一種用于甲醛氣體凈化的纖維催化材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于甲醛氣體凈化的纖維催化材料及其制備方法，所述催化劑外觀呈無紡布狀，由鹽酸羥胺改性的聚丙烯腈無紡布與鐵離子反應(yīng)后形成，其中鐵離子含量為15-270mg/g。制備方法包括：采用鹽酸羥胺對(duì)聚丙烯腈無紡布進(jìn)行改性處理，然后將改性聚丙烯腈無紡布與氯化鐵的水溶液進(jìn)行反應(yīng)，使鐵離子通過配位作用負(fù)載于聚丙烯腈無紡布上得到用于甲醛等有毒有害氣體凈化的纖維催化材料。本發(fā)明催化材料適用于空氣凈化系統(tǒng)中核心部分的纖維基濾材，與傳統(tǒng)的納米TiO2催化劑相比具有可見光吸收強(qiáng)、制備成本低和易于回收利用等優(yōu)點(diǎn)，因而具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】一種用于甲醛氣體凈化的纖維催化材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光催化【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種用于甲醛等有毒有害氣體凈化領(lǐng)域的纖維催化材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]以納米T12為代表的光催化氧化技術(shù)，能夠產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的羥基自由基來徹底去除有毒有害物質(zhì)，從而成為最具應(yīng)用前景的空氣凈化技術(shù)。但是納米T12光催化降解有毒有害氣體的應(yīng)用仍然存在兩個(gè)重要的問題:(I)T12帶隙較寬，僅能吸收利用只占太陽光中3-5%的紫外光，盡管通過元素?fù)诫s等手段可以使其吸收波譜紅移，但其仍具有制備過程復(fù)雜和可見光利用率低等不足；(2)納米T12粉體應(yīng)用后難以回收利用，將其負(fù)載于其他材料則存在與載體相容性差的特點(diǎn)，易造成固著牢度低以及負(fù)載后活性降低等問題。
[0003]聚丙烯腈纖維能夠通過改性和配位作用制備基于高級(jí)氧化技術(shù)的光催化材料，其作用原理與納米T12體系類似，也是通過產(chǎn)生羥基自由基對(duì)污染物進(jìn)行分解。與納米T12M料相比，聚丙烯腈纖維催化材料在空氣凈化中的應(yīng)用具有如下優(yōu)勢(shì):(I)在可見光區(qū)有明顯吸收，能夠有效利用太陽光催化污染物分解；(2)制備成本低、反應(yīng)簡單，易于回收利用而且催化活性中心與纖維載體結(jié)合牢固。文獻(xiàn)[Ishtchenko VV, Huddersman KD,Vitkovskaya RFiAppl Catal A，2003，242，123 ;Dong YC,Han ZB,Liu CY,Du F，Sci TotalEnviron, 2010,408, 2245]和專利[董永春，韓振邦，杜芳，劉春燕，專利號(hào)CN101362102A]報(bào)道了聚丙烯腈纖維負(fù)載鐵配合物的制備方法及其光催化性能，但其主要應(yīng)用于印染廢水的處理方面，未涉及甲醛等有毒有害氣體污染物的去除領(lǐng)域，而且使用的纖維催化材料呈紗線型，存在機(jī)械性能、過濾性和耐久性較差等不足，抑制了其在空氣凈化過濾材料領(lǐng)域中的工業(yè)化應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬提供一種能夠工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用于甲醛等有毒有害氣體凈化領(lǐng)域的光催化劑，該催化劑具有制備方法簡單、成本低、機(jī)械性能好和光催化效率高等特點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案，是以適合用作濾材的聚丙烯腈無紡布作為負(fù)載材料，通過對(duì)其進(jìn)行化學(xué)改性引入功能基團(tuán)，然后再與鐵離子進(jìn)行配位作用制備聚丙烯腈無紡布的鐵配合物催化劑，具體步驟為:
[0006]I)將精確稱量的1.0g聚丙烯腈無紡布放入40ml濃度為18_54g/L的鹽酸羥胺溶液中，調(diào)節(jié)PH值至6.0，在85°C和攪拌條件下反應(yīng)30-150min，然后取出并用蒸餾水反復(fù)清洗烘干后得到改性聚丙烯腈無紡布。
[0007]2)稱取1.0g改性聚丙烯腈無紡布置于50ml濃度為0.02-0.lmol/L的氯化鐵水溶液中，在50-80°C和攪拌條件下進(jìn)行配位反應(yīng)，120min后取出并用蒸餾水反復(fù)洗滌后烘干，得到改性聚丙烯腈無紡布鐵配合物即為用于甲醛等有毒有害氣體凈化的纖維催化材料。
[0008]本發(fā)明的特點(diǎn)是使用具有優(yōu)異過濾性能的聚丙烯腈無紡布代替聚丙烯腈紗線作為鐵離子的載體，然后通過改性反應(yīng)和配位作用制備纖維材料催化劑。聚丙烯腈無紡材料具有優(yōu)異的柔軟性、耐久性、過濾性和機(jī)械性能，大大的增強(qiáng)了其作為光催化材料的實(shí)用性。該催化材料實(shí)現(xiàn)了聚丙烯腈纖維光催化劑在甲醛等有毒有害氣體凈化領(lǐng)域的應(yīng)用，而且與納米T12體系相比具有對(duì)可見光利用率高和易于回收利用等優(yōu)點(diǎn)，在空氣凈化領(lǐng)域尤其是纖維基濾材方面具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明中所述催化材料的兩種實(shí)施例與聚丙烯腈無紡布的紫外可見吸收光譜比較。
[0010]圖2為本發(fā)明中所述催化材料的兩種實(shí)施例與聚丙烯腈無紡布對(duì)甲醛氣體氧化降解的光催化活性比較(測(cè)試條件:甲醛氣體濃度:20mg/m3，催化材料:10g/m3，可見光強(qiáng)度:4.96mff/cm2)

【具體實(shí)施方式】
[0011]下面將結(jié)合實(shí)施例及附圖進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但這些實(shí)施例并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0012]實(shí)施例1:
[0013]I)選取厚度為1.5mm、克重為166g/m2、丙烯腈單體含量為86.52%的聚丙烯腈無紡布作為載體材料，精確稱量1.0g該無紡布放入40ml濃度為45g/L的鹽酸羥胺溶液中，調(diào)節(jié)pH值至6.0，在85°C和攪拌條件下反應(yīng)150min，然后取出并用蒸餾水反復(fù)清洗烘干后得到改性聚丙烯腈無紡布。
[0014]2)稱取1.0g改性聚丙烯腈無紡布置于50ml濃度為0.02mol/L的氯化鐵水溶液中，在50°C和攪拌條件下進(jìn)行配位反應(yīng)，120min后取出并用蒸餾水反復(fù)洗滌后烘干，得到第一種聚丙烯腈無紡布鐵配合物催化材料。
[0015]使用原子吸收法測(cè)定改性聚丙烯腈無紡布與氯化鐵溶液反應(yīng)前后溶液中鐵離子濃度的變化，依此計(jì)算出催化材料上鐵離子含量為27mg/g。
[0016]實(shí)施例2:
[0017]將實(shí)施例1步驟2中氯化鐵濃度調(diào)整為0.lmol/L，其余同實(shí)施例1，得到第二種聚丙烯腈無紡布鐵配合物催化材料。經(jīng)測(cè)定和計(jì)算，其鐵離子含量為118mg/g。
[0018]使用Thermo Scientific Evolut1n220紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定兩種實(shí)施例和聚丙烯腈無紡布在200-800nm范圍的吸收光譜，結(jié)果見圖1所示。聚丙烯腈無紡布的光吸收區(qū)域主要集中在200-400nm的紫外區(qū)，而兩種實(shí)施例在400_800nm可見光區(qū)均出現(xiàn)明顯的吸收帶，而且鐵離子含量較高的實(shí)施例2顯示出更高的吸收強(qiáng)度。這種吸收峰主要是由于Fe3+的d-d電子躍遷以及催化材料中配體向Fe3+的荷移(LMCT)作用所致，為該催化材料有效利用可見光構(gòu)建更強(qiáng)光催化體系提供了條件。
[0019]催化活性的測(cè)試在密封反應(yīng)器中進(jìn)行，甲醛氣體是通過其水溶液在70°C條件下氣化得到，實(shí)驗(yàn)光源使用100W的高壓汞燈，并使用濾光片過濾紫外光部分，以確保輻射到催化材料上的全是可見光。使用化學(xué)分析法測(cè)試體系的甲醛氣體濃度，首先使用蒸餾水吸收反應(yīng)后甲醛氣體，并使其與乙酰丙酮進(jìn)行反應(yīng)，然后通過分光光度法分析甲醛氣體濃度變化。圖2顯示，聚丙烯腈無紡布存在時(shí)，甲醛氣體的降解率隨著時(shí)間的延長有所增加，這應(yīng)該是由無紡布對(duì)氣體的物理吸附作用所造成的。重要的是，兩種實(shí)施例存在時(shí)，甲醛氣體的降解率隨著時(shí)間的延長不斷增加，反應(yīng)SOmin后降解率分別達(dá)到50%和80%，說明甲醛氣體發(fā)生了明顯的降解反應(yīng)。在該體系中，聚丙烯腈無紡布鐵配合物能夠催化空氣中的水分子和氧分子發(fā)生分解，產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基自由基，后者氧化甲醛分子使其發(fā)生降解反應(yīng)。實(shí)施例2顯示出比實(shí)施例1更高的光催化活性，說明鐵離子含量的增加有利于催化材料光催化效率的提高。
【權(quán)利要求】
1.一種用于甲醛等有毒有害氣體凈化的纖維催化材料，其特征在于該催化劑呈無紡布狀，由鹽酸羥胺改性的聚丙烯腈無紡布與鐵離子構(gòu)成，其中鐵離子含量為15-270mg/g。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于甲醛等有毒有害氣體凈化的纖維催化材料，其特征在于選取聚丙烯腈無紡布作為載體材料，其規(guī)格為:厚度1.0-2.5mm，克重100-250g/m2，丙烯腈單體含量85-90%。
3.—種如權(quán)利要求1所述的用于甲醛等有毒有害氣體凈化的纖維催化材料的制備方法，其特征在于，具有如下步驟: 1)將精確稱量的1.0g聚丙烯腈無紡布放入40ml濃度為18-54g/L的鹽酸羥胺溶液中，調(diào)節(jié)PH值至6.0，在85°C和攪拌條件下反應(yīng)30-150min，然后取出并用蒸餾水反復(fù)清洗烘干后得到改性聚丙烯腈無紡布。 2)稱取1.0g改性聚丙烯腈無紡布置于50ml濃度為0.02-0.lmol/L的氯化鐵水溶液中，在50-80°C和攪拌條件下進(jìn)行配位反應(yīng)，120min后取出并用蒸餾水反復(fù)洗滌后烘干，得到改性聚丙烯腈無紡布鐵配合物即為用于甲醛等有毒有害氣體凈化的纖維催化材料。
【文檔編號(hào)】B01J31/28GK104437657SQ201410814154
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月24日
【發(fā)明者】韓振邦, 趙曉明, 韓旭, 許航 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)