本发明涉及空气净化技术领域，具体涉及一种家用陶瓷滤芯及其制备方法。
背景技术
当前，空气污染，如甲醛、挥发性有机物voc、pm2.5颗粒等，对大气环境和人体的健康产生了严重的影响，例如：刺激人的皮肤、呼吸道、致突变性、致癌变等。如何消除空气污染，净化空气，成为人们日益关注的问题。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。空气净化滤芯是利用吸附剂、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。普通的空气净化滤芯对有害物质的吸附率较低，而且使用期限低，容易造成二次污染。
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，提供一种家用陶瓷滤芯及其制备方法，该家用陶瓷滤芯能够对空气中的有害气体进行吸附，并在滤芯内部对有害气体进行催化，从而达到降低有害气体浓度，净化空气的作用，保证空气了安全、为人们提供健康的生活环境。
为了实现上述目的，本发明提供一种家用陶瓷滤芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将秸秆在惰性气体氛围中在200～600℃下退火5～12h，得到多孔活性炭；
(2)将硅藻土与马来酸酐、醋酸铵在水中混合均匀后，微波反应30～60min，得到改性硅藻土；
(3)将有机钛酸酯、锡盐和碳酸铵在溶剂中搅拌混合均匀，然后加入多孔活性炭、ch3nh3i和硅烷偶联剂和改性硅藻土，超声分散20～60min，接着在100～160℃下密封热反应2～6h，得到复合吸附剂；
(4)将复合吸附剂与黏土混合搅拌后经炼泥机炼制，制作成瓷泥；并按所需的滤芯形状制作成型；接着在1100～1150℃烧制4～6h；烧制结束后进行表面打磨，得到家用陶瓷滤芯。
本发明还提供一种根据上述方法制备得到的家用陶瓷滤芯。
通过上述技术方案，硅藻土是一种具链层状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物，通过马来酸酐和醋酸铵对硅藻土进行插层改性，能够扩大硅藻土的层间距，并在硅藻土层间引入氨基，氨基与甲醛具有良好的亲和性，能够选择性的吸附空气中的甲醛；然后再与有机钛酸酯、有机钛酸酯、多孔活性炭、ch3nh3i反应一方面可以在硅藻土层间插入活性炭，提高了硅藻土的比表面积和吸附能力；另一方面，还能够在硅藻土中引入锡改性的二氧化钛，锡改性二氧化钛能够催化降解吸附的有害气体，进一步降低有害气体吸附阻力，提高有害气体的去除率，且不会造成二次污染，同时延长了用于从空气中分离甲醛的吸附剂的使用寿命。
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。
本发明提供一种家用陶瓷滤芯，由如下重量份的物质制成：：硅藻土50～100重量份、秸秆30～80重量份、马来酸酐5～15重量份、醋酸铵5～15重量份、有机钛酸酯6～24重量份、锡盐0.2～1重量份、ch3nh3i2～8重量份、碳酸铵1～8重量份、硅烷偶联剂3～5重量份、黏土100～250重量份、溶剂50～120重量份。
优选条件下，所述家用陶瓷滤芯，由如下重量份的物质制成：硅藻土60～80重量份、秸秆30～80重量份、马来酸酐5～15重量份、醋酸铵8～12重量份、有机钛酸酯12～20重量份、锡盐0.2～0.6重量份、ch3nh3i3～6重量份、碳酸铵2～6重量份、硅烷偶联剂3～5重量份、黏土100～250重量份、溶剂100～120重量份。
本发明还提供一种所述家用陶瓷滤芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将秸秆在惰性气体氛围中在200～600℃下退火5～12h，得到多孔活性炭；
(2)将硅藻土与马来酸酐、醋酸铵在水中混合均匀后，微波反应30～60min，得到改性硅藻土；
(3)将有机钛酸酯、锡盐和碳酸铵在溶剂中搅拌混合均匀，然后加入多孔活性炭、ch3nh3i和硅烷偶联剂和改性硅藻土，超声分散20～60min，接着在100～160℃下密封热反应2～6h，得到复合吸附剂；
(4)将复合吸附剂与黏土混合搅拌后经炼泥机炼制，制作成瓷泥；并按所需的滤芯形状制作成型；接着在1100～1150℃烧制4～6h；烧制结束后进行表面打磨，得到家用陶瓷滤芯。
秸秆含有丰富的孔隙结构，材料原料来源广泛，对其进行煅烧后，能够生成具有高比表面积、高吸附性的多孔活性炭，本发明对秸秆的种类没有特殊的要求。
为了进一步提高硅藻土中的孔隙率，除去有机杂质，优选条件下，本发明还对硅藻土进行预处理，所述预处理工艺为在300～500℃下退火1～3h；更优选的，所述硅藻土的粒径为200～500nm。
通过马来酸酐和醋酸铵对硅藻土进行插层改性，能够扩大硅藻土的层间距，并在硅藻土层间引入氨基，氨基与甲醛具有良好的亲和性，能够选择性的吸附空气中的甲醛；优选条件下，所述微波反应的频率为1000～1800khz，功率为500～800w。
本发明中通过将多孔碳与有机钛酸酯、锡盐和ch3nh3i反应，能够在多孔碳的孔隙内生成ch3nh3i和金属元素共改性的改性tio2，避免了tio2的导电性差且光生电子和空穴容易重组的缺点，从而提高二氧化钛的可见光响应范围和响应强度，提高了二氧化钛的催化效率；优选条件下，所述有机钛酸酯和锡盐的质量比为(30～100):1。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。优选条件下，所述硅烷偶联剂选自氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、2-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷、二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷、氨乙基氨丙基甲基二甲氧基硅烷、氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷、脲丙基三乙氧基硅烷及脲丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
优选条件下，所述溶剂选自丙三醇、乙醇、异丙醇、丙二醇、乙二醇、水和正丁醇中的至少一种。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
一种家用陶瓷滤芯，由如下重量份的物质制成：硅藻土75重量份、小麦秸秆50重量份、马来酸酐8重量份、醋酸铵10重量份、钛酸四异丁酯16重量份、氯化锡0.4重量份、ch3nh3i5重量份、碳酸铵4重量份、二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷4重量份、黏土200重量份、水100重量份。
所述家用陶瓷滤芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将小麦秸秆在氩气氛围中在300℃下退火8h，得到多孔活性炭；
(2)将硅藻土在350℃下退火2h；然后与马来酸酐和醋酸铵在水中混合均匀后，微波反应60min，所述微波反应的频率为1200khz，功率为600w，得到改性硅藻土；
(3)将氯化锡、钛酸四异丁酯和碳酸铵在水中搅拌混合均匀，然后加入多孔活性炭、ch3nh3i和二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷和改性硅藻土，超声分散30min，接着在120℃下密封热反应3h，得到复合纳米吸附剂；
(4)将复合吸附剂与黏土混合搅拌后经炼泥机炼制，制作成瓷泥；并按所需的滤芯形状制作成型；接着在1100℃烧制4h；烧制结束后进行表面打磨，得到家用陶瓷滤芯。
实施例2
一种家用陶瓷滤芯，由如下重量份的物质制成：硅藻土80重量份、小麦秸秆40重量份、马来酸酐10重量份、醋酸铵8重量份、钛酸四甲酯12重量份、氯化锡0.4重量份、ch3nh3i3.2重量份、碳酸铵4重量份、脲丙基三甲氧基硅烷4.5重量份、黏土150重量份、水100重量份。
所述家用陶瓷滤芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将小麦秸秆在氩气氛围中在400℃下退火6h，得到多孔活性炭；
(2)将硅藻土在300～500℃下退火1～3h；然后与马来酸酐和醋酸铵在水中混合均匀后，微波反应30～60min，所述微波反应的频率为1000～1800khz，功率为500～800w，得到改性硅藻土；
(3)将氯化锡、钛酸四甲酯和碳酸铵在水中搅拌混合均匀，然后加入多孔活性炭、ch3nh3i和脲丙基三甲氧基硅烷和改性硅藻土，超声分散30min，接着在120℃下密封热反应4h，得到复合纳米吸附剂；
(4)将复合吸附剂与黏土混合搅拌后经炼泥机炼制，制作成瓷泥；并按所需的滤芯形状制作成型；接着在1150℃烧制6h；烧制结束后进行表面打磨，得到家用陶瓷滤芯。
实施例3
一种家用陶瓷滤芯，由如下重量份的物质制成：硅藻土60重量份、水稻秸秆60重量份、马来酸酐6重量份、醋酸铵12重量份、钛酸四甲酯24重量份、氯化锡0.6重量份、ch3nh3i5.3重量份、碳酸铵2重量份、氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷3.5重量份、黏土100重量份、乙二醇50重量份。
所述家用陶瓷滤芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水稻秸秆在氩气氛围中在500℃下退火8h，得到多孔活性炭；
(2)将硅藻土在300℃下退火3h；然后与马来酸酐、醋酸铵在水中混合均匀后，微波反应45min，所述微波反应的频率为1500khz，功率为600w，得到改性硅藻土；
(3)将氯化锡、钛酸四甲酯和碳酸铵在乙二醇中搅拌混合均匀，然后加入多孔活性炭、ch3nh3i和氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷和改性硅藻土，超声分散30min，接着在120℃下密封热反应3h，得到复合纳米吸附剂；
(4)将复合吸附剂与黏土混合搅拌后经炼泥机炼制，制作成瓷泥；并按所需的滤芯形状制作成型；接着在1100℃烧制5h；烧制结束后进行表面打磨，得到家用陶瓷滤芯。
实施例4
一种家用陶瓷滤芯，由如下重量份的物质制成：硅藻土100重量份、小麦秸秆80重量份、马来酸酐5重量份、醋酸铵5重量份、钛酸四乙酯20重量份、氯化锡0.2重量份、ch3nh3i2重量份、碳酸铵8重量份、氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷3重量份、黏土250重量份、乙醇120重量份。
所述家用陶瓷滤芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将小麦秸秆在氩气氛围中在200℃下退火12h，得到多孔活性炭；
(2)将硅藻土在500℃下退火1h；然后与马来酸酐、醋酸铵在水中混合均匀后，微波反应30min，所述微波反应的频率为1800khz，功率为500w，得到改性硅藻土；
(3)将氯化锡、钛酸四乙酯和碳酸铵在乙醇中搅拌混合均匀，然后加入多孔活性炭、ch3nh3i、氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷和改性硅藻土，超声分散60min，接着在100℃下密封热反应6h，得到复合纳米吸附剂；
(4)将复合吸附剂与黏土混合搅拌后经炼泥机炼制，制作成瓷泥；并按所需的滤芯形状制作成型；接着在1100℃烧制6h；烧制结束后进行表面打磨，得到家用陶瓷滤芯。
实施例5
一种家用陶瓷滤芯，由如下重量份的物质制成：硅藻土50重量份、小麦秸秆30重量份、马来酸酐15重量份、醋酸铵15重量份、钛酸四异丙酯24重量份、硅酸四甲酯1重量份、ch3nh3i8重量份、碳酸铵1重量份、脲丙基三乙氧基硅烷5重量份、黏土120量份、异丙醇100重量份。
所述家用陶瓷滤芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将小麦秸秆在氩气氛围中在600℃下退火12h，得到多孔活性炭；
(2)将硅藻土与马来酸酐、醋酸铵在水中混合均匀后，微波反应60min，所述微波反应的频率为1000khz，功率为800w，得到改性硅藻土；
(3)将硅酸四甲酯、钛酸四异丙酯和碳酸铵在异丙醇中搅拌混合均匀，然后加入多孔活性炭、ch3nh3i、脲丙基三乙氧基硅烷和改性硅藻土，超声分散20min，接着在160℃下密封热反应2h，得到复合纳米吸附剂；
(4)将复合吸附剂与黏土混合搅拌后经炼泥机炼制，制作成瓷泥；并按所需的滤芯形状制作成型；接着在1150℃烧制4h；烧制结束后进行表面打磨，得到家用陶瓷滤芯。
对比例1
一种家用陶瓷滤芯，由如下重量份的物质制成：硅藻土75重量份、马来酸酐8重量份、醋酸铵10重量份、钛酸四异丁酯16重量份、氯化锡0.4重量份、ch3nh3i5重量份、碳酸铵4重量份、二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷4重量份、黏土200重量份、水100重量份。
所述家用陶瓷滤芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅藻土在350℃下退火2h；然后与马来酸酐、醋酸铵在水中混合均匀后，微波反应60min，所述微波反应的频率为1200khz，功率为600w，得到改性硅藻土；
(2)将氯化锡、钛酸四异丁酯和碳酸铵在水中搅拌混合均匀，然后加入ch3nh3i和二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷、改性硅藻土，超声分散30min，接着在120℃下密封热反应3h，
(3)将复合吸附剂与黏土混合搅拌后经炼泥机炼制，制作成瓷泥；并按所需的滤芯形状制作成型；接着在1150℃烧制6h；烧制结束后进行表面打磨，得到家用陶瓷滤芯。
对比例2
一种家用陶瓷滤芯，由如下重量份的物质制成：硅藻土75重量份、小麦秸秆50重量份、醋酸铵10重量份、马来酸酐8重量份、钛酸四异丁酯16重量份、二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷4重量份、黏土200重量份、水100重量份。
所述家用陶瓷滤芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将小麦秸秆在氩气氛围中在300℃下退火8h，得到多孔活性炭；
(2)将硅藻土在350℃下退火2h；然后与马来酸酐、醋酸铵在水中混合均匀后，微波反应60min，所述微波反应的频率为1200khz，功率为600w，得到改性硅藻土；
(3)将钛酸四异丁酯在水中搅拌混合均匀，然后加入多孔活性炭和二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷和改性硅藻土，超声分散30min，接着在120℃下密封热反应3h，得到复合纳米吸附剂；
(4)将复合吸附剂与黏土混合搅拌后经炼泥机炼制，制作成瓷泥；并按所需的滤芯形状制作成型；接着在1150℃烧制6h；烧制结束后进行表面打磨，得到家用陶瓷滤芯。
实验测试：
本发明实施例1-5和对比例1-2中的家用陶瓷滤芯对甲醛的净化性能评价在φ20mm、长200mm直型聚四氟乙烯管反应器中进行，将家用陶瓷滤芯加入聚四氟乙烯管反应器中，原料气组成为：甲醛浓度300mg/m3，其余为空气。反应在25℃常压环境下进行，反应气体积空速(ghsv)为3000h-1，实验结果如表1所示。
表1：实施例和对比例中的家用陶瓷滤芯对甲醛的净化性能
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。