一种空气净化剂及其制备方法

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一种空气净化剂及其制备方法
本发明涉及一种空气净化剂及其制备方法,属于环境保护【技术领域】。该空气净化剂包括球状载体和活性金属或活性金属氧化物。球状载体为花球状稀土金属氧化物,球状载体由片状花瓣交织而成,活性金属或活性金属氧化物以纳米颗粒的形态附着在球状载体的花瓣间隙中和外层花瓣上。本发明空气净化剂,较大幅度提高了常温下的空气净化效果;具有很好的催化活性,大大提高了空气净化速度;与已有的催化剂相比,其使用寿命提高了近10倍之多,因而降低了空气净化的成本;具有很好的抗菌效果,对常见细菌和病毒有较好的杀灭作用;本发明制备方法工艺成熟,技术操作易于掌握,净化剂微观结构分布均匀,产率在80%以上。
【专利说明】一种空气净化剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种空气净化剂及其制备方法,属于环境保护【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着人民的物质文化生活水平普遍提高,生活质量和健康水平日益成为人们关注的大事。随着空调的广泛使用,随之而来的室内健康问题也越来越引起关注。
[0003]在美均每天在室内度过的时间为总时间的
88%,在汽车内为7%,只有5%的时间是在室外度过的。这样,在密闭空间环境中,人们可能短时间、间歇地处于较高浓度的多种污染物之中,或长期、持续地处于低浓度的多种污染物之中,相对于室外污染,密闭空间污染将对人们的健康产生更大的损害。密闭空间环境中污染源有很多,室内装饰材料及家具的污染是目前造成室内空气污染的主要方面,有甲醛、苯、甲苯、氯仿等有机挥发物,C0、N0x、H2S、NH3等大气中的污染物质,造成室内空气污染。此外空调通风系统的污染也不容忽视,调查表明空调通风系统的污染占室内空气总污染程度的一半以上。
[0004]要使室内环境指标达到上述标准并非易事。目前,为了改善室内环境的空气质量,一般采用以下三种措施:
[0005]1、改善室内的通风系统。研究表明,自然的通风可以显著地提高室内空气的质量。因此合理地对室内的通风设施进行改善能够有效地提高室内空气的质量。
[0006]2、控制污染源头。对建筑物的装潢材料进行挑选,尽量少使用不健康、不合格的产品,这些产品会大量释放有害物质,降低室内环境的质量。
[0007]3、空气净化技术的使用。前面两项措施是被动改善空气质量,但是还没有达到理想的状况时,室内空气净化技术就成为改善室内空气质量的最直接有效的手段。目前常见的几种空气净化技术:过滤技术、低温等离子、静电技术、膜分离净化以及催化技术等。
[0008]现有的空气净化用催化材料主要是TiO2为主的光催化剂,但是催化效率很低,因此选择合适的载体材料或复合其它元素是解决问题的关键。常用的载体为活性炭和硅胶等,载体仅仅起到支撑和气体吸附的作用,没有起到推动催化效率的效果。同时针对CO、NOx,H2S,NH3等有害气体处理结果不理想。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提出一种空气净化剂及其制备方法,改变已有空气净化剂的结构和制备方法,以提高空气净化效果,并能对空气中的多种有害成分进行处理。
[0010]本发明提出的空气净化剂,其微观结构为花球状,包括球状载体和活性金属或活性金属氧化物;所述的球状载体为花球状稀土金属氧化物,稀土金属氧化物为氧化铈、氧化镧或氧化铈和氧化镧以任何比例相混合的氧化物,球状载体由片状花瓣交织而成,球状载体的直径L为3-5微米,形貌为疏松多孔的三维网状结构;所述的活性金属或活性金属氧化物以纳米颗粒的形态附着在球状载体的花瓣间隙中和外层花瓣上,活性金属与球状载体的质量比为1:100?1000,活性金属氧化物与球状载体质量比为1:5?20;所述的活性金属或活性金属氧化物的颗粒度为3?15纳米,所述的活性金属为钼、金、钯或银中的任何一种或多种以任何比例混合;活性金属氧化物为氧化铜、氧化锌、氧化镍、氧化钴和氧化锰中的任何一种或多种混合。
[0011]本发明提出的空气净化剂,其制备方法包括以下步骤:
[0012](I)将低聚乳果糖或葡萄糖、硝酸铈或硝酸镧以及丙烯酰胺或丁烯酰胺,溶于水,得到溶液,其中低聚乳果糖或葡萄糖、硝酸铈或硝酸镧、丙烯酰胺或丁烯酰胺各组分水溶液的摩尔浓度(mol/L)分别为:?1、?1、?1,用尿素或氨水调节PH值至8?12,得到胶体,搅拌3?12小时,在120?300°C下反应10?120小时,过滤得到沉淀物,对沉淀物进行水洗5?8次、无水乙醇洗漆5?8次、80°C下干燥4?8小时后,在450?600°C下煅烧6?24小时,得到球状载体;
[0013](2)将活性金属的可溶性盐溶于水中,制成溶液A,溶液A中活性金属的摩尔浓度(mmol/L)?2,将步骤(I)制备的球状载体,放入溶液A中搅拌,得到悬浊液B,悬浊液B中活性金属与球状载体的质量比为1:100?1000;向悬浊液B中加入乙二醇或丙三醇,乙二醇或丙三醇的摩尔浓度(mmol/L)?4,在100°C下回馏6?8小时后抽滤、水洗5?8次、无水乙醇洗涤5?8次、80°C干燥4?8小时后,得到负载有活性金属纳米颗粒的空气净化剂粉体;
[0014](3)将金属铜、锌、镍、钛、钴或锰中的一种或多种以任意比例混合的硝酸盐溶于水中,制成溶液C,溶液C中金属氧化物的摩尔浓度
(mmol/L)?10,将步骤(I)制备的球状载体,放入溶液C中搅拌,得到悬浊液D,悬浊液D中活性金属氧化物和球状载体的质量比为1:5?20;向悬浊液D中加入沉淀剂草酸或草酸钾使沉淀生成,其中草酸或草酸钾的摩尔浓度(mmol/L)?15;常温下搅拌3?8小时,过滤得到沉淀物,对沉淀物进行水洗5?6次、无水乙醇洗涤5?6次、80°C下干燥8小时后,在空气气氛下300?500°C下煅烧3?6小时,得到负载有活性金属氧化物纳米颗粒的空气净化剂粉体;
[0015](4)将上述制备空气净化剂粉体与水或有机溶剂混合,所述的有机溶剂为乙醇、丙醇或乙二醇,混合的质量比为催化剂粉体:水或有机溶剂=1:10?50,得到粘稠状浆料,将具有设定形状的作为承载物的圆柱形泡沫陶瓷浸入该粘稠状浆料中,多次提拉烘干,得到整装空气净化剂。
[0016]本发明提出的空气净化剂及其制备方法,其优点是:
[0017]1、本发明提出的空气净化剂,净化温度大大降低,下降到30?100°C之间,较大幅度提高了常温下的空气净化效果。
[0018]2、本发明提出的空气净化剂,具有很好的的催化活性,30°C时单循环空气净化效率超过80%,大大提高了空气净化速度。
[0019]3、本发明提出的空气净化剂,其使用寿命长,在
30?100°C时,催化剂连续催化时间超过2000小时,催化剂的催化活性基本保持不变,与已有的催化剂相比,其使用寿命提高了近10倍之多,因而降低了空气净化的成本。
[0020]4、本发明提出的空气净化剂,同时均有很好的抗菌效果,对细菌和病毒有较好的杀灭作用,%的杀菌率。
[0021]5、本发明提出的空气净化剂制备方法,合成工艺成熟,技术操作易于掌握,净化剂微观结构分布均匀,产率在80%以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明制备的球状载体的结构示意图。
[0023]图2是本发明制备的球状载体的扫描电镜照片。
[0024]图3是本发明制备的催化剂粉体的扫描电镜照片。
【具体实施方式】
[0025]本发明提出的空气净化剂,其微观结构为花球状,包括球状载体和活性金属或活性金属氧化物。球状载体的结构如图1所示,其扫描电镜图如图2所示,为花球状稀土金属氧化物,稀土金属氧化物为氧化铈、氧化镧或氧化铈和氧化镧以任何比例相混合的氧化物,球状载体由片状花瓣交织而成,球状载体的直径L为3-5微米,形貌为疏松多孔的三维网状结构。活性金属或活性金属氧化物以纳米颗粒的形态附着在球状载体的花瓣间隙中和外层花瓣上,活性金属与球状载体的
质量比为1:100?1000,活性金属氧化物与球状载体质量比为1:5?20。活性金属或活性金属氧化物的颗粒度为3?15纳米,活性金属为钼、金、钯或银中的任何一种或多种以任何比例混合;活性金属氧化物为氧化铜、氧化锌、氧化镍、氧化钴和氧化锰中的任何一种或多种混合。本发明制备的催化剂粉体的扫描电镜照片如图3所示。
[0026]所述空气净化剂的制备方法,包括以下步骤:
[0027](I)将低聚乳果糖或葡萄糖、硝酸铈或硝酸镧以及丙烯酰胺或丁烯酰胺,溶于水,得到溶液,其中低聚乳果糖或葡萄糖、硝酸铈或硝酸镧、丙烯酰胺或丁烯酰胺各组分水溶液的摩尔浓度(mol/L)分别为:?1、?1、?1,用尿素或氨水调节PH值至8?12,得到胶体,搅拌3?12小时,在120?300°C下反应10?120小时,过滤得到沉淀物,对沉淀物进行水洗5?8次、无水乙醇洗漆5?8次、80°C下干燥4?8小时后,在450?600°C下煅烧6?24小时,得到球状载体;
[0028](2)将活性金属的可溶性盐溶于水中,制成溶液A,溶液A中活性金属的摩尔浓度(mmol/L)?2,将步骤(I)制备的球状载体,放入溶液A中搅拌,得到悬浊液B,悬浊液B中活性金属与球状载体的质量比为1:100?1000;向悬浊液B中加入乙二醇或丙三醇,乙二醇或丙三醇的摩尔浓度(mmol/L)?4,在100°C下回馏6?8小时后抽滤、水洗
5?8次、无水乙醇洗涤5?8次、80°C干燥4?8小时后,得到负载有活性金属纳米颗粒的空气净化剂粉体;
[0029](3)将金属铜、锌、镍、钛、钴或锰中的一种或多种以任意比例混合的硝酸盐溶于水中,制成溶液C,溶液C中金属氧化物的摩尔浓度(mmol/L)?10,将步骤(I)制备的球状载体,放入溶液C中搅拌,得到悬浊液D,悬浊液D中活性金属氧化物和球状载体的质量比为1:5?20;向悬浊液D中加入沉淀剂草酸或草酸钾使沉淀生成,其中草酸或草酸钾的摩尔浓度(mmol/L)?15;常温下搅拌3?8小时,过滤得到沉淀物,对沉淀物进行水洗5?6次、无水乙醇洗涤5?6次、80°C下干燥8小时后,在空气气氛下300?500°C下煅烧3?6小时,得到负载有活性金属氧化物纳米颗粒的空气净化剂粉体;
[0030](4)将上述制备空气净化剂粉体与水或有机溶剂混合,所述的有机溶剂为乙醇、丙醇或乙二醇,混合的质量比为催化剂粉体:水或有机溶剂=1:10?50,得到粘稠状浆料,将具有设定形状的作为承载物的圆柱形泡沫陶瓷浸入该粘稠状浆料中,多次提拉烘干,得到整装空气净化剂。
[0031]以下介绍本发明方法的实施例:
[0032]实施例1:空气净化剂:Pt/Ce02:%的Pt担载量
[0033](I)将葡萄糖、硝酸铈以及丁烯酰胺,溶于水,得到溶液,其中葡萄糖、硝酸铈、丁烯酰胺各组分的水溶液摩尔浓度
(mol/L)分别为:,,,用氨水调节PH值至9,得到胶体,搅拌4小时,在140°C下反应4小时,过滤得到沉淀物,对沉淀物进行水洗6次、无水乙醇洗涤6次、80°C下干燥5小时后,在500°C下煅烧10小时,得到亮黄色球状载体CeO2,球状载体的微观形貌如图2所示;
[0034](2)将活性Pt金属的可溶性盐(H2PtCl6)溶于水中,制成溶液A,溶液A中活性金属的摩尔浓度(mmol/L),将步骤(I)中制备的球状载体,放入溶液A中搅拌,得到悬浊液B,悬浊液B中活性金属与球状载体的质量比为1:500;向悬浊液B中加入乙二醇(mmol/L),在100°C下蒸馏7小时后抽滤、水洗5次、无水乙醇洗涤5次、80°C干燥6小时后,得到负载有活性金属纳米颗粒的空气净化剂粉体,材料的形貌如图3所示;
[0035](3)将步骤(2)制备空气净化剂粉体与水混合,混合的质量比是催化剂粉体:水=1:10,得到粘稠状浆料,将直径为8mm的圆柱形泡沫陶瓷浸入该粘稠状浆料中,4次提拉烘干,得到整装空气净化剂。
[0036]实施例2:空气净化剂:Pt/Ce02:%的钼担载量
[0037](I)将葡萄糖、硝酸铈以及丁烯酰胺,溶于水,得到溶液,其中葡萄糖、硝酸铈、丁烯酰胺各组分的水溶液摩尔浓度(mol/L)分别为:,,,用氨水调节PH值至10,得到胶体,搅拌10小时,在200°C下反应40小时,过滤得到沉淀物,对沉淀物进行水洗

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