一种钴基氧化物超细玻璃纤维气相净化滤网及制备方法

1.本发明属于复合功能材料技术领域，具体涉及一种钴基氧化物超细玻璃纤维气相净化滤网及制备方法。


背景技术：

2.目前，室内挥发性气体有害气体和细菌微生物对人类健康的威胁主要表现在以下几个方面：vocs分子具有刺鼻性气味或恶臭味，可引起人们感官的不适应如恶心、头痛、抽搐、昏迷等症状，严重影响人们的日常生活。细菌微生物自身具有毒性，可导致神经系统、内分泌系统、血液循环系统、呼吸系统、泌尿系统的病变。鉴于有害气体和细菌微生物对环境和人体健康产生的巨大危害，对空气的治理势在必行。光热催化氧化法是一种经典的气固非均相催化反应，借助催化剂的作用降低化学反应的活化能，同时反应物分子吸附到催化剂的表面，与催化剂表面的活性氧分子发生深度氧化还原反应，从而提高了反应速率，使有机污染物在较低的温度下能够进行光热催化氧化，活性氧最终将污染物转换为无害物质co2和h2o。由于针对催化氧化的钴基氧化物材料常用作单一的纳米粉体，不利于回收且容易造成二次环境破坏，并且单一的钴氧化物的催化性能不高。因此，此发明基于一种沉淀刻蚀的方法在耐高温的超细玻璃纤维上引入钴基氧化物颗粒得到具有低温光热催化氧化降解vocs能力和抗菌抑菌能力的滤网，并通过石墨烯的引入提高滤网的催化氧化活性，加速实现对有害挥发气体和空气中细菌微生物的处理工艺优化。


技术实现要素：

3.针对本发明目的是针对现有技术的不足，提供一种玻璃纤维滤网负载钴基氧化物复合材料及其制备方法和应用，该滤网对甲苯表现出高效的催化降解活性，对大肠杆菌高效的灭活能力，可大面积生产，使用寿命长，过滤效率高且制备方法简单易操作。
4.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种钴基氧化物超细玻璃纤维气相净化滤网，组成为：6～12wt％钴基氧化物纳米颗粒，3～9wt％粘结体系，其余组分为超细玻璃纤维棉79～91wt％，三种原料总和是100％。
6.优选的，所述超细玻璃纤维棉组成为：sio2：56.5～66.5wt％，al2o3：2.5～7.5wt％，mgo：4.5～8.5wt％，cao：1.5～4.5wt％，b2o3：3～6.5wt％，fe2o3+zno+bao：4.5～7.5wt％，碱金属氧化物r2o(na2o+k2o)：8～10.5wt％；
7.优选的，所述粘结体系由粘结剂和改性剂组成；
8.优选的，所述粘结剂为纯丙乳液、硅丙乳液、苯丙乳液、醋丙乳液和改性酚醛树脂中尿素改性酚醛树脂、聚氨酯改性酚醛树脂、三聚氰胺改性酚醛树脂中的一种或几种，质量为占可见光光催化空气净化玻璃纤维滤芯的总质量的2～5％；
9.优选的，所述改性剂为kh550、kh560、kh792硅烷偶联剂中的一种或几种，质量为可见光光催化空气净化玻璃纤维滤芯的总质量量的1～4％；
10.优选的，所述钴基氧化物材料，空心球体或空心立方或多面体形貌，均为介孔结
构，其它过渡金属的添加或掺杂能够有效的改变单组分金属氧化物的结构，提高其催化氧化活性，钴基氧化物复合纳米级颗粒含量占vocs气相降解用的钴基氧化物超细玻璃纤维滤网的总重量的6～12wt％；
11.优选的，其特征在于，所述钴基氧化物材料的制备方法为：共沉淀法；
12.一种钴基氧化物超细玻璃纤维气相净化滤网的制备方法，包括以下步骤：
13.(1)配置钴基氧化物复合催化氧化颗粒前驱体a、b、c溶液；
14.(2)选择两种及以上不同直径的玻璃纤维棉，通过纤维解离器将选取的玻璃纤维棉放入石墨烯a种子溶液中搅打和分散成均匀的浆料；
15.(3)将浆料输送至成型造纸机进行湿法成型，然后将成型的湿纸浸渍于粘结体系中，再进行烘干处理；
16.(4)将制得的玻璃纤维滤网放入c液充分浸润处理，同时将将b溶液缓慢滴加c液中，搅拌半小时后老化一段时间进行共沉淀，确保在每一根玻璃纤维原位生长锰钴基氧化物复合材料；
17.(5)将负载锰钴基氧化物复合颗粒的玻璃纤维滤纸通过酸洗刻蚀，干燥退火处理制得具有高效催化降解vocs的空气净化玻璃纤维滤纸，然后将制得的玻璃纤维滤芯经过打折机的打折处理，最终制得具有低温催化氧化的气相净化玻璃纤维滤网。
18.优选的，步骤(1)中钴基复合颗粒钴源包括：钴氰化钾，醋酸钴，硝酸钴其中的一种或几种。
19.优选的，步骤(1)中钴基复合颗粒其他金属包括：锰类氧化物，铁类氧化物，镍类氧化物其中的一种或几种。
20.优选的，步骤1钴基氧化物超细玻璃纤维滤网复合催化氧化颗粒前驱体溶液的方法步骤如下：a液：1-10mg/ml的石墨烯种子层溶液；b液：称取钴源和其他金属氧化物源配置1-10mmol前驱体60ml水和乙醇；c液：称取碳酸氨配置1-10mmol碱基沉淀前驱体水溶液90ml；
21.优选的，步骤(2)所述玻璃纤维棉的直径正态分布与0.6～4μm之间，平均纤维直径为2.2μm，超细玻璃纤维棉的纤维长度正态分布在15～30mm，平均纤维长度为20mm；
22.忧选的，步骤(2)所述纤维解离器的打浆转速在5000～12000转/分钟，浆料浓度为5～10wt％，浆料ph值为3.0～5.0；
23.优选的，步骤(3)所述烘干处理为在100～115℃的烘板上烘制5
±
1min；
24.优选的，步骤(4)中搅拌时间为10-60min，沉淀时间为1-12h；
25.优选的，步骤(5)中酸洗溶液为0.1-1mol/l的盐酸溶液，刻蚀时间为10-60min。
26.优选的，步骤(5)中干燥退火条件为200℃～400℃退火30-60min。
27.本发明的有益效果：
28.1、本发明通过球类钴基氧化物基催化氧化材料在每一根超细玻璃纤维上包覆性紧密、有效提高纳米粉体的分散性问题，使得最后制备出的钴基氧化物超细玻璃纤维滤网催化氧化性能更加优异，使用寿命更长；并且能同时实现对有害气体和细菌微生物的降解作用，扩大滤网的使用范围。
29.2、本发明通过钴基氧化物催化氧化材料的原位生长在玻璃纤维表面。一方面通过其它金属引入跟钴复合，金属氧化组分间的协同作用提高催化性能，同时石墨烯的引入能
够有效提高光生电子对的分离，以此达到低温条件下对室内vocs气体和细菌微生物的光热催化氧化活性。
30.3、本发明通过钴基氧化物的引入，空心结构对于催化氧化降解vocs的性能有较大的提升，并通过沉淀刻蚀的方法也极大简化工艺流程，同时介孔钴基氧化物中氧缺陷ox的增加能增大对空气中的氧的吸附，进一步将氧气活化为活性氧物种，充分结合有害气体和细菌微生物将其催化降解。
附图说明
31.图1为钴基氧化物超细玻璃纤维气相净化滤网示意图；
32.图2为微波合成石墨烯基体包覆超细玻璃纤维结果示意图；
33.图3为微波合成石墨烯基体包覆超细玻璃纤维扫描电镜示意图；
具体实施方式
34.以下实施例将结合附图对本发明做一进步说明，本实施例制备了一种钴基氧化物超细玻璃纤维气相净化滤网，但本实施例不能用于限制本发明，凡是采用本发明的相似方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
35.实施例1
36.配置a液2mg/ml的石墨烯种子层溶液，b液2mmol硫酸钴和硫酸锰60ml的水和乙醇等比溶液，c液4mmol醋酸氨90ml的水溶液，充分震荡30min即得钴基氧化物前驱体溶液，取直径为3.0μm的超细玻璃纤维棉40份和直径为0.6μm的超细玻璃纤维棉10份，浸泡在a液中10min，通过纤维解离器以6000转/每分钟的速度耗时3min打散玻璃纤维棉，制备质量浓度为6％的纸浆悬浊液。通过浆料运输机运输至成型造纸机湿法成型抄制成片。然后再将成型的湿纸浸泡于聚氨酯改性酚醛树脂和kh550混合稀释为占重质量为3％的的粘结剂体系中，于100℃的烘板上烘干5min。将上述制备的滤纸放入c液充分浸润10min，缓慢将b液倒入搅拌20min并沉淀3h。将样品放入0.1mol/l的盐酸溶液刻蚀10min，最后再200℃中退火30min，制备出vocs气相降解用的钴基氧化物基超细玻璃纤维滤网。制备出的vocs气相降解用的锰钴氧化物超细玻璃纤维滤网可以达到在350℃的条件下对600ppm甲苯的100％除去，2h内在60w led照射下对大肠大肠杆菌的100％灭活，过滤阻力480pa,过滤效率99.999％，强度0.9kn/m。
37.实施例2
38.配置a液a液6mg/ml的石墨烯种子层溶液，b液6mmol硝酸钴和硝酸亚铁60ml的水和乙醇等比溶液，c液5mmol醋酸氨90ml的水溶液，充分震荡30min即得铁钴前驱体溶液。取直径为3.0μm的超细玻璃纤维棉40份和直径为0.6μm的超细玻璃纤维棉10份，浸泡在a液中20min，通过纤维解离器以7000转/每分钟的速度耗时4min打散玻璃纤维棉，制备质量浓度为7％的纸浆悬浊液。通过浆料运输机运输至成型造纸机湿法成型抄制成片。然后再将成型的湿纸浸泡于聚氨酯改性酚醛树脂和kh550混合稀释为占重质量为6％的的粘结剂体系中，于100℃的烘板上烘干5min。将上述制备的滤纸放入c液充分浸润20min，缓慢将b液倒入搅拌40min并沉淀8h，将样品放入0.5mol/l的盐酸溶液刻蚀30min，最后将样品300℃中退火40min，制备出vocs气相降解用的锰钴氧化物超细玻璃纤维滤网。制备出的vocs气相降解用
的铁钴氧化物超细玻璃纤维滤网可以达到在300℃的条件下对900ppm甲苯的99％除去，1h内在60w led照射下对大肠大肠杆菌的100％灭活，过滤阻力480pa,过滤效率99.999％，强度0.9kn/m。
39.实施例3
40.配置a液8mg/ml的石墨烯种子层溶液，配置b液8mmol氯化钴和氯化镍60ml的水和乙醇溶液，c液9mmol醋酸氨90ml的水溶液并，充分震荡30min即得镍钴氧化物前驱体溶液。取直径为3.5μm的超细玻璃纤维棉40份和直径为0.6μm的超细玻璃纤维棉10份，浸泡在a液30min，通过纤维解离器以8000转/每分钟的速度耗时4min打散玻璃纤维棉，制备质量浓度为10％的纸浆悬浊液。通过浆料运输机运输至成型造纸机湿法成型抄制成片。然后再将成型的湿纸浸泡于聚氨酯改性酚醛树脂和kh550混合稀释为占重质量为9％的的粘结剂体系中，于100℃的烘板上烘干5min。将上述制备的滤纸放入c液充分浸润30min，缓慢将b液倒入搅拌40min并沉淀12h。将样品放入0.8mol/l的盐酸溶液刻蚀50min，最后将样品300℃中退火40min，制备出vocs气相降解用的镍钴超细玻璃纤维滤网。制备出的vocs气相降解用的镍钴超细玻璃纤维滤网可以达到在220℃的条件下对1000ppm甲苯的99％除去，30min内在60w led照射下对大肠大肠杆菌的100％灭活，过滤阻力480pa,过滤效率99.999％，强度0.9kn/m。
41.最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。