用于空气净化的材料、光化片及光化片的制备方法与流程

1.本技术涉及环保材料的技术领域，特别是涉及一种用于空气净化的材料、光化片及光化片的制备方法。


背景技术：

2.现有技术中通常会采用空气净化器等设备将室内有害气体的浓度降低至对人体无害的水平。
3.目前，空气净化器内用于净化的部件通常采用滤网吸附式，这样的空气净化器在使用过程中大量的可挥发性有机污染物吸附在滤网表面，可挥发性有机污染物堆积在滤网表面后，不仅会降低空气净化的效率，还容易产生二次污染。
4.因此，发明人认为亟需提供一种更环保且空气净化效率高，不易产生二次污染的材料，以及可应用于空气净化器内的光化片。


技术实现要素：

5.基于此，提供一种用于空气净化的材料、光化片及光化片的制备方法，改善了现有技术中空气净化效率较低，且容易产生二次污染的问题。
6.第一方面，提供一种用于空气净化的材料，包括以下重量份的组分： 7-10份氯化钠、4-6份酞酸丁酯、0.1-1份氧化镧、0.1-1份氧化铈、18-25 份纳米二氧化钛、1-3份纳米氧化锌、0.5-2份钛酸酯偶联剂，0.1-1份氢氧化钠、5-10份水溶性碳量子点、3-7份负离子粉和180-210份无水乙醇。
7.在其中一个实施例中，所述水溶性碳量子点为葡萄糖和柠檬酸为前驱体，采用水热碳化法合成，所述柠檬酸：葡萄糖＝1：(0.5-1)。优选地，所述柠檬酸：葡萄糖＝1:1。
8.在其中一个实施例中，包括以下重量份的组分：7-8份氯化钠、4-5 份酞酸丁酯、0.1-0.5份氧化镧、0.1-0.5氧化铈、18-22份纳米二氧化钛、 1-2份纳米氧化锌、0.5-1份钛酸酯偶联剂，0.1-0.5份氢氧化钠、5-8份水溶性碳量子点、3-6份负离子粉和180-190份无水乙醇。
9.第二方面，提供了一种光化片，所述光化片包括基材，所述基材涂覆有所述的用于空气净化的材料。
10.在其中一个实施例中，所述基材可选用陶瓷、金属、沸石。
11.优选地，所述基材选用陶瓷。
12.第三方面，光化片的制备方法，包括以下制备步骤：
13.第一药剂制备：将7-10份氯化钠、4-6份酞酸丁酯和60-70份无水乙醇混匀备用；
14.水溶性碳量子点的制备：取柠檬酸和葡萄糖溶解于水中获得溶液，将溶液转移至于150-180℃的高压釜中反应7-8小时获得反应物，将反应物浓缩至80-100ml；用微米滤膜过滤，将滤液通过透析膜用去离子水透析获得水溶性碳量子点备用；
15.第二药剂制备：将0.1-1份氧化镧、0.1-1份氧化铈和20-30份无水乙醇混匀；
16.混合剂制备：取定量的第一药剂和第二药剂混匀获得混合剂；
17.第三药剂制备：将18-25份纳米二氧化钛、1-3份纳米氧化锌、0.5-2 份钛酸酯偶联剂、0.1-1份氢氧化钠、3-7份负离子粉、5-10份水溶性碳量子点和100-110份无水乙醇混匀，并置于60-80℃下保温3-5小时后，冷却至室温；
18.光化片制备：将基材洗净晾干，放入混合剂中涂覆后取出经100-120℃下烘烤120-150分钟，烘烤后自然冷却获得初步基材，将初步基材放入第三药剂中涂覆后，取出经300-350℃热处理70-90分钟，然后升温至500-550℃煅烧20-30分钟后自然冷却获得光化片。
19.进一步地，第一药剂制备步骤、第二药剂制备步骤和第三药剂制备步骤中无水乙醇仅作为溶剂使用，所采用的用量仅需满足能使各组分混合或溶解即可，材料中无水乙醇的使用量为第一药剂制备步骤、第二药剂制备步骤和第三药剂制备步骤的总和；
20.水溶性碳量子点的制备步骤中在150-180℃中可使柠檬酸和葡萄糖热解后通过分子间脱水从组，形成富含-oh、c＝o和-cooh基团的水溶性碳量子点，低于150℃可能会使得反应过程中的碳化不完全，从而导致制得的水溶性碳量子点对纳米二氧化钛和纳米氧化锌的促进作用降低；
21.光化片的制备步骤中涂覆混合剂后在100-120℃下烘烤可使得初步涂层在基材上的固定更为紧密，低于100℃的烘烤条件会使得初步基材的制备时间延长，不利于批量生产；而高于120℃容易破坏混合剂在基材上的附着，使得后期制得的光化片外侧用于空气净化的材料容易发生脱落，产品稳定性不高；
22.而第三药剂涂覆后通过两次升温处理，可有效去除第三药剂中的溶剂成分，并使得第三药剂附着于初步基材外侧，并且二次升温后将时间缩短，以减少高温破坏碳量子点的情况。
23.在其中一个实施例中，所述微米滤膜的过滤精度为0.22微米，所述透析膜的截留分子量为3500-4000。进一步地，所述透析膜的截留分子量优选为3500，该截留分子量的参数设置可使得制得的水溶性碳离子点能被充分截留，而过小分子量的物质能透过透析膜，提高水溶性碳离子点的纯度。
24.综上所述，本技术的用于空气净化的材料和光化片具备以下效果：氧化镧和氧化铈可起到助催化的作用，在光催化后，提高光化片中纳米二氧化钛和纳米氧化锌的氧化作用，可分解挥发性有机气体，如甲醛、乙醛的气体，同时纳米氧化锌还具有抗菌除臭的功能，使得可挥发有机气体经过光化片后直接被分解，从而减少可挥发有机气体堆积后容易出现二次污染的问题。
25.此外，通过制备方法中的水溶性碳量子点具有更高的石墨化度和更好的结晶度，并且能增加纳米二氧化钛和纳米氧化锌对可挥发有机气体的分解力和电子-空穴对分离效率，以此，明显提高光化片的空气净化效率。
具体实施方式
26.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
27.实施例
28.表1实施例1-3中各组分和配比
[0029][0030]
实施例1-3
[0031]
第一药剂制备：按表1的配比将氯化钠和酞酸丁酯加入600g无水乙醇中，使用磁力搅拌机，以120r/min的条件下搅拌1小时后静置备用；
[0032]
水溶性碳量子点的制备：取4g柠檬酸和2g葡萄糖溶解于1000ml水中获得溶液，将溶液转移至于175℃的高压釜中反应8小时获得反应物，将反应物放置于80℃的干燥炉中浓缩至80ml，再使用微米滤膜过滤，取过滤后的滤液，使滤液通过截留分子量为3500的透析膜用去离子水进行透析 96小时，获得水溶性碳量子点溶液，并将水溶性碳量子点溶液浓缩至30ml 制得备用；
[0033]
第二药剂制备：按表1的配比将氧化镧、氧化铈和200g无水乙醇混合，并使用磁力搅拌机，以120r/min的条件下搅拌30min后静置备用；
[0034]
混合剂制备：将第二药剂在10min内缓慢加入第一药剂中并持续搅拌 2小时获得混合剂；
[0035]
第三药剂制备：按表1的配比将纳米二氧化钛、纳米氧化锌、钛酸酯偶联剂，氢氧化钠、负离子粉、水溶性碳量子点和1000g无水乙醇混匀，并置于80℃下保温4小时后，自然冷却至室温；
[0036]
光化片制备：将陶瓷基材洗净晾干，放入制得的混合剂中涂覆后取出经100℃下的高温箱中烘烤150分钟，烘烤后自然冷却获得初步基材，将初步基材放入第三药剂中涂覆后，取出放入300℃的高温箱中热处理90分钟，然后调整高温箱，以10℃/min的速率升温至550℃后煅烧30分钟后自然冷却获得光化片。
[0037]
实施例4
[0038]
本实施例与实施例2的区别在于，水溶性碳量子点的制备步骤中使用了4g柠檬酸和4g葡萄糖。
[0039]
对比例
[0040]
对比例1
[0041]
本对比例与实施例2的区别在于，光化片制备步骤为：将陶瓷基材洗净晾干，放入制得的混合剂中涂覆后取出经100℃下的高温箱中烘烤150 分钟，烘烤后自然冷却获得初步基材，将初步基材放入第三药剂中涂覆后，取出放入300℃的高温箱中热处理90分钟，然后调整高温箱，以10℃/min 的速率升温至650℃后煅烧30分钟后自然冷却获得光化片。
[0042]
对比例2
[0043]
本对比例与实施例2的区别在于，对比例2的光化片中不包含水溶性碳量子点。
[0044]
对比例3
[0045]
本对比例与实施例2的区别在于，对比例3的光化片中不包含氧化镧和氧化铈。
[0046]
检测方法
[0047]
以上实施例1-4、对比例1-3制得的光化片的性能测试方法如下：
[0048]
本技术以甲醛和乙醛作为典型的可挥发性有机气体进行试验，并测试本技术光化片对两种气体的降解率。
[0049]
降解率：按照gb/t23761-2009《光催化空气净化材料性能测试方法》分别测试光化片对甲醛和乙醛的降解率。
[0050]
光化片的性能稳定性：按照gb/t23761-2009《光催化空气净化材料性能测试方法》测试光化片在高浓度甲醛气氛中经长时间光照处理后,测得的光催化降解量与第一次试验时测得的光催化降解量的比值。
[0051]
光化片的结构稳定性：将光化片进行初次称重，记录重量后使用装备有猪毛刷的耐刷洗实验仪刷洗1小时称取二次重量，将二次重量与初次称重的重量做比值处理。
[0052]
需要说明的是，本技术每一组测试中均设置了五个实施例和对比例的光化片，并将测得的最终结果做平均值得到试验结果。
[0053]
表2实施例1-4和对比例1-3的光化片的性能检测结果
[0054][0055][0056]
由性能检测结果可知本技术实施例1-4制得的光化片过滤效果更好，且通过光催化的方法使光化片所接触的可挥发性有机气体直接降解，从而减少附着堆积后容易产生二次污染的问题，同时，该组分配比下的光化片使用寿命更长过滤效果更好。
[0057]
结合对比例1和实施例2可知，当光化片制备步骤中升温温度过高会使得光化片对
可挥发性有机气体的降解率下降且结构稳定性和性能稳定性均会明显下降，高温破坏了用于空气净化的材料在基材上的附着，同时使得碳量子点数量减少。
[0058]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0059]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。