一种空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料及其制备方法及应用

技术领域

本发明属于环保材料制备技术领域，尤其涉及一种空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料及其制备方法及应用。

背景技术

随着科技和经济的快速发展，人们越来越注重生活质量与生命健康，在日常生活中，人们每天在室内的时间大多超过80％，因此室内空气质量对于人体健康的影不容小觑。近年来，室内空气污染问题愈发明显，降低工作效率和生活质量，甚至破坏人体免疫系统诱发身体疾病。

室内环境污染中较为严重的污染物主要是甲醛、乙醛、苯系物、氨、以及一些细菌、病毒和微生物。甲醛是室内环境的主要污染物，室内环境中甲醛大部分来自于乳胶、板材、海绵等装修材料中的粘合剂，甲醛对于人体危害高，在装修材料中可以长期释放，能够造成神经系统及呼吸系统损伤。乙醛被世界卫生组织癌症研究机构列为二级致癌物，它在室内环境污染中主要存在于香烟燃烧产生的废气中，低浓度乙醛会引起眼鼻不适，以及呼吸道刺激等症状，高浓度乙醛会导致昏迷、头痛、腹泻、肺水肿等症状。苯系物常作为涂料、乳胶以及建材中的有机溶剂，轻度中毒会导致头晕目眩、恶心呕吐等症状，重度中毒会诱发不同程度的白血病。氨主要来自于混凝土墙体，人体吸入过量氨会导致血红蛋白的运氧功能被破坏，引发咽部不适等一系列呼吸系统疾病。细菌、病毒以及微生物颗粒主要在空气中飘散，可能会引起部分人群的过敏反应，引发哮喘和支气管炎等疾病。

目前，室内空气污染物主要使用物理吸附，光催化降解以及贵金属催化方法去除。物理吸附法一般使用活性炭去除空气污染物，但一般活性炭吸附不具有选择性，吸附容量较低，对低浓度的污染吸附效果不佳，且存在脱附过程，造成二次污染。光催化法在室内空气污染处理方面受到很大约束，该方法需要在紫外光照射下才能对空气污染物高效转化，并且也不具备选择性，因此光催化发不适用于大多数人日常生活中空气污染的处理。贵金属催化方法，顾名思义，是使用贵重金属对空气污染进行催化降解，但其制作成本较高，且使用的银、铂、钯等贵金属可能在净化过程中造成人体中毒。

针对以上技术问题，本发明公开了一种空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料及其制备方法及应用，本发明提高了空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料的强度、比表面积、吸附容量以及吸附效果，有效的抑制和消除细菌、病毒等微生物。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料及其制备方法及应用，以解决现有技术中活性炭吸附容量较小且易脱附造成二次污染，不能很好的抑制和消除细菌和病毒等微生物的技术问题，本发明制备的空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料的强度、比表面积、吸附容量以及吸附效果等各方面都得到优化，另加入抗菌剂，在对于细菌、病毒等微生物的抑制和消除方面也有了明显的提升。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料，包括原料活性炭粉10～20份、氧化铝粉末5～10份、沸石分子筛3～8份、羟甲基纤维素3～5份、壳聚糖3～5份、尿素2～5份、次氯酸钙3～5份、分散剂1～2份、粘接剂1～2份、抑菌剂1～2份，其余为蒸馏水。

优选的，该空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料的比表面积为680～930m

优选的，该空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料的pH值为6～8。

优选的，该空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料的3m

本发明还公开了一种空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：

S1、称取原料：按质量份数称取活性炭粉10～20份，氧化铝粉末5～10份，沸石分子筛3～8份，羟甲基纤维素3～5份，壳聚糖3～5份，尿素2～5份，次氯酸钙3～5份，分散剂1～2份，粘接剂1～2份，抑菌剂1～2份，其余为蒸馏水；

S2、混合均匀：将上述原料混合搅拌2～4h得到混合样品；

S3、造粒机挤出颗粒：将混合样品转移至造粒机中，通过造粒机挤出造粒，得到初产物；

S4、烘干：将初产物置于烘干机中，设置目标温度110～140℃，经过2～4h烘干，得到终产物，终产物的颗粒强度达到30～60N/m

优选的，步骤S1中，活性炭粉、氧化铝粉末和沸石分子筛均为200～300目。

优选的，步骤S1中，分散剂选用水玻璃、甲基戊醇、三聚磷酸钠中的一种或多种；粘接剂选用聚乙烯、聚氨酯、环氧树脂中的一种或多种；抑菌剂选用聚吡啶、银离子、乙基香草醛中的一种或多种。

优选的，步骤S1中，蒸馏水的温度控制在15～30℃范围内。

优选的，步骤S3中，初产物为直径2～6mm，长度5～15mm的圆柱形颗粒。

本发明还公开了一种空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料在空气净化处理上吸附碱性废气和VOCs方面的应用。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明公开一种空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料的制备方法，通过设置合适的原料比例以及制备温度，使制备的空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料的比表面积高、吸附位点多、吸附性能好，复合材料吸附剂中的活性炭、氧化铝和沸石分子筛的多孔结构对于VOCs有很好的吸附性能，其表面的酸性基团和加入的物质对碱性物质能起到很好的键合，能够迅速的将碱性废气和VOCs去除掉，此外该复合材料对低浓度甲醛和乙醛都能有效去除，而且复合材料制备工艺简单，实用性强，另加入抗菌剂，在对于细菌、病毒等微生物的抑制和消除方面也有了明显的提升。

本发明制备的空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料含有较多的O元素、Cl元素和S元素，O元素能够改变炭材料的表面化学特性，使得Ca

附图说明

图1为空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料的制备流程图；

图2为空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料的氮气吸脱附曲线图；

图3为空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料的孔径分布曲线图；

图4为空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料的扫描电镜图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

以下实施例中空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料采取如下的方法进行评价：

(1)VOCs的去除率：将所需测试样品倒出搅拌均匀，称100克装入已备好的注塑框架中，保证密闭性良好，然后装入空气净化机中，用塑料袋罩住整个空气净化机；最后在3m

(2)测试仪器:3m

(3)使用Nanosem 430型场发射扫描电子显微镜分析样品材料的表面结构性质和表面孔道分布。

(4)使用3H-2000PS1型自动氮吸附分析仪测定样品材料的比表面积和孔容等结构参数。

(5)使用ESCALAB25型X-衍射光电子能谱定性定量分析样品材料表面的元素含量。

(6)使用YHKC-2A颗粒强度测定仪测量样品材料的强度。

(7)按GB/T12496.8-2015木质活性炭实验方法测量样品材料的碘值和pH值。

实施例1

本实施例公开了一种空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料，包括原料活性炭粉20份、氧化铝粉末10份、沸石分子筛5份、羟甲基纤维素4份、壳聚糖4份、尿素4份、次氯酸钙4份、分散剂2份、粘接剂2份、抑菌剂2份，25℃蒸馏水50g，该空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料的比表面积为680～930m

本实施例还公开了一种空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料的制备方法，包括如下制备步骤：

S1、称取原料：按质量份数称取活性炭粉20份，氧化铝粉末10份，沸石分子筛5份，羟甲基纤维素4份，壳聚糖4份，尿素4份，次氯酸钙4份，分散剂2份，粘接剂2份，抑菌剂2份，25℃蒸馏水50g，活性炭粉、氧化铝粉末和沸石分子筛均为200～300目，分散剂选用水玻璃、甲基戊醇、三聚磷酸钠中的一种或多种；粘接剂选用聚乙烯、聚氨酯、环氧树脂中的一种或多种；抑菌剂选用聚吡啶、银离子、乙基香草醛中的一种或多种；

S2、混合均匀：将上述原料混合搅拌2～4h得到混合样品；

S3、造粒机挤出颗粒：将混合样品转移至造粒机中，通过造粒机挤出造粒，得到初产物，初产物为直径2～6mm，长度5～15mm的圆柱形颗粒；

S4、烘干：将初产物置于烘干机中，设置目标温度125℃，经过2h烘干，得到终产物，终产物的颗粒强度达到30～60N/m

本实施例还公开了一种空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料在空气净化处理上吸附碱性废气和VOCs方面的应用。

具体的，本实施例中的活性炭粉购自郑州竹林活性炭开发有限公司，氧化铝粉末和沸石分子筛购自河南东力新材料有限公司，羟甲基纤维素购自河北昊硕化工有限公司，壳聚糖购自兴成生物科技股份有限公司；尿素购自沈阳隆润精细化工原料有限公司；次氯酸钙购自山东鑫晟化工有限公司，造粒机购自张家港瑞锋机械有限公司，烘干机购自上海力辰邦西仪器科技有限公司。

实施例2

实施例2公开了一种空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料，包括原料活性炭粉10份、氧化铝粉末5份、沸石分子筛5份、羟甲基纤维素4份、壳聚糖4份、尿素4份、次氯酸钙4份、分散剂2份、粘接剂2份、抑菌剂2份，25℃蒸馏水50g，该空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料的比表面积为680～930m

本实施例还公开了一种空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料的制备方法，包括如下制备步骤：

S1、称取原料：按质量份数称取活性炭粉10份，氧化铝粉末5份，沸石分子筛5份，羟甲基纤维素4份，壳聚糖4份，尿素4份，次氯酸钙4份，分散剂2份，粘接剂2份，抑菌剂2份，25℃蒸馏水50g，活性炭粉、氧化铝粉末和沸石分子筛均为200～300目，分散剂选用水玻璃、甲基戊醇、三聚磷酸钠中的一种或多种；粘接剂选用聚乙烯、聚氨酯、环氧树脂中的一种或多种；抑菌剂选用聚吡啶、银离子、乙基香草醛中的一种或多种；

S2、混合均匀：将上述原料混合搅拌2～4h得到混合样品；

S3、造粒机挤出颗粒：将混合样品转移至造粒机中，通过造粒机挤出造粒，得到初产物，初产物为直径2～6mm，长度5～15mm的圆柱形颗粒；

S4、烘干：将初产物置于烘干机中，设置目标温度125℃，经过2h烘干，得到终产物，终产物的颗粒强度达到30～60N/m

本实施例还公开了一种空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料在空气净化处理上吸附碱性废气和VOCs方面的应用。

实施例3

实施例3公开了一种空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料，包括原料活性炭粉20份、氧化铝粉末5份、沸石分子筛5份、羟甲基纤维素4份、壳聚糖4份、尿素4份、次氯酸钙4份、分散剂1份、粘接剂1份、抑菌剂1份，25℃蒸馏水50g，该空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料的比表面积为680～930m

本实施例还公开了一种空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料的制备方法，包括如下制备步骤：

S1、称取原料：按质量份数称取活性炭粉10份，氧化铝粉末5份，沸石分子筛5份，羟甲基纤维素4份，壳聚糖4份，尿素4份，次氯酸钙4份，分散剂2份，粘接剂2份，抑菌剂2份，25℃蒸馏水50g，活性炭粉、氧化铝粉末和沸石分子筛均为200～300目，分散剂选用水玻璃、甲基戊醇、三聚磷酸钠中的一种或多种；粘接剂选用聚乙烯、聚氨酯、环氧树脂中的一种或多种；抑菌剂选用聚吡啶、银离子、乙基香草醛中的一种或多种；

S2、混合均匀：将上述原料混合搅拌2～4h得到混合样品；

S3、造粒机挤出颗粒：将混合样品转移至造粒机中，通过造粒机挤出造粒，得到初产物，初产物为直径2～6mm，长度5～15mm的圆柱形颗粒；

S4、烘干：将初产物置于烘干机中，设置目标温度125℃，经过2h烘干，得到终产物，终产物的颗粒强度达到30～60N/m

本实施例还公开了一种空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料在空气净化处理上吸附碱性废气和VOCs方面的应用。

对制备得到的空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料HC

(一)分别测试空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料HC

表1 HC

其中，Dap(nm)表示平均孔径，单位为nm；S

由图2空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料HC

由图3空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料HC

由表1可知，空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料HC

(二)空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料HC

由图4空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料HC

(三)经测试空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料HC

表2空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料HC

空气净化用吸附碱性废气和VOCs的复合材料HC

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。