[发明专利]一种氧化铝微球空气净化剂、制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种空气净化剂材料，特别地涉及一种氧化铝微球空气净化剂材料、制备方法及其用途。属于空气净化领域。

背景技术

在全球范围内，自从工业化革命以来，随着石油化工工业的快速发展，以及消耗燃油的汽车工业的发展，导致了环境污染的日益加剧，机动车辆尾气的大量排放，给人们的出行、大气环境等造成了严重的负面影响。

此外，人类在享受科技进步、发展的成果的同时，也不得不承受由此带来的双刃剑的负面。同时，由于日常生活尤其是家庭装修中大量化工原料、装饰材料、日化产品的应用，导致了室内空气质量的严重恶化，其中的挥发性有机化合物(VOCs)的总含量甚至要远高于室外，而这些VOCs中含有大量的致癌物质。在我国，该室内污染的情况更为严重，例如从国家权威发布的多数结果来看，我国居民室内的甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨等的浓度要远高于国际标准，在我国居民恶性肿瘤、呼吸道疾病的发病率较高的现实情况下，这是诱发这些疾病的重要因素，也是我们在现实生活中与健康息息相关的面临难题之一。

人们为了尽可能地降低室内污染物浓度，净化空气，而采取了多种手段，例如活性炭物理吸附、花草类的植物吸附等等，但这些物理吸附存在也存在诸多的缺陷，例如就活性炭物理吸附而言，其只能吸附而无法从根本上消除有机污染物，随着时间的延长，其吸附能力逐渐降低直至饱和，此时不但不能继续吸附，反而会因吸附过饱和而释放出污染物，造成二次污染；由如对于花草类的植物吸附，它们的吸附能力低，且某种植物只能吸收某一种或少量几种污染物，缺乏广谱应用性。

为了克服物理吸附的缺陷，人们研发出了化学净化方法，例如使用二氧化氯，二氧化氯具有强氧化能力，能够氧化大部分的有机污染物。但其稳定性差，因此只能在使用时进行次氯酸盐的分解而释放出二氧化氯，同时持续时间短，综合这些因素，虽然二氧化氯氧化能力强，但使用极其不方便，推广难度较大。

而自上个世纪70年代，科学家发现半导体氧化物TiO₂能降解废水中的氰化物以来，人们对TiO₂的研究日益深入。种种研究表明，TiO₂尤其是纳米TiO₂对多种污染物具有很强的光催化降解能力。例如，其可降解大量的有机物，如苯、甲苯、二甲苯、萘、卤代芳烃、甲醛、NO_x、氨、硫化氢、四氯乙烯、一氧化碳等。

纳米TiO₂的光催化机理在于：在光照下，如果光子的能量大于半导体禁带宽度，其价带上的一个电子(e^-)就会被激发，越过禁带进入导带，同时在价带上产生相应的空穴(h⁺)。光生空穴有很强的氧化能力(其标准氢电极电位在1.0-3.5V)，该空穴可以直接或间接氧化有机物。由于TiO₂的强氧化能力，所有的污染有机物都可被其完全氧化成CO₂和H₂O，而不会产生二次污染。同时在该氧化前后，TiO₂的物理形态、化学性质均未发生改变，即在降解污染物的过程中，其为光催化剂。

但TiO₂也存在一些缺点，如1、与吸附型的物理材料相比，其吸附性能较差，难以将室内的有机污染物吸附到其表面进行富集，从而影响了其光催化效率和性能。2、纳米TiO₂颗粒尺寸小、表面积大、表面能高，处于能量的不稳定状态，同时纳米颗粒之间的表面氢键、化学键的作用也容易导致粒子相互吸附而团聚，如何克服因粒径微细化而导致的颗粒团聚现象无疑是TiO₂性能持续、稳定发挥的关键所在。这在一定程度上限制了其应用。

为了克服这些缺陷，人们进行了大量的研究，如对纳米TiO₂颗粒进行多种改性，以改变其“不稳定状态”，例如在其表面均匀包覆一层其它物质的包膜、将高分子连接到其表面上、高能电晕放电使其表面性质发生变化等手段使其稳定。

虽然人们进行了大量的努力，但这些处理手段或者过于复杂而难以大规模应用；或者成本过于高昂而仅停留在实验室阶段，无法实现工业化、市场化；或者虽然对其表明进行了一定程度的改性，但稳定性差，在一段时间后其又容易发生团聚而明显地降低了其光催化性能；或者这些改性都涉及化学改性，操作和改性过程过于繁琐和精细，导致了处理手段非常有限，且对于条件的控制非常严格。