去除室内低浓度甲醛的TiO₂-ACF材料的制备方法

专利名称：去除室内低浓度甲醛的TiO₂-ACF材料的制备方法
技术领域：
本发明属于空气净化材料的制备领域，特别涉及一种去除室内低浓度甲醛的 TiO2-ACF材料的制备方法。
背景技术：
当今，人类正面临“煤烟污染”、“光化学烟雾污染”之后，以“室内空气污染”为主的第三次环境污染。大量触目惊心的事实证实，室内空气污染已成为危害人类健康的“隐形杀手”，也成为全世界各国共同关注的问题。研究表明，室内空气的污染程度要比室外空气严重2-5倍，在特殊情况下可达到100倍，在室内空气中存在500多种挥发性有机物，其中甲醛已经被世界卫生组织确定为一类致癌物，并且认为甲醛与白血病发生之间存在着因果关系。目前甲醛是我国新装修家庭中的主要污染物，儿童是室内环境污染的高危人群，甲醛污染与儿童白血病之间的关系应该引起全社会关注。我国发布的流行病学统计，我国白血病的自然发病率较高，每年约新增4万名白血病患者，其中50%是儿童，而且以2至7岁的儿童居多。家庭装修导致室内环境污染，被认为是导致城市白血病患儿增多的主要原因。2004年深圳儿童医院与有关部门曾对新增加的白血病患儿进行了家庭居住环境调查，发现90%的小患者家中在半年之内曾经装修过。我国室内污染严重，且得不到有效去除，活性炭纤维具有较强的吸附性，但是由于其具有吸附饱和性，且对甲醛的吸附同时会释放部分甲醛，而且随着温度的变化，甲醛也会释放出来，并没有被完全降解。二氧化钛具有光催化作用，能将甲醛催化降解为二氧化碳和水，但其具有聚集和失活的特性，并且吸附性较差，特别对于室内甲醛浓度较低时，去除效果较差。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种去除室内低浓度甲醛的TiO2-ACF材料的制备方法，该方法制备工艺简单，操作安全，成本较低，该TiO2-ACF材料对低浓度甲醛 (< 10mg/m3)去除效果良好，可重复使用。本发明的一种去除室内低浓度甲醛的TiO2-ACF材料的制备方法包括(1)将5_8ml Ti (OC4H9) 4 (钛酸丁酯)加入到剧烈搅拌的20ml乙醇溶液中，并继续搅拌10_40min，得到Ti (OC4H9)4的乙醇溶液；在20ml乙醇中加入1. 2-1. 6ml水，O. 05-0. 2ml 乙酸、l-2ml乙酰丙酮和0. 70-0. 80g FeCl3 ·6Η20，搅拌均勻后，于剧烈搅拌下逐滴加入到所述的Ti (OC4H9)4的乙醇溶液中，并继续搅拌0. 5-池，静置，得到透明淡黄色钛溶胶；(2)将活性炭纤维放入上述的透明钛溶胶中浸渍0. 5-2分钟，然后放入离心机中离心处理0. 5-aiiin，再于100-120°C的干燥0. 5-2小时，最后，放入马弗炉中以2-5°C /min 的升温速率升温至440-460°C，并恒温处理2-3h，冷却处理后，即得。步骤⑴中所述的Ti (OC4H9) 4的乙醇溶液中Ti (OC4H9) 4与C2H5OH的摩尔比为 1 13。
步骤(1)中所述的H2O与C2H5OH的优选摩尔比为3 13。步骤O)中所述的活性炭纤维为处理过的活性炭纤维，处理工艺为将毡状活性炭纤维放置于乙醇溶液中半个小时，溶解其中含有的灰分和有机杂质，然后放入蒸馏水中溶解浸泡半个小时，最后放于干燥箱中105°C下恒温烘干2h，即得处理过的活性炭纤维；将处理过的活性炭纤维放置于干燥器中冷却备用。本发明制备了一种能有效去除室内低浓度甲醛(< 10mg/m3)的二氧化钛-活性炭纤维(TiO2-ACF)材料，其保持了活性炭纤维的高吸附性能和TW2优良的光催化降解性能。 ACF内部结构疏松，有利于光的照射和甲醛气体的吸附；负载于ACF表面的TiO2以颗粒状均勻分布在ACF的表面，有利于甲醛气体的降解。本发明制备的TiO2-ACF材料，使用ACF为基体，T^2为催化剂，将二者进行复合制备，制备的TiO2-ACF材料能有效去除室内低浓度甲醛气体，将甲醛气体完全吸附降解成为 CO2和H2O等完全无污染物质，具有环保，无污染的特点。本发明制备的TiO2-ACF材料，在254nm紫外光照射下，降解初始浓度为1. 3mg/m3 的低浓度甲醛气体，105min后，甲醛降解率为99%，甲醛几乎被完全降解。能将一般的室内甲醛污染，经过处理，降低到我国室内空气质量标准(GB/T 18883-2002)中规定室内空气中甲醛浓度限值0. 10mg/m3以下。本发明制备的TiO2-ACF材料对低浓度甲醛(< 10mg/m3) 去除效果良好，如图1所示。有益效果(1)本发明的制备工艺简单，操作安全，成本较低，对设备的要求不高，且环保无污染。(2)本发明制备的TiO2-ACF材料结合了的TW2的紫外光催化性能和ACF的优良吸附性能；在空间结构上，TiO2-ACF材料的疏松空间结构，使得光照和气体能充分透过，保证了吸附降解的速率和效果。(3)本发明制备的TiO2-ACF材料具有重复使用性和长期性，从而带来可观的社会效益、环境效益和经济效益，能用于空调等内机，具有良好的应用前景。


图1为本发明的制备的TiO2-ACF材料(TiO2负载率)对不同浓度甲醛降解
率曲线。图2为本发明的TiO2-ACF表面电镜照片(白色颗粒为TiO2)。图3为本发明制备得到了不同TW2负载率的TiO2-ACF材料降解甲醛曲线。图4为本发明的制备方法的工艺流程示意图。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1
(1)将6. 8ml Ti (OC4H9) 4加入到剧烈搅拌的20ml乙醇溶液中，并继续搅拌30min， 得到Ti (OC4H9)4的乙醇溶液；在20ml乙醇中加入1. 5ml水、0. Iml乙酸、1. 2ml乙酰丙酮和 0. 75g FeCl3 · 6H20，搅拌均勻后，于剧烈搅拌下逐滴加入到所述的Ti(OC4H9)4的乙醇溶液中，并继续搅拌lh，得到透明淡黄色钛溶胶，静置；(2)将活性炭纤维放入上述的透明淡黄色钛溶胶中浸渍1分钟，然后放入离心机中离心处理2min，再于110°C的干燥1小时，最后，放入马弗炉中以3C/min的升温速率升温至450°C，并恒温处理浊，冷却处理后，即得。本实例得到TiO2-ACF表面电镜照片(白色颗粒为TiO2)如图2所示，其TiO2负载率为20%，对低浓度甲醛的处理90min，甲醛的降解率为90% (如图3，TACFl所示)。实施例2(1)将6. 8ml Ti (OC4H9) 4加入到剧烈搅拌的20ml乙醇溶液中，并继续搅拌30min， 得到Ti(OC4H9)4的乙醇溶液；在20ml乙醇中加入1. 5ml水、0. 05ml乙酸、Iml乙酰丙酮和 0. 70g FeCl3 · 6H20，搅拌均勻后，于剧烈搅拌下逐滴加入到所述的Ti(OC4H9)4的乙醇溶液中，并继续搅拌0. 5h，得到透明淡黄色钛溶胶，静置；(2)将活性炭纤维放入上述的透明淡黄色钛溶胶中浸渍0. 5分钟，然后放入离心机中离心处理1. 5min，再于100°C的干燥0. 5小时，最后，放入马弗炉中以2°C /min的升温速率升温至440°C，并恒温处理3h，冷却处理后，即得。本实例得到TiO2-ACF的TW2负载率为26%，对低浓度甲醛的处理90min，甲醛的降解率为95% (图3，TACF2所示)。实施例3(1)将6. 8ml Ti (OC4H9) 4加入到剧烈搅拌的20ml乙醇溶液中，并继续搅拌lOmin， 得到Ti (OC4H9)4的乙醇溶液；在20ml乙醇中加入1. 5ml水、0. 15ml乙酸、1. 2ml乙酰丙酮和 0. 75g FeCl3 · 6H20，搅拌均勻后，于剧烈搅拌下逐滴加入到所述的Ti(OC4H9)4的乙醇溶液中，并继续搅拌lh，得到透明钛溶胶，静置；(2)将活性炭纤维放入上述的透明淡黄色钛溶胶中浸渍1. 5分钟，然后放入离心机中离心处理lmin，再于110°C的干燥1. 5小时，最后，放入马弗炉中以；TC /min的升温速率升温至450°C，并恒温处理2. 5h，冷却处理后，即得。本实例得到TiO2-ACF的TW2负载率为31 %，对低浓度甲醛的处理90min，甲醛的降解率为82% (图3，TACF3所示)。实施例4(1)将6. 8ml Ti (OC4H9) 4加入到剧烈搅拌的20ml乙醇溶液中，并继续搅拌40min， 得到Ti(OC4H9)4的乙醇溶液；在20ml乙醇中加入1. 5ml水、0. 2ml乙酸、2ml乙酰丙酮和 0. SOgFeCl3 ·6Η20，搅拌均勻后，于剧烈搅拌下逐滴加入到所述的Ti(OC4H9)4的乙醇溶液中， 并继续搅拌池，得到透明淡黄色钛溶胶，静置；(2)将活性炭纤维放入上述的透明淡黄色钛溶胶中浸渍1分钟，然后放入离心机中离心处理0. 5min，再于120°C的干燥2小时，最后，放入马弗炉中以5°C /min的升温速率升温至460°C，并恒温处理3h，冷却处理后，即得。本实例得到TiO2-ACF的TW2负载率为33 %，对低浓度甲醛的处理90min的降解率为67% (图3，TACF4所示)。
按照制备技术配方和流程进行制备的TiO2-ACF材料对不同甲醛初始浓度的气体降解率曲线(图1)可以看出，对于低浓度甲醛有良好的降解去除效果。动力学呈现一级反应。而对于高浓度甲醛效果不如低浓度甲醛去除明显，因此，该材料更适合于除去低浓度室内甲醛，并具有持续能和重复使用性。从图2可以看出，ACF在空间中呈现分散状态，各自保持一定的距离，而TW2以粉末状分散负载于ACF的表面，这种结构使得光照和气体能有效通过，结合了 ACF的良好吸附性和TW2的光催化性能。
权利要求
1.一种去除室内低浓度甲醛的TiO2-ACF材料的制备方法包括(1)将5-8mlTi (OC4H9)4加入到剧烈搅拌的20ml乙醇中，并继续搅拌10-40min，得到 Ti (OC4H9)4的乙醇溶液；在20ml乙醇中加入1. 2-1. 6ml水，0. 05-0. 2ml乙酸、l_2ml乙酰丙酮和0. 70-0. 80g FeCl3 · 6H20，搅拌均勻后，于剧烈搅拌下逐滴加入到所述的Ti (OC4H9)4的乙醇溶液中，并继续搅拌0. 5-2h，静置，得到透明钛溶胶；(2)将活性炭纤维放入上述的透明钛溶胶中浸渍0.5-2分钟，然后放入离心机中离心处理0. 5-aiiin，再于100-120°C的干燥0. 5-2小时，最后，放入马弗炉中以2_5°C /min的升温速率升温至440-460°C，并恒温处理2-3h，冷却处理后，即得。
2.根据权利要求1所述的一种去除室内低浓度甲醛的TiO2-ACF材料的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的Ti (OC4H9)4的乙醇溶液中Ti (OC4H9)4与C2H5OH的摩尔比为 1 13。
3.根据权利要求1所述的一种去除室内低浓度甲醛的TiO2-ACF材料的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的H2O与C2H5OH的摩尔比为3 13。
4.根据权利要求1所述的一种去除室内低浓度甲醛的TiO2-ACF材料的制备方法，其特征在于步骤O)中所述的活性炭纤维为处理过的活性炭纤维，处理工艺为将活性炭纤维放置于乙醇中半个小时，然后放入蒸馏水中溶解浸泡半个小时，最后置于干燥箱中105°C下恒温烘干2h，即得处理过的活性炭纤维。
全文摘要
本发明涉及一种去除室内低浓度甲醛的TiO2-ACF材料的制备方法包括(1)将Ti(OC4H9)4加入到剧烈搅拌的乙醇中，得到Ti(OC4H9)4的乙醇溶液；在乙醇中加入水、乙酸、乙酰丙酮和FeCl3·6H2O，搅拌均匀后，于剧烈搅拌下逐滴加入到所述的Ti(OC4H9)4的乙醇溶液中，得到透明钛溶胶，静置；(2)将活性炭纤维放入上述的透明钛溶胶中浸渍，然后放入离心机中离心，再干燥，最后，放入马弗炉中440-460℃恒温处理2-3h，冷却处理后，即得。本发明的制备工艺简单，操作安全，成本较低，该TiO2-ACF材料对低浓度甲醛(＜10mg/m3)去除效果良好，可重复使用，具有广泛的应用范围。
文档编号B01D53/72GK102266762SQ201110123049
公开日2011年12月7日 申请日期2011年5月12日 优先权日2011年5月12日
发明者全海宇, 吴琪琳, 李利伟, 秦文贞, 臧鹏, 韩浩 申请人:东华大学