方法。
背景技术：
甲醛为无色气体，有特殊的刺激气味，对人眼、鼻等有刺激作用。长期、低浓度接触甲醛会引起头痛、头晕、乏力、感觉障碍、免疫力降低，并可出现瞌睡、记忆力减退或神经衰弱、精神抑郁等。在室内的浓度大于0.08mg/m3的甲醛浓度可引起眼红、眼痒、咽喉不适或疼痛、声音嘶哑、喷嚏、胸闷、气喘、皮炎等，是众多疾病的主要诱因。
目前，在去除室内空气中的甲醛等有害气体方面，应用最多的仍然为活性炭，但是因为其存在容易吸收饱和并且在吸收饱和之后会再次释放造成二次污染等问题，已经无法满足人们的需求。随着近几年人们对室内空气质量的关注度不断增加，在室内空气净化行业逐渐产生了一些新的除醛技术，如：二氧化钛光触媒技术、紫外臭氧技术、等离子体除醛技术、负氧离子除醛技术和纳米铂技术等。但是这些技术都存在着较大的应用限制，二氧化钛光触媒技术需要在400nm以下的紫外线的存在下才能起到降解甲醛的作用，而自然光中紫外线的含量极少，所以该技术实际应用效率较低。在紫外臭氧技术方面，因为紫外线和臭氧均对人体有较大伤害，所以并不适合应用在家居环境中。等离子体除醛技术和负氧离子除醛技术除醛效率较低，且去除率也较低，无法满足家居环境需求。纳米铂因其造价昂贵，目前无法进行普及应用。低成本、易于普及应用的高效除甲醛材料的研发是一个亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种活性炭基除甲醛材料及其制备方法，以凹凸棒土、活性炭、石墨粉、高锰酸钾等常规原料制备颗粒状除甲醛材料，吸收率高，在施加低电压(3～24V)后可以将吸收的甲醛慢慢降解，解决了现有技术除醛效率低、应用条件要求高、成本高等问题。
本发明所采用的技术方案：
一种活性炭基除甲醛材料，其特征是将凹凸棒土、活性炭、二氧化钛、石墨粉、高锰酸钾和活性氧化铝粉(x-p晶相Al2O3)加去离子水溶解，经磁力搅拌、真空抽滤后塑造成颗粒状，高温处理得到成品，其中各成分的重量百分比为：凹凸棒土5～20％、活性炭50～70％、二氧化钛1～5％、石墨粉1～5％、高锰酸钾2～15％、活性氧化铝粉(x-p晶相Al2O3)10～20％，以上各成分百分比含量之和为百分之一百。
一种上述活性炭基除甲醛材料的制备方法，其具体步骤如下：
1、二氧化钛分散液的配置：按1～5％的浓度取纳米级二氧化钛置于去离子水中，磁力搅拌30～40min，搅拌溶解后倒入超声波分散仪中分散30～50min，制得二氧化钛分散液；
2、高锰酸钾溶液的配置：将高锰酸钾按2～15％的浓度溶解于去离子水中，磁力搅拌20～40min，制得高锰酸钾溶液；
3、活性炭负载高锰酸钾处理：按成品材料总质量的50～70％的质量比例秤取活性炭，粉碎并过50～100目筛，倒入1/2的高锰酸钾溶液中，磁力搅拌2～5h，真空抽滤，滤出后放入马弗炉中350～750℃处理1～2h，得到活性炭负载高锰酸钾；
4、活性氧化铝负载高锰酸钾处理：按成品材料总质量的10～20％的质量比例秤取活性氧化铝粉(x-p晶相Al2O3)，倒入1/2的高锰酸钾溶液中，磁力搅拌2～5h，得到活性氧化铝负载高锰酸钾溶液；
5、取凹凸棒土粉碎并过100目筛，按配比取凹凸棒土和石墨粉，以及活性炭负载高锰酸钾，倒入活性氧化铝负载高锰酸钾溶液中，磁力搅拌30～60min，真空抽滤，滤出后放入烘箱中50～70℃烘干，烘干后粉碎过100目筛；
6、将步骤5)所得产物倒入二氧化钛分散液中，磁力搅拌2～5h，真空抽滤，塑造成单粒质量不超过1g的颗粒，放入马弗炉中隔氧200～350℃处理1h，冷去后得到产成品。
所述磁力搅拌的转数为1000～1800r/min，温度为25～37℃。
本发明工艺简单，以凹凸棒土、活性炭、石墨粉、高锰酸钾等常规原料制备颗粒状除甲醛材料，甲醛吸收率高，在通电后又可将吸收的甲醛慢慢降解，解决了现有技术除醛效率低、应用条件要求高、成本高等问题，具有成本低、除醛效率高、无污染、应用条件要求低等特点。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件,或按照制造厂商所建议的条件。
实施例一
1、二氧化钛分散液的配置：按2％的浓度取纳米级二氧化钛置于去离子水中，磁力搅拌30min(转数为1000～1800r/min，温度为25～37℃)，搅拌溶解后倒入超声波分散仪中分散40min，制得二氧化钛分散液；
2、高锰酸钾溶液的配置：将高锰酸钾按8％的浓度溶解于去离子水中，磁力搅拌30min(转数为1000～1800r/min，温度为25～37℃)，制得高锰酸钾溶液；
3、活性炭负载高锰酸钾处理：按成品材料总质量的60％的质量比例秤取活性炭，粉碎并过50～100目筛，倒入1/2的高锰酸钾溶液中，磁力搅拌3h(转数为1000～1800r/min，温度为25～37℃)，真空抽滤，滤出后放入马弗炉中600℃处理1h，得到活性炭负载高锰酸钾；
4、活性氧化铝负载高锰酸钾处理：按成品材料总质量的13％的质量比例秤取活性氧化铝粉(x-p晶相Al2O3)，倒入1/2的高锰酸钾溶液中，磁力搅拌2h(转数为1000～1800r/min，温度为25～37℃)，得到活性氧化铝负载高锰酸钾溶液；
5、取凹凸棒土粉碎并过100目筛，分别按成品材料总质量的14％、3％的质量比例秤取凹凸棒土和石墨粉，然后与活性炭负载高锰酸钾一起倒入活性氧化铝负载高锰酸钾溶液中，磁力搅拌40min(转数为1000～1800r/min，温度为25～37℃)，真空抽滤，滤出后放入烘箱中50℃烘干，烘干后粉碎过100目筛；
6、将步骤5)所得产物倒入二氧化钛分散液中，磁力搅拌3h(转数为1000～1800r/min，温度为25～37℃)，真空抽滤，塑造成单粒质量不超过1g的颗粒，放入马弗炉中隔氧280℃处理1h，冷去后得到产成品。
实施例二
1、二氧化钛分散液的配置：按5％的浓度取纳米级二氧化钛置于去离子水中，磁力搅拌40min(转数为1000～1800r/min，温度为25～37℃)，搅拌溶解后倒入超声波分散仪中分散50min，制得二氧化钛分散液；
2、高锰酸钾溶液的配置：将高锰酸钾按10％的浓度溶解于去离子水中，磁力搅拌30min(转数为1000～1800r/min，温度为25～37℃)，制得高锰酸钾溶液；
3、活性炭负载高锰酸钾处理：按成品材料总质量的55％的质量比例秤取活性炭，粉碎并过50～100目筛，倒入1/2的高锰酸钾溶液中，磁力搅拌4h(转数为1000～1800r/min，温度为25～37℃)，真空抽滤，滤出后放入马弗炉中450℃处理2h，得到活性炭负载高锰酸钾；
4、活性氧化铝负载高锰酸钾处理：按成品材料总质量的18％的质量比例秤取活性氧化铝粉(x-p晶相Al2O3)，倒入1/2的高锰酸钾溶液中，磁力搅拌4h(转数为1000～1800r/min，温度为25～37℃)，得到活性氧化铝负载高锰酸钾溶液；
5、取凹凸棒土粉碎并过100目筛，分别按成品材料总质量的8％、4％的质量比例秤取凹凸棒土和石墨粉，然后与活性炭负载高锰酸钾一起倒入活性氧化铝负载高锰酸钾溶液中，磁力搅拌50min(转数为1000～1800r/min，温度为25～37℃)，真空抽滤，滤出后放入烘箱中60℃烘干，烘干后粉碎过100目筛；
6、将步骤5)所得产物倒入二氧化钛分散液中，磁力搅拌5h(转数为1000～1800r/min，温度为25～37℃)，真空抽滤，塑造成单粒质量不超过1g的颗粒，放入马弗炉中隔氧220℃处理1h，冷去后得到产成品。
实施例三
1、二氧化钛分散液的配置：按3％的浓度取纳米级二氧化钛置于去离子水中，磁力搅拌30min(转数为1000～1800r/min，温度为25～37℃)，搅拌溶解后倒入超声波分散仪中分散30min，制得二氧化钛分散液；
2、高锰酸钾溶液的配置：将高锰酸钾按4％的浓度溶解于去离子水中，磁力搅拌40min(转数为1000～1800r/min，温度为25～37℃)，制得高锰酸钾溶液；
3、活性炭负载高锰酸钾处理：按成品材料总质量的65％的质量比例秤取活性炭，粉碎并过50～100目筛，倒入1/2的高锰酸钾溶液中，磁力搅拌5h(转数为1000～1800r/min，温度为25～37℃)，真空抽滤，滤出后放入马弗炉中700℃处理1h，得到活性炭负载高锰酸钾；
4、活性氧化铝负载高锰酸钾处理：按成品材料总质量的15％的质量比例秤取活性氧化铝粉(x-p晶相Al2O3)，倒入1/2的高锰酸钾溶液中，磁力搅拌2h(转数为1000～1800r/min，温度为25～37℃)，得到活性氧化铝负载高锰酸钾溶液；
5、取凹凸棒土粉碎并过100目筛，分别按成品材料总质量的10％、3％的质量比例秤取凹凸棒土和石墨粉，然后与活性炭负载高锰酸钾一起倒入活性氧化铝负载高锰酸钾溶液中，磁力搅拌30min(转数为1000～1800r/min，温度为25～37℃)，真空抽滤，滤出后放入烘箱中70℃烘干，烘干后粉碎过100目筛；
6、将步骤5)所得产物倒入二氧化钛分散液中，磁力搅拌3h(转数为1000～1800r/min，温度为25～37℃)，真空抽滤，塑造成单粒质量不超过1g的颗粒，放入马弗炉中隔氧320℃处理1h，冷去后得到产成品。
除甲醛试验效果鉴定：
1、实验材料：
玻璃箱，规格为0.5×0.5×1.0m。甲醛发生器(加热炉上放置蒸发皿)。除醛材料实验装置(包括风机、除甲醛材料填充盒、3支架、4.12V直流电压)。甲醛发生器、除醛材料实验装置放置于玻璃箱中。
甲醛标准贮备溶液：取2.8ml含量为36～38％甲醛溶液，放入1L容量瓶中，加水稀释至刻度。此溶液1ml约相当于1mg甲醛。
2、甲醛检测方法：
国标GB/T15516乙酰丙酮分光光度法。
3、检测玻璃箱中甲醛含量自然衰减曲线
向甲醛发生器中加入0.3ml的甲醛标准储备液，封闭玻璃箱，接通甲醛发生器电源，开启风扇，5min后关闭甲醛发生器和风扇，检测时间点记为0，检测起始浓度，每隔30min检测一次，检测时间为5小时，重复3次实验，每测完一次重复后需用去离子水将甲醛模拟玻璃箱内表面清洗3遍，放置自然通风处24小时后在进行第二次重复实验。实验结果见表1：
表1甲醛自然衰减
上述结果表明，甲醛在环境中自然降解的降解率非常低，一般情况下只能依靠相应的措施才能将甲醛去除。
4、除甲醛材料降解甲醛实验
分别秤取实施例一、二、三所得除甲醛材料5g，置于除甲醛材料实验装置中，向甲醛发生器中加入0.3ml的甲醛标准储备液，封闭玻璃箱，接通甲醛发生器电源，开启风扇，5min后关闭甲醛发生器和风扇。检测时间点记为0，检测起始浓度，开启除甲醛材料实验装置的风机后，每隔30min检测一次，待两次检测浓度不变时，视为吸收饱和，接通除甲醛实验装置的电极电源后，每隔30min检测一次，检测总时间为5小时，重复3次实验，每测完一次重复后需用去离子水将甲醛模拟玻璃箱内表面清洗3遍，放置自然通风处24小时后在进行第二次重复实验。记录实验数据，计算平均数。实验结果见表2：
表2除甲醛材料去除甲醛效果
上述除甲醛结果表明，本发明所提供的除甲醛材料具有较好的吸收率，且在通电后可以将所吸收的甲醛降解，解决了常规使用活性炭吸附甲醛存在容易吸收饱和，吸收后再次释放造成二次污染等问题，具有成本低、除醛效率高、无污染、应用条件要求低等特点，适于推广应用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。