具有光催化和吸附负离子功能的复合材料及其生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于废水废气处理的环保领域，具体涉及一种具有光催化和吸附负离子功 能的复合材料及其生产方法。
【背景技术】
[0002] 光催化半导体技术自1967年在日本被发现以来，世界各国众多科研机构都进行 了大量的研发，除作为居室内空气净化之用，在工业废水处理中始终没能大规模推广，究其 原因是光催化材料的技术特点：1.光催化降解反应只在界面发生；2.光催化对降解对象没 有选择性，有机聚合物载体受光蚀破坏；3.无机载体材料受到制造、化学腐蚀、防水性等诸 多影响，一直影响了光催化材料的大规模工业化应用。目前应用中走在前沿的为二氧化硅 包覆纳米二氧化钛核壳材料，有了一定规模的产用和效果。但核壳材料对紫外光吸收利用 率在30-40 %左右，也是不尽理想。
[0003] 吸附材料在废水废气处理中得到了广泛的应用，并有较好的效果，但存在着脱附 费用较高（高温活化或化学活化），并且脱附时不能连续作业等普遍性问题。
[0004] 负离子材料能够持续释放羟基负离子，发射远红外线，对居室空气净化应用得到 了一定的推广，但对废水降解活化独立完成效果不够显著。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种具有光催化和吸附负离子功能的复合材料及其生产方 法，是一种集吸附、催化分解、脱附、释放羟基负离子，发射远红外线功能于一体的无机复合 性多孔大比表面积型材；具有球、块、棒、板多孔型材。
[0006] 本发明一种具有光催化和吸附负离子功能的复合材料，原料包括固体干材料和 水，固体干材料组成质量百分比如下：
[0007] 无机凝胶材料：40-70 ;
[0008] 光催化材料：5-15 ;
[0009] 活性吸附材料：10-30 ;
[0010] 负离子材料：5-10 ;
[0011] 增强纤维材料：5-10;
[0012] 无机透明颗粒：4-6;
[0013] 发泡剂：0.5-3;
[0014] 低密度有机材料；
[0015] 低密度有机材料与无机凝胶材料、光催化材料、活性吸附材料、负离子材料、增强 纤维材料和无机透明颗粒的的容积比：1_9:1。
[0016] 固体干材料与水的比例为1 :0. 5-2,成品容重60-700kg/m3。
[0017] 发泡剂为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、动物蛋白或 植物蛋白型中的一种或多种。发泡剂优选十二烷基苯磺酸钠。
[0018] 无机凝胶材料是支撑基材功能材料的载体，优选硅酸盐水泥、镁质硫酸盐水泥、硅 酸钙、铝酸盐水泥、氯氧镁水泥或陶土。无机凝胶材料中含有常规的助剂。
[0019] 光催化材料为纳米金属氧化物或硫化物，优选CuO、Ti02、ZnO、ZnS、CdS、W0 3、Fe203、 PbS、Sn02、SiTi03、SiO2S Pt、Rn、Pd螫合型纳米光催化材料中的一种或多种复合。
[0020] 光催化材料为粒径为5-80nm的粉体。
[0021] 活性吸附材料为活性白土、活性炭、硅藻土、沸石、埃络石纳米管、二氧化硅、麦饭 石中一种或多种复合。活性吸附材料对有机污染物及病菌病毒微生物的吸附捕捉功能。
[0022] 活性吸附材料为粒径为10-5000目之间粉体。由于活性吸附材料的吸水量较大， 当添加量较大时，根据浆料的稀稠程度进行添加，成品容重60_700kg/m3。
[0023] 负离子材料为电气石、六环石、黄土石及稀土材料中一种或多种复合，负离子材料 粉体粒径为150um-10nm，负离子释放量1000-80000个/cm3;核素限量：内照指数1. 0,外照 指数1.3。负离子材料具有释放羟基负离子，增加水中溶解活性氧表面活性作用；能够浸润 分散和溶解有机物，杀灭微生物，发射远红外线。
[0024] 增强纤维为玻纤、玄武岩纤维、碳纤维及其织物或短切纤维中的一种或两种，其 中，增强纤维为两种时，一种为织物或三维织物，另一种为短切纤维。增强纤维为凝胶体，提 高支撑强度。
[0025] 无机透明材料为玻璃微珠或粉，粒径在30_500um之间。无机透明材料能够提高型 材界面及孔隙界面的紫外光透过性。
[0026] 低密度有机材料为塑料发泡颗粒，优选EPS发泡颗粒、化纤、天然纤维、棉麻纤维、 动物毛发、植物种子、秸杆、木粉或淀粉制品中的一种或多种。低密度有机材料是通过高温 烧结碳化即烧蚀，形成活性炭和在型材上产生球状孔或线性孔洞，增大比表面积。
[0027] 低密度有机材料为nm、um、mm级复合多孔材料，即有大小各种粒径或纤维形成球 状和线性孔洞，多形状多孔材料。该材料是增加比表面积的主要材料。由于该类材料为轻 质低密度材料，低密度有机材料与其他原料比采用容积比。该材料的添加量决定型材的密 度。
[0028] 本发明具有光催化和吸附负离子功能的复合材料的制备方法：
[0029] 本发明以无机凝胶材料及增强纤维材料为基料，在基料中添加光催化材料、负离 子材料、活性吸附材料、低密度有机材料、无机透明颗粒、水，使上述材料充分均匀地分散在 基料中混合分散制浆，铸型、固化、低温烧结造孔、冷却、冲洗、干燥后得到光催化及吸附负 离子多功能大比表面积复合材料。
[0030] 增强纤维材料优选无机纤维增强材料。
[0031] 低温烧结碳化为：窑温控制在300-550°C，密闭绝氧或低氧环境，烧结时间2-20h。
[0032] 1.混合分散制衆：本发明终端制品为粒球、块、棒、板形状，在制板或块、棒状材料 时采用混合分散制浆；在造粒时直接将各种干料按配方搅拌混合分散后直接送入造粒机， 进行喷淋水造粒。
[0033] 造粒机优选圆盘造粒机。
[0034] 当无机凝胶为硅酸盐水泥时，按配方将硅酸盐水泥与活性吸附材料及无机透明材 料及短切纤维、无机增强纤维进行干料搅拌分散混合，同时将光催化材料与负离子材料进 行干粉混合，然后将水与其混合搅拌均匀后，将光催化材料与负离子材料的水浆料与水泥 及活性材料混合，搅拌，搅拌速度为100-400转/min，5-10min后加入低密度有机材料，搅拌 均匀出料。
[0035] 2.铸型：本发明终端制品是粒球、块、棒、板形状，制板时通过生产线连续成型或 在模板上成型，根据模板的尺寸规格制造，优选规格1200 X 2400mm，1200 X 3000mm，优选厚 度在5_60mm之间。
[0036] 当采用浇筑法铸型时，在模具内浇筑成型。具体方法是浇筑在一个大模箱内，待固 化后进行切割开片，按所需要的规格切割。由于氯氧镁水泥的耐水性软化系数比硅酸盐要 高得多，力学强度指标也好于硅酸盐，相同无机凝胶重量比时，产品的力学指标相同时，需 要多添加一些轻质低密度材料，得到相对容积大的制品。
[0037] 当使用造粒机进行造粒时，采用挤出型，在制浆后，直接通过造粒机挤出成型粒料 制品，如果采用挤出型时，相对加水量比制板浇筑要少。
[0038] 当使用圆盘造粒机时，将所有按配方的固体粒径干料分散后，送入造粒圆盘，然后 喷淋造粒，造粒粒径在5-30mm之间，此种方法不适合氯氧镁水泥反应型凝胶。
[0039] 3.固化
[0040] 当无机凝胶为硅酸盐水泥与硅酸钙基的制品时采用蒸氧固化技术；当无机凝胶为 氯氧镁水泥与镁质硫酸盐水泥时采用保温，固化后的制品进入下一道工序。
[0041] 4.低温烧结碳化
[0042] 低温烧结碳化是本发明的重要工序，是通过低温烧结使所有的人造聚合物高分子 和有机质全部碳化，烧失变为无机材料，使有机物碳化后成为多孔碳，同时由于烧失形成孔 洞，形成变化（mm)毫米级、（um)微米级、（nm)纳米级共存的纵横交错的无规则多孔大比表 面积型材。由于纳米光催化材料具有较大的分散性比表面积，因此通过碳化造孔相对显著 增加其有效光催化界面面积，即受光面，同时增加吸附材料吸附面积和羟基负氧离子释放。 电离界面和远红外向水中发射光源面积，负离子材料主要向贵金属整合二氧化钛、磷酸二 氧化钛、氧化铜、氧化锰近红外及红外催化的纳米光催化材料的催化效率倍增的多效效果。
[0043] 低温烧结碳化在窑炉中进行，窑炉优选马弗炉、燃气炉、烧煤炉或烧油炉。窑温控 制在300-550°C，密闭绝氧或低氧运行。烧结时间2-20h，由于不同材质的碳化时间不同，较 小粒状型材碳化时间相对较短，大规格型材潜热较多所需时间较长。如果碳化温度较低的 材质时，采用明焰煅烧。
[0044] 5.冲洗
[0045] 将烧结炉窑出窑的制品，用喷水冲洗，喷水压力在0. 5_4MPa之间。冲洗将部分碳 化成分和碳粉用水冲刷干净，露出成型孔洞。
[0046] 6.烘干
[0047] 将冲洗过的制品烘干或自然晾干，优选通过烘干机进行烘干，因为