一种除甲醛环保新材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及除甲醛新材料领域，具体而言，涉及一种除甲醛环保新材料及其制备方法。


背景技术：

2.在室内的装饰、装修过程中，使用的各种材料或板材等，不可避免的产生大量的挥发性有机物，主要有甲醛、苯类化合物等，其中以甲醛最具代表性，对人类健康影响最为显著突出。它具有很高的毒性和刺激性，对人体的健康危害巨大，是主要的致癌、致畸形的化学物质之一，长期以来，关于如何有效除去室内空气中的甲醛成为当前研究的热点，因为它与人们的生活质量及其身体健康息息相关。
3.常规的除甲醛主要采用植物吸收法、物理吸附法、光触媒法和化学法。植物吸收法、物理吸附法需要花费的时间较长，新房装修后长时间不能入住，且活性炭对甲醛单纯的物理吸附是可逆的，伴随着吸附的饱和还会脱附出一部分甲醛；光触媒法受到夜间无光的限制，没有光，光触媒无法发挥作用；化学法是指用某种能和甲醛发生固气复相反应的物质加入，吸收和分解甲醛，其添加量和反应活性决定了有效期和甲醛分解效率，但往往容易产生二次污染。现有技术中多采用光触媒法来去除甲醛，因此制作一种利用光触媒法除甲醛的材料显得尤为重要。


技术实现要素：

4.针对现有技术中上述的不足，本发明的第一个目的在于提供一种除甲醛环保新材料，其除甲醛的能力更强，并可以更加持久、稳定、高效的分解甲醛。
5.本发明的第二个目的在于提供一种除甲醛环保新材料的制备方法，其使得改性纳米tio2分布更均匀、性能稳定，提高产品稳定性，制备方法可操作性强。
6.为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是：
7.一种除甲醛环保新材料，包括以下重量份的原料：改性纳米tio
2 5-15份、氧化石墨烯1-10份、过碳酸钠1-10份、活性炭50-100份、氨基酸混合液1-10份、水性环氧树脂10-50份、增稠剂1-5份、分散剂1-5份、乳化剂1-5份、消泡剂1-5份、成膜剂1-5份、防腐剂1-5份。
8.进一步地，所述改性纳米tio2为：y-n掺杂纳米tio2。
9.进一步地，包括以下重量份的原料：改性纳米tio
2 5-10份、氧化石墨烯1-5份、过碳酸钠1-5份、活性炭70-100份、氨基酸混合液5-10份、水性环氧树脂20-40份、增稠剂1-3份、分散剂1-3份、乳化剂1-3份、消泡剂1-3份、成膜剂1-3份、防腐剂1-3份。
10.进一步地，包括以下重量份的原料：改性纳米tio
2 7-10份、氧化石墨烯2-5份、过碳酸钠1-3份、活性炭80-100份、氨基酸混合液5-8份、水性环氧树脂30-40份、增稠剂1-3份、分散剂1-3份、乳化剂1-3份、消泡剂1-3份、成膜剂1-3份、防腐剂1-3份。
11.其中，改性纳米tio2的制备方法如下：
12.(1)将钛酸四丁酯溶于无水乙醇中，并加入冰醋酸混合均匀，得溶液a；
13.(2)将含有钆元素的溶液和含氮元素的溶液溶于无水乙醇中，同时调节溶液ph为3～4，制成溶液b；
14.(3)将溶液b缓缓滴入溶液a中，待溶液由溶胶变成凝胶后，陈化，然后进行烘干、煅烧，即得y-n掺杂纳米tio2粉末。
15.一种除甲醛环保新材料的制备方法，包括如下步骤：s1.将水、改性纳米tio2、活性炭加入到乳化釜中，加入乳化剂，高速搅拌至乳化剂溶解，制得预乳化液；
16.s2.取水性环氧树脂和分散剂加入到反应釜，在300-400rpm条件下分散20-30min，制得水性环氧树脂体系；
17.s3.取预乳化液，加入到水性环氧树脂体系，搅拌均匀后加入氧化石墨烯，在400-550rpm条件下分散30-40min；
18.s4.将水和剩余原料加入到反应釜内，低速搅拌60-90min，过滤出料，即得成品。
19.本发明的有益效果是：
20.1.本发明利用y-n掺杂纳米tio2的方式，可更好地抑制tio2的电子-空穴的复合并促使tio2对光的吸收波长增加，提高光能的利用率，从而提高改性纳米tio2的催化活性，使得所得材料的除甲醛的能力更强，并可以更加持久、稳定、高效的分解甲醛。同时，改性纳米tio2产生的自由氢氧基和活性氧，具有极强的杀菌防霉的功能，能够有效的吸附异味物质、避免产生霉变异味，净化空气效果显著。
21.2.本发明除甲醛材料将光触媒光催化分解和活性炭物理吸附除甲醛机理相结合，无光照条件下，以活性炭通过物理吸附除去甲醛；光照条件下，光触媒催化甲醛分解，并实现活性炭再生，因此可长期、重复使用，并且无需完全依赖光照来去除甲醛，从而更加高效持久的除醛，缩短除醛周期，更加环保高效除甲醛。
22.3.本发明除甲醛环保新材料的制备方法先制备预乳化液，使得改性纳米tio2分布更均匀、性能稳定，提高产品稳定性，制备方法可操作性强。
具体实施方式
23.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
24.下面对本发明实施例提供的除甲醛环保新材料及其制备方法进行具体说明。
25.本发明提供了一种除甲醛环保新材料，包括以下重量份的原料：改性纳米tio
2 5-15份、氧化石墨烯1-10份、过碳酸钠1-10份、活性炭50-100份、氨基酸混合液1-10份、水性环氧树脂10-50份、增稠剂1-5份、分散剂1-5份、乳化剂1-5份、消泡剂1-5份、成膜剂1-5份、防腐剂1-5份；其中，改性纳米tio2为：y-n掺杂纳米tio2。
26.发明人利用纳米tio2在紫外光照射下，产生光催化反应，从而将甲醛等有机物和细菌氧化分解成h2o和co2从而达到净化空气的目的；更进一步地，为了提高纳米tio2的对甲醛的降解能力，发明人对纳米tio2进一步改性，通过抑制tio2的电子-空穴的复合的角度，利用y-n掺杂纳米tio2的方式，钇作为稀土金属，将y
3+
离子对tio2掺杂后，可有效抑制tio2的电子-空穴的复合并使其吸收波长增加；尤其是氮元素的加入，可部分取代tio2的部分的氧
空位，更进一步地抑制了tio2的电子-空穴的复合并促使tio2对光的吸收波长增加，提高了光能的利用率，从而提高了改性纳米tio2的催化活性，使得除甲醛的能力更强。同时，改性纳米tio2产生的自由氢氧基和活性氧，具有极强的杀菌防霉的功能，能够有效的吸附异味物质、避免产生霉变异味，净化空气效果显著。
27.具体的，改性纳米tio2粉的制备方法如下：(1)将钛酸四丁酯溶于无水乙醇中，并加入冰醋酸混合均匀，得溶液a；
28.(2)将含有钆元素的溶液和含氮元素的溶液溶于无水乙醇中，同时调节溶液ph为3～4，制成溶液b；
29.(3)将溶液b缓缓滴入溶液a中，待溶液由溶胶变成凝胶后，陈化，然后进行烘干、煅烧，即得y-n掺杂纳米tio2粉末。具体的含有钆元素的溶液可以是含有钆元素的盐或酸。
30.除此之外，发明人创新性的在材料中引入氧化石墨烯，亲水性比较好且具有优越的分散性，使得体系中各物质的分散性能更好，体系的稳定性更好；同时为体系搭建足够多的疏松多孔结构，可以使得改性纳米tio2更均匀的填充于多孔结构之中，进而使得改性纳米tio2可更均匀更大比表面积的暴露于材料的外表面，从而高效的与自然光接触，使得有效光触媒物质分布更加均匀，更高效的分解甲醛等有机物。
31.另外，本发明将光触媒光催化分解和活性炭物理吸附除甲醛机理相结合，无光照条件下，以活性炭通过物理吸附除去甲醛；光照条件下，光触媒催化甲醛分解，并实现活性炭再生，因此可实现长期、可重复使用，并且无需完全依赖光照来去除甲醛，从而更加高效持久的除醛，缩短除醛周期。
32.本发明的除甲醛环保新材料中的各组分的配比更优地为：改性纳米tio25-10份、氧化石墨烯1-5份、过碳酸钠1-5份、活性炭70-100份、氨基酸混合液5-10份、水性环氧树脂20-40份、增稠剂1-3份、分散剂1-3份、乳化剂1-3份、消泡剂1-3份、成膜剂1-3份、防腐剂1-3份。作为优选的，本发明的除甲醛环保新材料中的各组分的配比为：改性纳米tio
2 7-10份、氧化石墨烯2-5份、过碳酸钠1-3份、活性炭80-100份、氨基酸混合液5-8份、水性环氧树脂30-40份、增稠剂1-3份、分散剂1-3份、乳化剂1-3份、消泡剂1-3份、成膜剂1-3份、防腐剂1-3份。
33.在本实施例中，所述增稠剂为聚氨酯、淀粉、羟甲基纤维素的一种或几种；所述分散剂为聚丙烯酸钠；所述乳化剂为十二烷基聚氧乙烯醚硫酸铵、十二烷基二苯醚二磺酸钠及十二烷基硫酸钠中的一种或多种；所述消泡剂为矿物油类或聚二甲基硅氧烷类中的一种或多种；所述成膜剂为蛋白成膜剂或丙烯酸树脂成膜剂。
34.一种除甲醛环保新材料的制备方法，包括如下步骤：
35.s1.将水、改性纳米tio2、活性炭加入到乳化釜中，加入乳化剂，高速搅拌至乳化剂溶解，制得预乳化液；
36.s2.取水性环氧树脂和分散剂加入到反应釜，在300-400rpm条件下分散20-30min，制得水性环氧树脂体系；
37.s3.取预乳化液，加入到水性环氧树脂体系，搅拌均匀后加入氧化石墨烯，在400-550rpm条件下分散30-40min；
38.s4.将水和剩余原料加入到反应釜内，低速搅拌60-90min，过滤出料，即得成品。
39.本发明除甲醛环保新材料的制备方法先制备预乳化液，使得除甲醛环保新材料中
的改性纳米tio2分布更均匀、性能稳定，提高产品稳定性，制备方法可操作性强。
40.实施例1
41.本实施例提供了一种除甲醛环保新材料，包括如下重量百分比的组分：y-n掺杂纳米tio
2 5份、氧化石墨烯1份、过碳酸钠1份、活性炭50份、氨基酸混合液1份、水性环氧树脂10份、增稠剂1份、分散剂1份、乳化剂1份、消泡剂1份、成膜剂1份、防腐剂1份。
42.一种除甲醛环保新材料的制备方法，包括如下步骤：
43.s1.将水、改性纳米tio2、活性炭加入到乳化釜中，加入乳化剂，高速搅拌至乳化剂溶解，制得预乳化液；
44.s2.取水性环氧树脂和分散剂加入到反应釜，在350rpm条件下分散25min，制得水性环氧树脂体系；
45.s3.取预乳化液，加入到水性环氧树脂体系，搅拌均匀后加入氧化石墨烯，在450rpm条件下分散35min；
46.s4.将水和剩余原料加入到反应釜内，低速搅拌80min，过滤出料，即得成品。
47.本实施例由上述方法制得的成品材料记为试件a。
48.实施例2
49.本实施例提供了一种除甲醛环保新材料，包括如下重量百分比的组分：y-n掺杂纳米tio
2 15份、氧化石墨烯10份、过碳酸钠10份、活性炭100份、氨基酸混合液10份、水性环氧树脂50份、增稠剂5份、分散剂5份、乳化剂5份、消泡剂5份、成膜剂5份、防腐剂5份。
50.本实施例中除甲醛环保新材料的制备方法与实施例1一致。
51.本实施例由上述方法制得的成品材料记为试件b。
52.实施例3
53.本实施例提供了一种除甲醛环保新材料，包括如下重量百分比的组分：y-n掺杂纳米tio210份、氧化石墨烯5份、过碳酸钠5份、活性炭70份、氨基酸混合液5份、水性环氧树脂20份、增稠剂3份、分散剂3份、乳化剂3份、消泡剂3份、成膜剂3份、防腐剂3份。
54.本实施例中除甲醛环保新材料的制备方法与实施例1一致。
55.本实施例由上述方法制得的成品材料记为c。
56.实施例4
57.本实施例提供了一种除甲醛环保新材料，包括如下重量百分比的组分：y-n掺杂纳米tio27份、氧化石墨烯2份、过碳酸钠3份、活性炭80份、氨基酸混合液8份、水性环氧树脂30份、增稠剂3份、分散剂3份、乳化剂3份、消泡剂3份、成膜剂3份、防腐剂3份。
58.本实施例中除甲醛环保新材料的制备方法与实施例1一致。
59.本实施例由上述方法制得的成品材料记为d。
60.实施例5
61.本实施例提供了一种除甲醛环保新材料，包括如下重量百分比的组分：y-n掺杂纳米tio212份、氧化石墨烯9份、过碳酸钠9份、活性炭90份、氨基酸混合液9份、水性环氧树脂45份、增稠剂4份、分散剂4份、乳化剂4份、消泡剂4份、成膜剂4份、防腐剂4份。
62.本实施例中除甲醛环保新材料的制备方法与实施例1一致。
63.本实施例由上述方法制得的成品材料记为e。
64.实施例6
65.本实施例提供了一种除甲醛环保新材料，包括如下重量百分比的组分：y-n掺杂纳米tio213份、氧化石墨烯8份、过碳酸钠6份、活性炭75份、氨基酸混合液7份、水性环氧树脂45份、增稠剂3份、分散剂3份、乳化剂3份、消泡剂3份、成膜剂3份、防腐剂3份。
66.本实施例中除甲醛环保新材料的制备方法与实施例1一致。
67.本实施例由上述方法制得的成品材料记为f。
68.对比例1
69.本对比例提供一种除甲醛环保新材料，其组分：与实施例1的不同之处在于使用的是普通纳米tio2。本对比例中除甲醛环保新材料的制备与实施例1一致，制得的成品材料记为g1。
70.对比例2
71.本对比例提供一种除甲醛环保新材料，其组分：与实施例1的不同之处在于不含改性纳米tio2。本对比例中除甲醛环保新材料的制备与实施例1一致，制得的成品材料记为g2。
72.实验例
73.将实施例1-6所得的材料和对比例1-2所得的材料分别放入8个相同的密闭空间中，且密闭空间中的甲醛含量、放置时间均相同，分别检测放置前和放置后的甲醛含量，其中放置前的甲醛含量均为0.3mg/m3，得到数据如表1所示：
74.表1实施例及对比例材料的性能测试
[0075][0076]
由表1数据可知：本发明的除甲醛材料明显好于现有技术的两个除甲醛材料，具有更持久、稳定、高效的除甲醛的功效，适合推广使用。
[0077]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。