[发明专利]分等级多孔金属氢氧化物-SiO2复合甲醛吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分等级多孔甲醛吸附剂及其制备方法，具体为一种分等级多孔金属氢氧化物-SiO₂复合甲醛吸附剂及其制备方法。属于纳米材料和室内空气净化领域。

背景技术

甲醛是典型的室内污染物，其主要来自于建筑材料及室内装修材料等。在室内所使用的各种人造板材中由于使用了大量的脲醛胶和酚醛胶，其在很长时间内都会不断分解，从而造成了室内空气的污染。在较低浓度下，甲醛对人体健康的影响主要表现在刺激眼睛和呼吸道，造成胸闷和皮肤瘙痒，即病屋综合症（sick house syndrome）。在浓度大于15ppm时，甲醛会致人死亡。由于人的大部分时间是呆在室内场所的，如居住场所、工作场所、医院及学校等。因此，净化室内空气，去除甲醛污染已成为提高人们身体健康，改善人们生活环境的迫切任务。

目前，治理室内甲醛污染方法主要有异相催化和物理吸附法。其中，物理吸附法由于操作简单，无需外界条件而可以有效去除室内甲醛气体而受到关注。高锰酸钾、氧化铝以及一些陶瓷材料等都曾被研究作为甲醛气体的吸附剂。然而，较低的甲醛吸附容量阻止了这些吸附剂的广泛应用。近年来，具有大比表面积的多孔活性炭和二氧化硅也被用作去除甲醛气体的吸附剂。但是由于甲醛是一个典型的极性分子，其不能被多孔活性炭有效去除。目前，在多孔活性炭或二氧化硅表面进行功能化接枝胺基基团，是提高其吸附甲醛性能的一个重要途径。由于胺基可以作为Schiff碱，能与呈现酸性的甲醛作用，从而有效提高多孔活性炭或二氧化硅吸附甲醛的能力。然而，修饰有胺基的活性炭或二氧化硅不太稳定，尤其在高温下会放出氨气或含胺化合物而导致二次污染，因此，寻求高效、环境友好的甲醛吸附剂仍然具有十分重要的意义。

纳米材料比其本体块状材料具有更优异的性能，且其性能取决于微观颗粒尺寸大小和形状。近年来，人们对纳米材料的结构—性能间关系的研究十分感兴趣。纳米尺度颗粒的堆积及整个纳米结构间的协同作用对其用作吸附剂、催化剂及电极材料等的性能有较大的影响。例如，具有纳米尺度的颗粒可以导致较大的比表面积和较多的表面活性位；整个纳米颗粒的堆积（或有序排列）可以提供合适的多孔结构，从而有利于反应物或吸附质的传输。复合纳米材料由于单组份在纳米尺度的紧密接触，可能导致组份间的强烈相互作用，从而使得复合纳米材料的活性远远高于单个组份的活性，这为设计新型的复合催化剂、吸附剂等提供了重要思路。作为重要的过渡金属氢氧化物，Ni(OH)₂被广泛应用在电极材料、催化剂和吸附剂等领域中。然而，目前分等级多孔Ni(OH)₂-SiO₂复合材料的合成，及将其用作去除甲醛气体的吸附剂的研究还鲜有报道。

发明内容

针对上述采用吸附法去除气体甲醛的问题及复合纳米材料的优点，本发明提供一种分等级多孔金属氢氧化物-SiO₂复合甲醛吸附剂及其制备方法，该方法中合成温度相对较低，工艺简单，原料易得，并且合成的复合吸附剂分散度高，具有纳米尺寸，能够快速、有效地吸附甲醛气体。

为了实现本发明的目的，发明人通过大量试验研究，最终获得了如下技术方案：

一种甲醛吸附剂，其特征在于：该吸附剂为金属氢氧化物-SiO₂复合物，呈分等级多孔结构，金属氢氧化物的质量含量在90wt%~20wt%之间，且呈现纳米颗粒状或纳米片状分散，该复合吸附剂的比表面积为大于或等于113m²/g，其中，所述的金属氢氧化物为镍氢氧化物、铁氢氧化物、铝氢氧化物、铜氢氧化物或铈氢氧化物。

本发明的甲醛吸附剂优选的金属氢氧化物的质量含量在80wt%~40wt%之间，且呈现纳米颗粒状或纳米片状分散。

本发明的甲醛吸附剂的制备方法，在油包水型乳液中，以水溶性金属盐、可溶性碱性物质和含有硅的前躯体为原料，在不断搅拌的过程中，通过水解-共沉积，然后经过干燥制得分等级多孔甲醛吸附剂；其中所述的油包水型乳液中：油性溶剂包括环己烷或正己烷中的一种或两种；表面活性剂包括分子量200-600聚乙二醇（PEG）、吐温20、吐温60、吐温80、丙三醇、司盘20中的一种或几种；所述的水溶性金属盐包括硝酸镍、硝酸铁、硝酸铝、硝酸铜、硝酸铈、氯化镍、氯化铁、氯化铝、氯化铜、醋酸镍、醋酸铜、硫酸镍、硫酸铝或硫酸铜；所述的可溶性碱性物质包括氨水、氢氧化钠或氢氧化钾；含有硅的前躯体包括碱金属硅酸盐或正硅酸乙酯。

本发明的甲醛吸附剂的制备方法，包括如下步骤：