一种室温除甲醛的壳聚糖基复合气凝胶材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种室温除甲醛的壳聚糖基复合气凝胶材料的制备方法，属于空气净化领域。该复合气凝胶材料是将经改性的Pt/TiO2催化剂均匀分散于稀醋酸水溶液中制得悬浊液，与壳聚糖混合后冷冻干燥、固化，再次冷冻干燥后制得的壳聚糖基复合Pt/TiO2气凝胶。本发明专利技术所制备的复合气凝胶材料具有形状可控、强度佳、密度低、比表面积大、耐水性强、易回收等特性，且其制备工艺简单，可直接用于制备空气净化器滤芯，实现室温催化氧化去除甲醛。实现室温催化氧化去除甲醛。实现室温催化氧化去除甲醛。

A preparation method of chitosan based composite aerogel material for formaldehyde removal at room temperature

【技术实现步骤摘要】
一种室温除甲醛的壳聚糖基复合气凝胶材料的制备方法


[0001]本专利技术属于空气净化
，具体涉及一种室温高效催化氧化除低浓度甲醛的壳聚糖基复合气凝胶材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌清单中，甲醛被列为一类致癌物。甲醛作为一种在室温下无色、具有特殊刺激性气味的气体。在众多如吸附、植物过滤和室温催化氧化法去除室内低浓度甲醛手段中，室温催化氧化法由于催化剂可重复使用，且无需额外能量输入就能够将甲醛彻底氧化成无毒的CO2和H2O而表现出诸多优势。而TiO2负载贵金属的室温催化氧化技术是目前公认的最有效的室温催化氧化去除甲醛的方法之一，但常用的贵金属催化材料在去除甲醛的实际应用中尚存在某些不尽人意之处，如贵金属组分易流失，防护、回收和再利用困难，昂贵的滤芯成型及复杂的滤材制备工艺限制了空气净化器的工业化进程。
[0003]壳聚糖基气凝胶以壳聚糖（Chitosan）为前驱体，经超临界干燥或冷冻干燥后制得。壳聚糖（Chitosan）又称脱乙酰甲壳素，是由自然界中资源丰富的甲壳素（Chitin）经过脱乙酰基后得到的产物，也是自然界迄今所发现的唯一天然碱性多糖。壳聚糖的分子式为(C6HO4N)n，化学名称为聚葡萄糖胺(1
‑
4)
‑2‑
氨基
‑
B
‑
D葡萄糖，其C2位上是氨基，这些氨基极易形成四级胺正离子，具有弱碱性阴离子交换作用。壳聚糖属于可再生资源，具有来源丰富、广泛的生物活性、优良的生物相容性以及可再生和可降解的优异性能。但是，壳聚糖基气凝胶单独使用，存在壳聚糖原材料的比表面积较小，对甲醛污染物的吸附能力有限的缺点。
[0004]本专利技术首次采用微观形貌结构为苍耳植物状的锐钛矿TiO2为载体，采用原位光化学沉积的方法在其上负载一定量的纳米贵金属Pt，使其可在室温下催化氧化去除低浓度的甲醛；再将其与天然壳聚糖基气凝胶材料进行复合，制备得到高比表面积、高孔隙率、耐水性强、易塑型、易回收的高效复合去除甲醛的空气净化器滤芯材料，这种复合材料在室温催化去除低浓度甲醛的实际应用中具有优异的性能，在解决低浓度甲醛污染的同时，也实现了天然多糖资源的高效，高值化利用，对可持续发展有重要意义。

技术实现思路

[0005]针对现有室温去除甲醛催化材料在应用过程中难以去除低浓度甲醛的问题和缺陷，本专利技术提供了一种工艺简单、生产成本低廉且具有优异除低浓度甲醇性能的复合气凝胶材料及其制备方法和应用。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种具有室温除低浓度甲醛性能的复合气凝胶材料，其制备方法包括如下步骤：a）以一定量的氟钛酸铵，在体积分数为30%的乙二胺的水溶液中在180℃溶剂热反应12小时后，再经乙醇和去离子水洗涤、离心、60℃烘干，得到TiO2改性载体；
b）采用初始浸渍法，将步骤a）得到的TiO2改性载体于一定量的六水合氯铂酸水溶液中浸渍30min后，在254nm紫外灯下照射1h，然后搅拌1
‑
2h后经水洗、抽滤，60℃烘干，得到Pt/TiO2催化剂；c）将步骤b）所得Pt/TiO2催化剂均匀分散于1wt%的醋酸水溶液中，得到Pt/TiO2悬浊液；d）将壳聚糖加入到上述Pt/TiO2悬浊液中，搅拌使其完全溶解后继续搅拌0.5h；e）将步骤d）所得混合溶液消泡后倒入模具中进行冷冻干燥，得到块体材料；f）将步骤e）所得的块体材料浸入到碱性固化剂溶液中，固化块体材料和中和块体材料中残留的醋酸后，再用去离子水冲洗至中性，再次冷冻干燥后得到壳聚糖基Pt/TiO2复合气凝胶材料。
[0007]步骤a）所得TiO2改性载体的微观形貌结构为苍耳植物状。
[0008]步骤b）所得Pt/TiO2催化剂中Pt的负载量为0.1
‑
5wt%。
[0009]步骤c）所述Pt/TiO2悬浊液的浓度为1~3g/L。
[0010]步骤d）所得混合溶液中Pt/TiO2催化剂的浓度为1~3g/L，壳聚糖的浓度为10~250g/L；步骤f）所述固化剂溶液的浓度为1
‑
5wt%，所述固化剂为KOH、NaOH、碱金属碳酸盐中的任意一种或几种。
[0011]步骤f）中固化的时间为1min~48h。
[0012]步骤e）、f）中所述冷冻干燥是以0.1~10℃/min的速率降温至
‑
50~
‑
10℃，冷冻处理6~24h，然后于
‑
15~25℃、真空度为200~1000 Pa的条件下干燥6~36h。
[0013]所述壳聚糖的脱乙酰度≥95%。
[0014]应用：所述的壳聚糖基复合气凝胶材料在制备除甲醛空气净化器滤芯中的应用。
[0015]本专利技术所得复合气凝胶材料具有优异的室温催化氧化去除甲醛的活性，且其具有形状可控、强度佳、密度低、孔隙率高、比表面积大、耐水性强、易回收等特性，可直接作为除甲醛空气净化器中的滤芯使用。
[0016]与现有技术相比，本专利技术通过分步固化法获得了具有较高强度的复合气凝胶材料，同时又实现了贵金属活性组分的高度分散和有效负载。所制备的复合气凝胶材料具有孔隙率高、比表面积大、耐水性强、易塑型、易回收等优点，在室温下能有效催化去除甲醛，且其工艺简单、成本低廉、条件易控、适合规模化生产。
[0017]本专利技术首次制备出具有苍耳形貌的TiO2纳米颗粒，该形貌不仅能够赋予TiO2较高的比表面积（有利于提高催化反应活性和Pt贵金属的负载量），而且还能够提升TiO2纳米颗粒在载体上的锚定牢固性。因此，本专利技术采用苍耳状锐钛矿TiO2为载体，通过原位光化学沉积的方法在其上负载一定量的纳米贵金属Pt，使其可在室温下催化氧化去除低浓度的甲醛；为了进一步提高纳米Pt
‑
TiO2催化剂的利用和可回收性，将其与天然壳聚糖基气凝胶材料进行复合，制备得到高比表面积、高孔隙率、耐水性强、易塑型、易回收的高效复合去除甲醛的空气净化器滤芯材料。这种复合气凝胶滤芯材料在室温催化去除低浓度甲醛的实际应用中具有优异的性能，在解决低浓度甲醛污染的同时，也实现了天然多糖资源的高效，高值化利用，对可持续发展有重要意义。
[0018]纳米Pt
‑
TiO2催化剂的性能很好，但是由于尺寸颗粒小，利用和回收都比较困难。
并且，因为粉末状的Pt
‑
TiO2催化剂对甲醛气体的吸附性能较差，因此，单纯粉末状的Pt
‑
TiO2催化剂没有很好的除甲醛性能，壳聚糖气凝胶本身没有除甲醛作用效果，但对甲醛有一定的吸附作用。气凝胶与Pt
‑
TiO2复合后，气凝胶先吸附甲醛，后结合Pt
‑
TiO2催化剂的甲醛去除作用，二者相互配合，可以显著提高除甲醛性能，同时还有助于催化剂的重复利用和回收。
附图说明
[0019]图1为对比例2中a步骤所制备的TiO2载体的SEM电镜图片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种室温除甲醛的壳聚糖基复合气凝胶材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：a）以一定量的氟钛酸铵，在乙二胺的水溶液中180℃水热反应12小时后，再经乙醇和去离子水洗涤、离心、60℃烘干，得到TiO2改性载体；b）采用初始浸渍法，将步骤a）得到的TiO2改性载体于一定量的六水合氯铂酸水溶液中浸渍30min后，在254nm紫外灯下照射1h，然后搅拌1
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2h后经水洗、抽滤，60℃烘干，得到Pt/TiO2催化剂；c）将步骤b）所得Pt/TiO2催化剂均匀分散于1wt%的醋酸水溶液中，得到Pt/TiO2悬浊液；d）将壳聚糖加入到上述Pt/TiO2悬浊液中，搅拌使其完全溶解后继续搅拌0.5h；e）将步骤d）所得混合溶液消泡后倒入模具中进行冷冻干燥，得到块体材料；f）将步骤e）所得的块体材料浸入到碱性固化剂溶液中，固化块体材料和中和块体材料中残留的醋酸后，再用去离子水冲洗至中性，再次冷冻干燥后得到壳聚糖基复合气凝胶材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤a）所得TiO2改性载体的微观形貌结构为苍耳植物状。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤b）所得Pt/TiO2催化剂中Pt的负载量为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：田勤奋，张子涵，林小漫，张明壹，陈碧铃，王德文，丁小飞，
申请(专利权)人：福建商学院，
类型：发明
国别省市：