本发明涉及空气净化剂技术领域，具体涉及一种复合空气净化剂。
背景技术：
室内空气的质量是影响人体健康和思想情绪的重要因素。目前，国内外采用的空气净化方法，主要有空气抽滤法、遮盖法、氧化法等。采用抽滤法，需要大型机械设备，在居室、车厢、厕所等环境难以实施；遮盖法是以喷洒芳香物质掩盖异味，但不能消除异味物质对人体的伤害；氧化法是利用电解原理产生负氧离子对空气进行消毒净化，但是效果并不理想，而且价格较高。空气净化剂是利用固体吸附剂、强氧化剂和芳香物质，对室内空气进行综合净化处理，可以彻底消除异味，净化空气。普通的空气净化剂对有害物质的吸附率较低，而且使用期限低，功能单一。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种复合空气净化剂，它能够对室内的有害气体和粉尘进行吸附和降解，能够持久、彻底的净化室内的空气。
为了实现上述目的，本发明提供一种复合空气净化剂，由如下重量份的物质制成：硅藻土5～15重量份、植物纤维30～50重量份、碱性溶液50～80重量份、有机钛酸酯3～12重量份、硅烷偶联剂3～4重量份、氧化石墨烯5～8重量份、发泡剂1～5重量份、天然凝胶80～150重量份、溶剂10～50重量份。
通过上述技术方案，本发明将多孔植物纤维、硅藻土和有机钛酸酯混合，能够使硅藻土与有机钛酸酯进入多孔纤维的孔隙中，然后进行封闭热反应，使有机钛酸酯分解生成纳米二氧化钛并与硅藻土反应，在植物纤维的孔隙内原位生成了具有催化性能的纳米二氧化钛改性硅藻土，即改性多孔植物纤维，改性多孔纤维含有丰富的孔隙结构，能够吸附空气中的有害气体，并原位催化降解，达到净化空气的作用。
将改性多孔纤维、石墨烯和发泡剂在天然凝胶中反应，一方面可以用石墨烯对改性多孔纤维进行进一步复合，提高其催化降解的效果；此外，发泡剂添加至天然凝胶中，然后高温加热，能在凝胶中形成多孔结构，提高了凝胶材料的比表面积，从而提高复合空气净化剂的吸附性能。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供一种复合空气净化剂，由如下重量份的物质制成：硅藻土5～15重量份、植物纤维30～50重量份、碱性溶液50～80重量份、有机钛酸酯3～12重量份、硅烷偶联剂3～4重量份、氧化石墨烯5～8重量份、发泡剂1～5重量份、天然凝胶80～150重量份、溶剂10～50重量份。优选条件下，所述复合空气净化剂，由如下重量份的物质制成：硅藻土6～12重量份、植物纤维35～45重量份、碱性溶液60～75重量份、有机钛酸酯5～10重量份、硅烷偶联剂3～4重量份、氧化石墨烯5～8重量份、发泡剂1～5重量份、天然凝胶100～120重量份、溶剂10～50重量份。
本发明还提供一种所述复合空气净化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将植物纤维在碱性溶液中浸泡5～24h，得到多孔植物纤维；
(2)将多孔植物纤维、硅藻土、有机钛酸酯和硅烷偶联剂在溶剂中混合均匀后，超声15～30min，然后在80～120℃下密封反应3～6h，得到改性多孔植物纤维；
(3)将改性多孔植物纤维、天然凝胶、发泡剂和氧化石墨烯在溶剂中搅拌2～4h，然后在150～250℃下干燥1～3h，即得到复合空气净化剂。
本发明中将植物纤维在碱性溶液中浸泡，能够除去植物纤维中的胶质，从而形成多孔植物纤维，本发明对植物纤维的种类没有特殊的要求，例如所述植物纤维选自秸秆纤维、苎麻纤维、大麻纤维、亚麻纤维、棉花纤维、竹纤维、剑麻纤维、椰子纤维、蕉麻纤维和黄麻纤维中的至少一种。
本发明将多孔植物纤维、硅藻土和有机钛酸酯混合，能够使硅藻土与有机钛酸酯进入多孔纤维的孔隙中，然后进行封闭热反应，使有机钛酸酯分解生成纳米二氧化钛并与硅藻土反应，在植物纤维的孔隙内原位生成了具有催化性能的纳米二氧化钛改性硅藻土；优选条件下，所述有机钛酸酯选自钛酸四乙酯、钛酸四甲酯、钛酸四异丙酯、钛酸四异丁酯、钛酸四正丁酯中的至少一种。进一步优选的，所述硅烷偶联剂选自硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570、硅烷偶联剂kh580、硅烷偶联剂kh590、硅烷偶联剂kh792、硅烷偶联剂kbm602、硅烷偶联剂a151和硅烷偶联剂a171中的至少一种。
本发明中，发泡剂添加至天然凝胶中，然后高温加热，能在凝胶中形成多孔结构，提高了凝胶材料的比表面积，从而提高复合空气净化剂的吸附性能。优选条件下，所述天然凝胶选自黄原胶、刺梧桐树胶、阿拉伯树胶、黄蓍胶、海藻胶和瓜尔胶中的至少一种。所述发泡剂选自偶氮化合物、磺酰肼类化合物、亚硝基化合物和碳酸盐中的至少一种，例如可以为4,4-氧代双苯磺酰肼、偶氮二甲酰胺、n,n’-二亚硝基五次甲基四胺和碳酸钠中的至少一种。
为了除去硅藻土中的杂质，提高硅藻土的孔隙率，从而提高硅藻土对空气的吸附率，本发明还对硅藻土进行改性处理，优选条件下，所述硅藻土的改性工艺为：将硅藻土在在250～350℃下煅烧2～5h。
进一步优选的，所述溶剂选自丙酮、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二乙基甲酰胺、乙醇、醋酸、乙酸乙酯、氯仿、四氢呋喃、石油醚、二甲基亚砜和水中的至少一种。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
一种复合空气净化剂，由如下重量份的物质制成：硅藻土10重量份(粒径为200nm)、苎麻纤维40重量份、氢氧化钠溶液(2m)72重量份、钛酸四甲酯6重量份、硅烷偶联剂kh5603重量份、氧化石墨烯6重量份、4,4-氧代双苯磺酰肼2重量份、刺梧桐树胶120重量份、n,n-二甲基甲酰胺50重量份。
(1)将苎麻纤维在氢氧化钠溶液(2m)中浸泡12h，得到多孔苎麻纤维；
将硅藻土在在300℃下煅烧3h，得到改性硅藻土；
(2)将多孔苎麻纤维、改性硅藻土(粒径为200nm)、钛酸四甲酯和硅烷偶联剂kh560在n,n-二甲基甲酰胺中混合均匀后，超声20min，然后在100℃下密封反应4h，得到改性多孔苎麻纤维；
(3)将改性多孔苎麻纤维、刺梧桐树胶、4,4-氧代双苯磺酰肼和氧化石墨烯在n,n-二甲基甲酰胺中搅拌3h，然后在180℃下煅烧2h，即得到复合空气净化剂。
实施例2
一种复合空气净化剂，由如下重量份的物质制成：硅藻土12重量份(粒径为500nm)、棉花纤维35重量份、氢氧化钠溶液(2m)75重量份、钛酸四异丁酯5重量份、硅烷偶联剂kh5503重量份、氧化石墨烯5重量份、n,n’-二亚硝基五次甲基四胺3重量份、海藻胶120重量份、水50重量份。
(1)将棉花纤维在氢氧化钠溶液(2m)中浸泡12h，得到多孔棉花纤维；
将硅藻土在在280℃下煅烧3.5h，得到改性硅藻土；
(2)将多孔棉花纤维、硅藻土(粒径为500nm)、钛酸四异丁酯和硅烷偶联剂kh550在水中混合均匀后，超声25min，然后在100℃下密封反应5h，得到改性多孔棉花纤维；
(3)将改性多孔棉花纤维、海藻胶、n,n’-二亚硝基五次甲基四胺和氧化石墨烯在水中搅拌2.5h，然后在200℃下煅烧1.5h，即得到复合空气净化剂。
实施例3
一种复合空气净化剂，由如下重量份的物质制成：硅藻土6重量份(粒径为500nm)、黄麻纤维45重量份、氢氧化钠溶液(2m)60重量份、钛酸四正丁酯10重量份、硅烷偶联剂kh5704重量份、氧化石墨烯8重量份、偶氮二甲酰胺4重量份、瓜尔胶100重量份、n-甲基吡咯烷酮50重量份。
(1)将黄麻纤维在氢氧化钠溶液(2m)中浸泡10h，得到多孔黄麻纤维；
将硅藻土在在250℃下煅烧5h，得到改性硅藻土；
(2)将多孔黄麻纤维、硅藻土(粒径为500nm)、硅烷偶联剂kh570和钛酸四正丁酯在n-甲基吡咯烷酮中混合均匀后，超声20min，然后在100℃下密封反应4h，得到改性多孔黄麻纤维；
(3)将改性多孔黄麻纤维、瓜尔胶、偶氮二甲酰胺和氧化石墨烯在n-甲基吡咯烷酮中搅拌3.5h，然后在200℃下煅烧1h，即得到复合空气净化剂。
实施例4
一种复合空气净化剂，由如下重量份的物质制成：硅藻土15重量份(粒径为600nm)、椰子纤维30重量份、氢氧化钠溶液(2m)80重量份、酸四正丁酯3重量份、硅烷偶联剂a1513.2重量份、氧化石墨烯7重量份、碳酸钠5重量份、阿拉伯树胶80重量份、乙醇10重量份。
(1)将椰子纤维在氢氧化钠溶液(2m)中浸泡5h，得到多孔椰子纤维；
将硅藻土在350℃下煅烧2h，得到改性硅藻土；
(2)将多孔椰子纤维、硅藻土(粒径为600nm)、硅烷偶联剂a151和酸四正丁酯在乙醇中混合均匀后，超声30min，然后在120℃下密封反应3h，得到改性多孔椰子纤维；
(3)将改性多孔椰子纤维、阿拉伯树胶、碳酸钠和氧化石墨烯在乙醇中搅拌2h，然后在250℃下煅烧1h，即得到复合空气净化剂。
实施例5
一种复合空气净化剂，由如下重量份的物质制成：硅藻土5重量份(粒径为800nm)、剑麻纤维50重量份、氢氧化钠溶液(2m)50重量份、钛酸四乙酯12重量份、硅烷偶联剂kbm6023.5重量份、氧化石墨烯6重量份、偶氮二甲酰胺2.3重量份、刺梧桐树胶150重量份、水45重量份。
(1)将剑麻纤维在氢氧化钠溶液(2m)中浸泡24h，得到多孔剑麻纤维；
(2)将多孔剑麻纤维、硅藻土(粒径为800nm)、硅烷偶联剂kbm602和钛酸四乙酯在水中混合均匀后，超声15min，然后在80℃下密封反应6h，得到改性多孔剑麻纤维；
(3)将改性多孔苎麻纤维、刺梧桐树胶、偶氮二甲酰胺和氧化石墨烯在水中搅拌4h，然后在150℃下煅烧3h，即得到复合空气净化剂。
对比例1
一种复合空气净化剂，由如下重量份的物质制成：苎麻纤维40重量份、钛酸四甲酯6重量份、硅烷偶联剂kh5603重量份、氧化石墨烯6重量份、4,4-氧代双苯磺酰肼2重量份、刺梧桐树胶120重量份、n,n-二甲基甲酰胺50重量份。
(1)将苎麻纤维在氢氧化钠溶液(2m)中浸泡12h，得到多孔苎麻纤维；
(2)将多孔苎麻纤维、钛酸四甲酯在n,n-二甲基甲酰胺中混合均匀后，超声20min，然后在100℃下密封反应4h，得到改性多孔苎麻纤维；
(3)将改性多孔苎麻纤维、刺梧桐树胶、4,4-氧代双苯磺酰肼和氧化石墨烯在n,n-二甲基甲酰胺中搅拌3h，然后在180℃下煅烧2h，即得到复合空气净化剂。
对比例2
一种复合空气净化剂，由如下重量份的物质制成：硅藻土10重量份(粒径为200nm)、苎麻纤维40重量份、氢氧化钠溶液(2m)72重量份、钛酸四甲酯6重量份、硅烷偶联剂kh5603重量份、4,4-氧代双苯磺酰肼2重量份、刺梧桐树胶120重量份、n,n-二甲基甲酰胺50重量份。
(1)将苎麻纤维在氢氧化钠溶液(2m)中浸泡12h，得到多孔苎麻纤维；
将硅藻土在在300℃下煅烧3h，得到改性硅藻土；
(2)将多孔苎麻纤维、改性硅藻土(粒径为200nm)、钛酸四甲酯和硅烷偶联剂kh560在n,n-二甲基甲酰胺中混合均匀后，超声20min，然后在100℃下密封反应4h，得到改性多孔苎麻纤维；
(3)将改性多孔苎麻纤维、刺梧桐树胶、4,4-氧代双苯磺酰肼在n,n-二甲基甲酰胺中搅拌3h，然后在180℃煅烧2h，即得到复合空气净化剂。
实验测试：
本发明实施例1-5和对比例1-2中的复合空气净化剂对有害气体的净化性能评价在φ20mm、长200mm直型聚四氟乙烯管反应器中进行，将复合空气净化剂加入聚四氟乙烯管反应器中，接着将聚四氟乙烯管反应器抽真空至压力为-1.0kpa，然后向聚四氟乙烯管反应器中注入原料气至常压，测试不同时间下复合空气净化滤芯对有害气体的净化率，原料气组成为：甲醛浓度6ppm，苯浓度5ppm，其余为空气。反应在25℃常压环境下进行，实验结果如表1所示。
表1：实施例1-5和对比例1-2中的空气净化剂的净化性能
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。