[发明专利]一种新型控制室内空气污染的材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明是一种新型室内空气净化材料的制备方法，它以活性炭纤维负载二氧化钛光催化剂制成复合材料用于空气净化和废水处理。它以紫外光为能源，具有操作简便、反应条件温和、没有二次污染，不会出现吸附饱和、对低浓度的有机污染物也有很好的处理效果等特点，能有效将空气中的有机污染物转化为二氧化碳和水，达到完全净化的目的。此外，还可杀灭细菌。

背景技术

室内空气质量的问题受到人们的普遍关注。由于大量的新型建筑材料、装修材料、涂料及黏合剂等的应用，使得室内空气中出现了多种挥发性有机污染物(VOC)，它可引发30多种疾病，甚至癌症，人们的身体健康及生命受到了前所未有的危害。因此，有效治理室内空气污染是科研工作者面临的一个重大的研究课题。

目前，净化室内空气中有机污染物的方法主要是利用吸附剂吸附和二氧化钛(TiO₂)光催化降解。近期也有研究关于二氧化钛负载活性炭纤维(TiO₂/ACF)的研究报道，但多是将该复合材料用于工业废水处理，很少关于用于处理空气中的有机污染物报道。并且大多数的研究是将二氧化钛粉末负载到活性炭纤维上，然后经过高温煅烧。它的缺点是由于纳米二氧化钛易于团聚，负载量不均匀。而利用溶胶-凝胶法制备二氧化钛溶胶，负载到活性炭纤维上的方法，其缺点是溶胶负载后必须进行干燥和高温煅烧，以获得锐钛矿型的二氧化钛晶型，因该晶型具有很好的光催化活性，能有效的去除有机污染物。但是溶胶-凝胶用普通方法干燥存在着负载膜易于开裂、比表面积小、不能形成网络结构、纳米粒径间空隙小，影响了光催化活性，进而导致对有机物降解效果不佳。

发明内容

利用本方法制备的二氧化钛(TiO₂)气凝胶，它就是一种淡黄色的块状材料。它具有网络结构，粒径尺寸均匀分布在30～50nm之间，空隙率高，比表面积大，表观密度在0.2～0.3kg/m3，具有典型气凝胶特征。

将二氧化钛气凝胶负载到活性炭纤维上，制成TiO₂/ACF，经高温真空煅烧，将有效的改进二氧化钛(TiO₂)醇凝胶经普通干燥和高温煅烧时产生的缺点，能保持溶胶-凝胶时的网络结构，获得具有均匀纳米级粒径的二氧化钛，其晶型70％以上是锐钛矿型。由于粒晶间的空隙大，吸附能力增强，有利于有机污染物的富集，也利于紫外光透射进入较厚的二氧化钛膜，产生更多的空穴，同时由于其锐钛矿晶型，也会在紫外光的照射下产生更多的空穴，提高光催化能力和使用寿命，从而使污染物的去除效果得到提高，试验结果表明对甲醛的降解率达到99％以上。

具体实施方式

1、二氧化钛溶胶-凝胶的制备技术。

以钛酸丁酯(Ti(OC₄H₉)₄为原料，无水乙醇、乙酸为水解催化剂，乙酰丙酮为螯合剂制备溶胶-凝胶。首先将钛酸丁酯、乙酰丙酮、无水乙醇按一定体积比均匀混合成溶液A，再将无水乙醇、水和乙酸按一定体积比均匀混合成溶液B，然后将B液均匀地滴加到A液中，用磁力搅拌器搅拌1h后即制成溶胶，在数小时后即可得到凝胶。溶胶反应液的配比为Ti(OR)₄∶EtOH∶H₂O∶AcOR∶ACACH＝20∶40∶4.5～5∶0.1～0.2∶1.5～2(体积比)，反应温度为室温。

2、二氧化钛气凝胶的制备。

利用超临界干燥技术干燥TiO₂醇凝胶。干燥的温度为40℃～70℃，压力为15Mpa～30Mpa。经过超临界干燥和高温煅烧后(温度在400℃～500℃)，即可获得具有纳米级粒径的二氧化钛，其粒径尺寸经扫描电镜观察在30nm～50nm范围内，粒径大小均匀，空隙率大，具有网络结构，具典型的气凝胶特征。

将本方法制备的TiO₂气凝胶负载到ACF上，制成TiO₂/ACF复合材料，经高温煅烧后，对室内有机污染物的去除效果显著的提高了。在以甲醛为目标污染物进行处理时，其降解甲醛的效果好于用普通方法干燥的TiO₂/ACF复合材料。