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CN107456946A - 一种新型空气净化材料及其制备方法 - Google Patents

一种新型空气净化材料及其制备方法 Download PDF

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CN107456946A CN201710743900.9A CN201710743900A CN107456946A CN 107456946 A CN107456946 A CN 107456946A CN 201710743900 A CN201710743900 A CN 201710743900A CN 107456946 A CN107456946 A CN 107456946A
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汪家道
杜川
任勃帆
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Tianjin Institute of Advanced Equipment of Tsinghua University
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Abstract

本发明提供了一种新型空气净化材料及其制备方法，其中，新型空气净化材料包括A颗粒和B颗粒，A颗粒和B颗粒的重量比为1:9～9:1；所述A颗粒包括海泡石，B颗粒为负载有氧化剂的催化剂载体颗粒；所述A颗粒包括以下重量份的各组分：海泡石40‑60份、膨润土15‑25份、凹凸棒土30‑40份、活性炭5‑15份；所述B颗粒为负载有高锰酸钾或高锰酸钠的活性氧化铝颗粒；所述A颗粒和B颗粒的直径均为2‑4mm。本发明所述的一种新型空气净化材料，不仅可以高效吸附有害气体，而且可以将有害气体彻底分解，又不会产生二次污染。

Description

一种新型空气净化材料及其制备方法
技术领域
本发明属于空气净化材料领域，尤其是涉及一种新型空气净化材料及其制备方法。
背景技术
目前，市面上的空气过滤材料主要以活性炭为主，但活性炭只能进行简单的物理吸附，并不能完全去除甲醛、硫化氢等有害气体，在高温环境下还会将有害气体释放，无法将其锁定。并且，活性炭在吸附一段时间后会达到吸附饱和，也会将有害气体重新释放出来形成二次污染。因此，活性炭的有效使用时间非常短，而很多情况下，有害气体的释放是长期的，例如室内装修完甲醛释放最少需要几年时间，甚至十几年时间。因此，开发一种可持续净化空气的材料，对于治理空气污染、改善人们的居住环境具有重要的意义。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种新型空气净化材料，以克服现有技术的缺陷，不仅可以高效吸附有害气体，而且可以将有害气体彻底分解，又不会产生二次污染。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种新型空气净化材料，包括A颗粒和B颗粒，A颗粒和B颗粒的重量比为1:9～9:1；所述A颗粒包括海泡石，B颗粒为负载有氧化剂的催化剂载体颗粒。
比例范围视空气污染中的气体成分而定，如果污染气体中含有甲醛、硫化氢等易于氧化分解的气体更多时，新型过滤材料中的B颗粒应更多，如果污染气体中含有氨气、苯等气体更多时，新型过滤材料中的A颗粒应更多，新型过滤材料的比例范围应在1:9到9:1之间；将A、B两种颗粒均匀混合，A颗粒主要针对易于被吸附的污染物或者被B颗粒分解的气体分子、B颗粒主要针对易于氧化分解的污染物，A、B颗粒协同过滤空气。
优选的，所述A颗粒包括以下重量份的各组分：海泡石40-60份、膨润土15-25份、凹凸棒土30-40份、活性炭5-15份。
优选的，所述海泡石、膨润土、凹凸棒土和活性炭粉的颗粒粒度均小于500目。
优选的，所述海泡石的吸附孔隙为0.3-1.1nm，凹凸棒的吸附孔隙为0.3-0.6nm，活性炭的吸附孔隙为1-100nm。将这几种矿物质结合在一起活性炭的孔隙主要作用是构建吸附通道，海泡石和凹凸棒的作用是吸附有害气体分子(分子大小一般为1nm以内)，膨润土作用为将这几种矿物质粘合在一起；将这几种吸附剂按照下述方法处理后，制备的吸附材料比单独的物料吸附效果更快。
优选的，所述B颗粒为负载有高锰酸钾或高锰酸钠的活性氧化铝颗粒。
优选的，所述A颗粒和B颗粒的直径均为2-4mm。
本发明的另一目的在于提出一种制备如上所述的新型空气净化材料中A颗粒的方法，以制备上述A颗粒，使其可以高效吸附有害气体。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种制备如上所述的新型空气净化材料中A颗粒的方法，包括以下步骤：
步骤(1)：将A颗粒的各组分分别过500目筛，备用；
步骤(2)：将过筛后的A颗粒的各组分按重量份配比进行混合后，搅拌直至混合均匀，得混合粉体；
步骤(3)：在步骤(2)所述的混合粉体中加入适量硫酸铝水搅拌均匀，然后进行造粒成料球；
步骤(4)：将步骤(3)所述的料球于150-230℃下干燥2-3小时；
步骤(5)：将干燥完的料球于800-1000℃下活化0.5-2小时，然后取出自然降温。
优选的，所述步骤(2)中，硫酸铝水的质量分数为20％，硫酸铝水中硫酸铝与混合粉体的质量比为1:100；所述步骤(4)中，将料球放入干燥炉内于150-230℃下干燥2-3小时；所述步骤(5)中，将干燥完的料球放入高温炉内于800-1000℃下活化0.5-2小时，优选的，活化时间为1小时。所述步骤(2)中，硫酸铝的作用是发泡剂。
本发明的第三个目的在于提出一种制备如上所述的新型空气净化材料中B颗粒的方法，以制备上述B颗粒，使其可以将有害气体彻底分解。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种制备如上所述的新型空气净化材料中B颗粒的方法，包括以下步骤：
步骤(1)：配置混合液a，使其包含2～20g/L的聚阳离子电解质或聚阴离子电解质、0.02～2mol/L的无机盐；
步骤(2)：将所述混合液a形成于催化剂载体颗粒的表面及其内孔表面；
步骤(3)：将经步骤(2)处理的催化剂载体颗粒用热风烘干；
步骤(4)：配置混合液b，使其包含质量分数为4～10％的氧化剂，以及质量分数为2～10％的固化剂，并充分搅拌分散；
步骤(5)：将所述混合溶液b形成于经步骤(3)处理的催化剂载体颗粒表面及其内孔表面；
步骤(6)：将经步骤(5)处理的活性氧化铝球进行脱水处理，再用热风烘干，然后在80～160℃下烘烤使固化剂固化，取出自然降温。
优选的，所述步骤(1)中，所述聚阳离子电解质为聚丙烯酰胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚乙烯亚胺盐酸盐、聚乙烯胺、聚乙烯吡啶、聚乙烯醇、聚丙烯腈中的一种或两种以上；所述聚阴离子电解质为聚丙烯酸钠、聚苯乙烯硫酸、聚乙烯磺酸、聚乙烯磷酸中的一种或两种以上；所述无机盐为氯化钾、氯化铵、氯化钙、氯化钠、硫酸钠、硝酸钾、硝酸钠中的一种或两种以上；所述步骤(3)中，热风的温度控制在50～80℃；所述步骤(4)中，所述固化剂为聚乙烯吡咯烷酮、乙烯基三胺、氨乙基哌嗪、聚乙二醇中的一种或两种以上。
聚阳离子电解质和聚阴离子电解质的作用是使活性氧化铝球表面聚集电荷，以用来吸附步骤(4)中的固化剂。
本发明的第四个目的在于提出一种制备如上所述的新型空气净化材料的方法，以制备上述新型空气净化材料，使其不仅可以高效吸附有害气体，而且可以将有害气体彻底分解，又不会产生二次污染。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种制备如上所述的新型空气净化材料的方法，包括将A颗粒和B颗粒以一定的比例混合均匀制成所述新型空气净化材料的步骤。
相对于现有技术，本发明所述的新型空气净化材料具有以下优势：
(1)本发明所述的新型空气净化材料，A颗粒以海泡石为主要原材料，通过富集造孔技术所形成的细微孔径更加有利于甲醛、苯、硫化氢、氨等有害气体分子的吸附，与此同时，本发明的A颗粒为极性物质，相比非极性的活性炭，对甲醛、硫化氢、氨等极性分子具有更强的吸附作用。B颗粒以活性氧化铝为原料，将高锰酸钾或高锰酸钠负载于活性氧化铝球表面及其内孔表面，高锰酸钾或高锰酸钠在活性氧化铝球中均匀分布，可完全与有害气体接触，将其氧化分解为无害的固体颗粒或者无害气体。
(2)本发明所述的新型空气净化材料，使用时，先通过A颗粒将甲醛、苯、硫化氢、氨等有害气体分子的吸附，再利用负载有氧化剂的催化剂颗粒将有害气体分子氧化分解，以此通过A、B两种颗粒进行高效吸附和氧化分解协同作用，可以净化大部分有害气体分子，并且不会产生二次污染。
所述一种制备如上所述的新型空气净化材料中A颗粒的方法、一种制备如上所述的新型空气净化材料中B颗粒的方法和一种制备如上所述的新型空气净化材料的方法均与上述新型空气净化材料相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明。
对比例
采用活性炭作为空气净化材料。
在0.03立方米的密闭空间中，当甲醛的初始浓度为2.00mg/m3时，放入100g活性炭，1小时后甲醛浓度下降为0.83mg/m3，甲醛去除率为58.5％。
实施例1
一种新型空气净化材料，包括A颗粒和B颗粒，A颗粒和B颗粒的重量比为1:1；所述A颗粒为海泡石、膨润土、凹凸棒土和活性炭粉的混合物，海泡石、膨润土、凹凸棒土和活性炭粉的颗粒粒度均小于500目；B颗粒为负载有高锰酸钾的活性氧化铝颗粒。A颗粒直径为2mm，B颗粒直径为3.5mm。
新型空气净化材料中的A颗粒的制备包括以下步骤：将海泡石、膨润土、凹凸棒土、活性炭粉分别过500目筛；分别取海泡石50份、膨润土15份、凹凸棒土30份、活性炭粉5份(其中，海泡石的吸附孔隙为0.3-1.1nm，凹凸棒的吸附孔隙为0.3-0.6nm，活性炭的吸附孔隙为1-100nm)，使混合均匀；在混合粉体中加入适量质量分数为20％的硫酸铝水(其中，硫酸铝水中硫酸铝与混合粉体的质量比为1:30)搅拌均匀，然后进行造粒成球；将料球放入干燥炉内干燥3小时，干燥温度为200℃；将干燥完的料球放入高温炉中活化1小时，活化温度为1000℃，然后取出自然降温。
新型空气净化材料中的B颗粒的制备包括以下步骤：配置混合液a，使其包含4g/L的聚丙烯酰胺和0.05mol/L的硝酸钾；将活性氧化铝球完全浸渍于混合溶液a中，浸渍1小时后取出用68℃热风烘干；配置混合溶液b，使其包含质量分数为8％的高锰酸钾和5％的聚乙二醇，使其充分分散；将烘干的活性氧化铝球完全浸渍于混合溶液b中，浸渍2小时；将活性氧化铝球进行脱水处理，再用热风烘干；将烘干的氧化铝球再在150℃下烘烤10分钟，取出降温即得。
新型空气净化材料的制备包括以下步骤：先分别按照上述方法制备A颗粒和B颗粒，再将合成的A、B颗粒按1:1混合均匀即得。
在0.03立方米的密闭空间中，当甲醛的初始浓度为2.00mg/m3时，放入100g合成的净化材料，1小时后甲醛浓度下降为0.27mg/m3，甲醛去除率达到86.5％。
与对比例相比，此占比的新型空气净化材料对苯、二甲苯、硫化氢、一氧化碳、二氧化硫、氨等有毒有害气体，增加了49％的净化能力。
实施例2
一种新型空气净化材料，包括A颗粒和B颗粒，A颗粒和B颗粒的重量比为8:2；所述A颗粒为海泡石、膨润土、凹凸棒土和活性炭粉的混合物，海泡石、膨润土、凹凸棒土和活性炭粉的颗粒粒度均小于500目；B颗粒为负载有高锰酸钾的活性氧化铝颗粒。A颗粒直径为3mm，B颗粒直径为4mm。
新型空气净化材料中的A颗粒的制备包括以下步骤：将海泡石、膨润土、凹凸棒土、活性炭粉分别过500目筛；分别取海泡石40份、膨润土20份、凹凸棒土30份、活性炭粉15份(其中，海泡石的吸附孔隙为0.3-1.1nm，凹凸棒的吸附孔隙为0.3-0.6nm，活性炭的吸附孔隙为1-100nm)，使混合均匀，得混合粉体；在混合粉体中加入适量质量分数为20％的硫酸铝水(其中，硫酸铝水中硫酸铝与混合粉体的质量比为1:60)搅拌均匀，然后进行造粒成料球；将料球放入干燥炉内干燥2.5小时，干燥温度为230℃；将干燥完的料球放入高温炉中活化0.8小时，活化温度为900℃，然后取出自然降温。
新型空气净化材料中的B颗粒的制备包括以下步骤：配置混合液a，使其包含10g/L的聚丙烯酸钠和1mol/L的氯化铵；将活性氧化铝球完全浸渍于混合溶液a中，浸渍1小时后取出用55℃热风烘干；配置混合溶液b，使其包含质量分数为6％的高锰酸钾和8％的聚乙烯吡咯烷酮，使其充分分散；将烘干的活性氧化铝球完全浸渍于混合溶液b中，浸渍2小时；将活性氧化铝球进行脱水处理，再用热风烘干；将烘干的氧化铝球再在150℃下烘烤10分钟，取出降温即得。
新型空气净化材料的制备包括以下步骤：先分别按照上述方法制备A颗粒和B颗粒，再将合成的A、B颗粒按8:2混合均匀即得。
在0.03立方米的密闭空间中，当甲醛的初始浓度为2.00mg/m3时，放入100g合成的净化材料，1小时后甲醛浓度下降为0.35mg/m3，甲醛去除率达到82.5％。
与对比例相比，此占比的新型空气净化材料对苯、氨气、甲烷、甲苯等主要有毒有害气体，增加了41％的净化能力。
实施例3
一种新型空气净化材料，包括A颗粒和B颗粒，A颗粒和B颗粒的重量比为2:8；所述A颗粒为海泡石、膨润土、凹凸棒土和活性炭粉的混合物，海泡石、膨润土、凹凸棒土和活性炭粉的颗粒粒度均小于500目；B颗粒为负载有高锰酸钠的活性氧化铝颗粒。A颗粒直径为3mm，B颗粒直径为3mm。
新型空气净化材料中的A颗粒的制备包括以下步骤：将海泡石、膨润土、凹凸棒土、活性炭粉分别过500目筛；分别取海泡石40份、膨润土20份、凹凸棒土30份、活性炭粉15份(其中，海泡石的吸附孔隙为0.3-1.1nm，凹凸棒的吸附孔隙为0.3-0.6nm，活性炭的吸附孔隙为1-100nm)，使混合均匀；在混合粉体中加入适量质量分数为20％的硫酸铝水(其中，硫酸铝水中硫酸铝与混合粉体的质量比为1:95)搅拌均匀，然后进行造粒成球；将料球放入干燥炉内干燥3小时，干燥温度为200℃；将干燥完的料球放入高温炉中活化1小时，活化温度为1000℃，然后取出自然降温。
新型空气净化材料中的B颗粒的制备包括以下步骤：配置混合液a，使其包含16g/L的聚乙烯胺和1.5mol/L的硫酸钠；将活性氧化铝球完全浸渍于混合溶液a中，浸渍1小时后取出用80℃热风烘干；配置混合溶液b，使其包含质量分数为8％的高锰酸钠、5％的聚乙烯吡咯烷酮和5％的氨乙基哌嗪，使其充分分散；将烘干的活性氧化铝球完全浸渍于混合溶液b中，浸渍2小时；将活性氧化铝球进行脱水处理，再用热风烘干；将烘干的氧化铝球再在150℃下烘烤10分钟，取出降温即得。
新型空气净化材料的制备包括以下步骤：先分别按照上述方法制备A颗粒和B颗粒，再将合成的A、B颗粒按2:8混合均匀即得。
在0.03立方米的密闭空间中，当甲醛的初始浓度为2.00mg/m3时，放入100g合成的净化材料，1小时后甲醛浓度下降为0.08mg/m3，甲醛去除率达到96％。
此外，与对比例相比，此占比的新型空气净化材料对硫化氢、甲醛、多环芳烃、氮氧化物等主要有毒有害气体，增加了64％的净化能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型空气净化材料，其特征在于：包括A颗粒和B颗粒，A颗粒和B颗粒的重量比为1:9～9:1；所述A颗粒包括海泡石，B颗粒为负载有氧化剂的催化剂载体颗粒。
2.根据权利要求1所述的新型空气净化材料，其特征在于：所述A颗粒包括以下重量份的各组分：海泡石40-60份、膨润土15-25份、凹凸棒土30-40份、活性炭5-15份。
3.根据权利要求2所述的新型空气净化材料，其特征在于：所述海泡石、膨润土、凹凸棒土和活性炭粉的颗粒粒度均小于500目。
4.根据权利要求2所述的新型空气净化材料，其特征在于：所述海泡石的吸附孔隙为0.3-1.1nm，凹凸棒的吸附孔隙为0.3-0.6nm，活性炭的吸附孔隙为1-100nm。
5.根据权利要求1所述的新型空气净化材料，其特征在于：所述B颗粒为负载有高锰酸钾或高锰酸钠的活性氧化铝颗粒；所述A颗粒和B颗粒的直径均为2-4mm。
6.一种制备如权利要求1至5任意一项所述的新型空气净化材料中A颗粒的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(1)：将A颗粒的各组分分别过500目筛，备用；
步骤(2)：将过筛后的A颗粒的各组分按重量份配比进行混合后，搅拌直至混合均匀，得混合粉体；
步骤(3)：在步骤(2)所述的混合粉体中加入适量硫酸铝水搅拌均匀，然后进行造粒成料球；
步骤(4)：将步骤(3)所述的料球于150-230℃下干燥2-3小时；
步骤(5)：将干燥完的料球于800-1000℃下活化0.5-2小时，然后取出自然降温。
7.根据权利要求6所述的新型空气净化材料中A颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，硫酸铝水的质量分数为20％，硫酸铝水中硫酸铝与混合粉体的质量比为1:100；所述步骤(4)中，将料球放入干燥炉内于150-230℃下干燥2-3小时；所述步骤(5)中，将干燥完的料球放入高温炉内于800-1000℃下活化0.5-2小时，优选的，活化时间为1小时。
8.一种制备如权利要求1至5任意一项所述的新型空气净化材料中B颗粒的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(1)：配置混合液a，使其包含2～20g/L的聚阳离子电解质或聚阴离子电解质、0.02～2mol/L的无机盐；
步骤(2)：将所述混合液a形成于催化剂载体颗粒的表面及其内孔表面；
步骤(3)：将经步骤(2)处理的催化剂载体颗粒用热风烘干；
步骤(4)：配置混合液b，使其包含质量分数为4～10％的氧化剂，以及质量分数为2～10％的固化剂，并充分搅拌分散；
步骤(5)：将所述混合溶液b形成于经步骤(3)处理的催化剂载体颗粒表面及其内孔表面；
步骤(6)：将经步骤(5)处理的活性氧化铝球进行脱水处理，再用热风烘干，然后在80～160℃下烘烤使固化剂固化，取出自然降温。
9.根据权利要求8所述的新型空气净化材料中B颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述聚阳离子电解质为聚丙烯酰胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚乙烯亚胺盐酸盐、聚乙烯胺、聚乙烯吡啶、聚乙烯醇、聚丙烯腈中的一种或两种以上；所述聚阴离子电解质为聚丙烯酸钠、聚苯乙烯硫酸、聚乙烯磺酸、聚乙烯磷酸中的一种或两种以上；所述无机盐为氯化钾、氯化铵、氯化钙、氯化钠、硫酸钠、硝酸钾、硝酸钠中的一种或两种以上；所述步骤(3)中，热风的温度控制在50～80℃；所述步骤(4)中，所述固化剂为聚乙烯吡咯烷酮、乙烯基三胺、氨乙基哌嗪、聚乙二醇中的一种或两种以上。
10.一种制备如权利要求1至9任意一项所述的新型空气净化材料的方法，其特征在于：包括将A颗粒和B颗粒以一定的比例混合均匀制成所述新型空气净化材料的步骤。
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