一种高效降解甲醛的钛基复合催化网及其制备方法技术

本发明专利技术涉及催化材料领域，尤其涉及一种高效降解甲醛的钛基复合催化网及其制备方法。所述高效降解甲醛的钛基复合催化网基体为钛网；所述钛网表面生长有二氧化钛纳米阵列；所述钛网和二氧化钛纳米阵列表面负载有锰基催化组分。本发明专利技术钛基复合催化网为网状结构，并且具有较好的力学性能，具有更强的适用性，可直接用于空气净化器复合滤网的制造，可进行无光催化降解甲醛，并且可实现自体再生，延长了其单次使用时长，且具有良好的导电性，可进一步进行通电自热再生，在组装成设备时可复合一键再生功能。

A titanium based composite catalytic network for formaldehyde degradation and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种高效降解甲醛的钛基复合催化网及其制备方法
本专利技术涉及催化材料领域，尤其涉及一种高效降解甲醛的钛基复合催化网及其制备方法。
技术介绍
室内的木器、木板、家具和墙壁表层的涂料中均基本含有甲醛，并且，经研究发现，甲醛的释放期通常为三至十五年，即便在装修很长时间后，许多器具还会持续地释放甲醛。而世界卫生组织在2004年发布的第153号公报认定：甲醛为致癌和致畸形物质。甲醛也是公认的变态反应源，，是导致幼儿白血病的危险因素之一。根据医学杂志及相关文献报道，室内甲醛对人体健康的危害可归纳为刺激作用、毒性作用和致癌作用。然而，甲醛即便具有如此大的危害性，由于受到材料和技术所限，目前在制造室内家具和装修材料中仍无法完全禁止使用含有甲醛的物质和材料，因此室内的甲醛污染难以从根源上彻底解决。为了减少甲醛污染对人们所带来的影响，目前许多技术人员对甲醛的吸附和分解进行了研究，期望研制出能够有效吸附、分解甲醛的环保净化材料。如中国专利局于2019年3月1日公开的一种可吸附和降解甲醛的装饰涂料及其制备方法的专利技术专利申请，申请公开号为CN109401508A，其原料包括PMMA树脂100-120份，环氧树脂90-110份，800目钙粉50-70份，FeOx·MnOy·TiO2纳米复合物20-30份，硅藻土20-30份，活性炭10-25份，交联剂1-5份，分散剂0.01-1份，吐温-800.1-1份，司盘-800.1-1份，三氧化铝粉5-10份，无机颜料5-15份，植物精油10-20份。其制备方法为：将环氧树脂、交联剂和分散剂混合，以500-700r/min搅拌10-15min后，加入PMMA树脂和800目钙粉，800r/min搅拌20min，依次加入FeOx·MnOy·TiO2纳米复合物、硅藻土和活性炭，原速搅拌5-7min，升温至50℃，快速加入吐温-80和司盘-80，再加入三氧化铝粉和无机颜料，原速搅拌10min后，边搅拌边冷却至室温，最后加入植物精油，搅拌2min后将搅拌好的涂料分桶装，隔绝与空气接触，即得。上述技术方案中主要的活性物质是FeOx·MnOy·TiO2纳米复合物，该纳米复合物具有一定吸收和降解甲醛能力，但是其本身的涂料形态受到一定使用限制的同时导致其无法再生，并且其涂料固化后透气性差，与甲醛的接触面积小，因此吸收效率也较为有限，吸收后降解的效率也较弱。
技术实现思路
为解决现有的室内家具和装修过程中无法完全避免甲醛污染，而现有的甲醛吸附材料如硅藻土、活性氧化铝、活性炭等虽然能够实现吸收甲醛的目的，但吸收效率较低，并且由于其本身形态所限，使用受到限制，另一方面，现有的甲醛吸附材料在吸收甲醛后降解效率低下，难以对甲醛进行有效且快速的降解等问题，本专利技术提供了一种高效降解甲醛的钛基复合催化网及其制备方法。其目的在于：一、制成网状结构方便多场景使用，可直接用于空气净化器复合滤网的制造，便于气体高效透过并且增大与甲醛的接触面积，提高甲醛的降解效率；二、通过活性钛和活性锰的复合，两者产生协同效应提高对甲醛的降解效率；三、进一步制备活性钛和活性锰的微纳米结构，提高其比表面积，实现更高效地降解甲醛的目的；四、通过特殊成分的加入和调控，对活性锰的微纳米结构进行调控，进一步形成具有更大比表面积的颗粒纳米片，提高其对甲醛的降解效率；五、钛基复合催化网可再生并重复利用，有效长久地保持高效降解甲醛催化降解的能力，可通电自热再生。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。一种高效降解甲醛的钛基复合催化网，所述高效降解甲醛的钛基复合催化网基体为钛网；所述钛网表面生长有二氧化钛纳米阵列；所述钛网和二氧化钛纳米阵列表面负载有锰基催化组分。上述锰基催化组分可为纯beta-二氧化锰或复合锰系氧化物或尖晶石型锰系氧化物中的任意一种。二氧化钛本身是一种光催化降解甲醛的半导体材料，其在通常通过吸收环境中光电子的能量后，其自身电子从价带激发到导带上，在价带上留下空穴，形成光生电子空穴对，进而实现对甲醛的催化降解，并且生成对人体有益的超氧阴离子自由基。而锰基催化组分本身也是一种能够对甲醛进行催化降解的活性物质，其能够将甲醛催化降解形成二氧化碳释放并同时释放能量，但其本身存在一定的缺陷性，即其在使用一段时间后需要进行恢复再生。因此，二氧化钛纳米阵列和锰基催化组分两者配合能够产生良好的协同效应，即锰基催化组分催化降解甲醛所产生的能量能够用于激发二氧化钛对甲醛的催化降解，实现无光催化的效果，而二氧化钛催化降解甲醛所产生的超氧阴离子自由基又能够在一定程度上对二氧化锰进行恢复再生，两者配合能够大幅度地提高其连续工作催化降解甲醛的能力，并且两者相互促进，使得催化降解甲醛的效率和效果也得到提升。作为优选，所述钛网目数为300～400目。上述钛网具有较为丰富的孔隙结构，有利于基体生长更多、更密集的二氧化钛纳米阵列，进而提高对甲醛催化降解的效率和效果。一种高效降解甲醛的钛基复合催化网的制备方法，所述方法包括以下步骤：1)以钛网作为基体，对钛网进行阳极氧化处理，在钛网表面生长二氧化钛纳米管阵列，形成载体；2)配制水热溶液，将表面活性剂溶于水中，以酸调节溶液为酸性并进行预热，预热后加入可溶性锰盐，并将载体置于水热溶液中进行水热反应；3)水热反应结束后取出清洗并干燥即得到高效降解甲醛的钛基复合催化网。在上述方法中，首先通过阳极氧化的方式实现二氧化钛纳米阵列的形成和生长，形成二氧化钛纳米阵列后通过水热的方式快速在二氧化钛纳米阵列表面形成活性锰层，最后清洗并干燥即可得到高效降解甲醛的钛基复合催化网。制备方法简洁高效，方便产业化大批量的制备和生产。作为优选，步骤1)所述阳极氧化处理具体包括以下步骤：将钛网置于氢氟酸溶液中进行阳极氧化，阳极氧化电压为20～60V，阳极氧化温度为25～60℃，阳极氧化时间为15～180min；所述氢氟酸溶液中氢氟酸浓度为0.5～1.0wt％。根据需求选择阳极氧化参数，可控制二氧化钛纳米阵列的密集程度、二氧化钛纳米管的长度以及管径等，具有较高的制备灵活性。作为优选，步骤1)所述钛网在进行阳极氧化前进行预处理；所述预处理为依次利用混合酸、丙酮、乙醇和水清洗钛网；所述混合酸中溶剂为含有0.2～0.3wt％氢氟酸和15～22wt％硝酸的水溶液。经过上述预处理后，钛网及后续所形成而二氧化钛纳米管阵列的力学性能，如弹性模量和压缩强度等能够得到一定程度的提升，提高最终产物高效降解甲醛的钛基复合催化网的品质，使其具备一定的弹性等性能，能够提高其本身结构的稳定性，确保其运输过程中不会由于颠簸或碰撞导致性能大幅度下降，更适用于更多的场景，具有更高的适用性。作为优选，步骤2)所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基硫酸铵和十二烷基硫酸钾中的任意一种或多种；步骤2)以酸调节溶液pH值至1～3，所述酸为非氧化性酸；步骤2)所述可溶性锰盐为高锰酸钾、高锰酸钠、高锰酸铵、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效降解甲醛的钛基复合催化网，其特征在于，/n所述高效降解甲醛的金属催化网基体为钛网；/n所述钛网表面生长有二氧化钛纳米阵列；/n所述钛网和二氧化钛纳米阵列表面负载有锰基催化组分。/n

【技术特征摘要】
1.一种高效降解甲醛的钛基复合催化网，其特征在于，
所述高效降解甲醛的金属催化网基体为钛网；
所述钛网表面生长有二氧化钛纳米阵列；
所述钛网和二氧化钛纳米阵列表面负载有锰基催化组分。


2.根据权利要求1所述的一种高效降解甲醛的钛基复合催化网，其特征在于，
所述钛网目数为300～400目。


3.一种如权利要求1所述的高效降解甲醛的钛基复合催化网的制备方法，其特征在于，
所述方法包括以下步骤：
1)以钛网作为基体，对钛网进行阳极氧化处理，在钛网表面生长二氧化钛纳米管阵列，形成载体；
2)配制水热溶液，将表面活性剂溶于水中，以酸调节溶液为酸性并进行预热，预热后加入可溶性锰盐，并将载体置于水热溶液中进行水热反应；
3)水热反应结束后取出清洗并干燥即得到高效降解甲醛的钛基复合催化网。


4.根据权利要求3所述的一种高效降解甲醛的钛基复合催化网的制备方法，其特征在于，
步骤1)所述阳极氧化处理具体包括以下步骤：
将钛网置于氢氟酸溶液中进行阳极氧化，阳极氧化电压为20～60V，阳极氧化温度为25～60℃，阳极氧化时间为15～180min；
所述氢氟酸溶液中氢氟酸浓度为0.5～1.0wt％。


5.根据权利要求3或4所述的一种高效降解甲醛的钛基复合催化网的制备方法，其特征在于，
步骤1)所述钛网在进行阳极氧化前进行预处理；
所述预处理为依次利用混合酸、丙酮、乙醇和水清洗钛网；
所述混合酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：张惠斌，陈捷，任彩，戴思雨，唐文武，张乾坤，
申请(专利权)人：湖南省尤利威科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43