一种治理大气污染的净化材料制造技术

本发明专利技术涉及一种治理大气污染的净化材料，由胶质化生物质材料负载催化剂形成的生物质微球，所述胶质化生物质由淀粉与植物纤维胶质化而成；所述催化剂为掺杂型二氧化钛‑二氧化硅凝胶催化剂。该净化材料以生物质材料为主，成本低，绿色环保，使用不会造成二次污染。本发明专利技术制备方法可连续化操作，易于实施与控制，利于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种治理大气污染的净化材料
本专利技术涉及一种治理大气污染的净化材料。
技术介绍
在我国，近些年随着城镇化加速发展，工业化发展突飞猛进，城市里的现代工业、交通、建筑、运输、通讯以及高端服务业为城市居民带来了丰富的物质和精神产品。然而，由于城市人口密集、城市周边工业集聚和城市交通运输工具的过载，城市的环境遭到破坏的程度日益严重，尤其是空气污染。由于工业、汽车尾气、居民生活等原因排放到城市大气中的污染物逐年増多，又由于城市空间极为有限，巨大的能源消耗和产能过剩带来的高污染，导致城市无法发挥自净功能。此外，污染物化学成分复杂，时间集中，还能够发生化学反应产生危害更大的污染物质。各种类型的污染物质，对居民身体、精神以及生活的方方面面造成了极大的伤害，而且呈加重趋势。CN106823634B提供了一种治理大气雾霾的生物质微球及其制备方法，该生物质微球是由胶质化生物质材料负载催化剂形成的生物质微球，具有极强的吸附聚集性能和空气净化性，是一种破坏雾霾稳定态的高效物质，不但使微细颗粒物富集沉降，而且在沉降过程中富集二氧化硫、氮氧化物、氨气、挥发性有机物等，通过负载的氧化钛-二氧化硅催化剂降解，有效防止颗粒物的再次形成，可以快速破坏雾霾的稳定态，适合于大面积除雾霾使用，对人体及环境不会产生危害。然而，经实验室研究发现，上述微球的吸附净化性能仍然有待提高，不能满足高效净化的要求。
技术实现思路
为了解决现有技术中微球的吸附净化性能仍然有待提高、不能满足高效净化的要求的技术问题，本专利技术提出了如下技术方案：一种治理大气污染的净化材料，由胶质化生物质材料负载催化剂形成的生物质微球，所述胶质化生物质由淀粉与植物纤维胶质化而成；所述催化剂为掺杂型二氧化钛-二氧化硅凝胶催化剂；所述生物质微球由如下方法制备而成：(1)将掺杂型二氧化钛与二氧化硅源以质量比10∶3混合，在60-80℃条件下与稀硫酸反应，控制pH值为4-7，得到掺杂型二氧化钛-二氧化硅溶胶，老化6-12h，自然沥干，备用；(2)将淀粉、植物纤维以质量比10∶8混合，浸入过量的三乙醇胺中，浸泡24小时以上，离心过滤得到浸润的生物质材料，使三乙醇胺残留占淀粉、植物纤维总质量的3-8％，备用；(3)将步骤(1)得到的掺杂型二氧化钛-二氧化硅沥干溶胶与步骤(2)得到的浸润的生物质材料以质量比1∶50-100混合均匀，在80-100℃温度、50-100转/min的搅拌条件下反应30-45min，使生物质材料胶质化，将掺杂型二氧化钛-二氧化硅溶胶均匀分散在胶质化的生物质材料中；(4)将步骤(3)得到的物料送入螺杆挤出机，螺杆挤出机的温度设置方式为：一至三区60℃～80℃；四区90℃～100℃；五区120℃，螺杆挤出机转速500-800rpm/min，稳压泵使螺杆挤出机头压力稳定在3-3.5MPa，通过螺杆挤出机稳定的高压挤出使生物质材料膨化与掺杂型二氧化钛-二氧化硅凝胶交织物；(5)将步骤(4)的到的物料趁热送入流化床，在流化床中对颗粒均化成粒径20-50μm的微球，即净化材料。其中，所述掺杂型二氧化钛按照如下方法制备得到：将无水乙醇、硝酸铽溶液、硝酸铈溶液和浓硝酸混合，超声搅拌，添加钛酸四丁酯和无水乙醇组成的混合溶液，超声搅拌，室温下陈化后形成凝胶，将凝胶置于80℃干燥，研磨，然后置于500℃的马弗炉中煅烧，即得掺杂型二氧化钛；所述硝酸铽溶液、硝酸铈溶液以及钛酸四丁酯的用量按照能够使Ti4+、Tb3+、Ce3+之间的摩尔比为100∶0.5∶0.5计算，记为TiO2：0.5％Tb3+：0.5％Ce3+。其中，所述植物纤维为0.02-0.5mm长的桑皮纤维。其中，所述的淀粉为木薯淀粉、甘薯淀粉、玉米淀粉中的至少一种。其中，所述二氧化硅源为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、硅酸钠中的至少一种。本专利技术的技术方案具有如下由益效果：(1)该净化材料具有极强的富集作用，不但使微细颗粒物富集沉降，而且在沉降过程中富集二氧化硫、氮氧化物、氨气、挥发性有机物等，通过负载的氧化钛-二氧化硅催化剂降解，有效防止颗粒物的再次形成。该净化材料以生物质材料为主，成本低，绿色环保，使用不会造成二次污染。本专利技术制备方法可连续化操作，易于实施与控制，利于工业化生产。(2)相比于使用未掺杂的二氧化钛，经过铽、铈掺杂的二氧化钛具有更好的催化降解性和吸附性，这是由于金属离子掺杂是抑制光生电子-空穴快速复合的有效方法，掺杂的金属离子能在二氧化钛的表面或者晶胞内部产生浅势捕获陷阱，促进电子-空穴对的有效分离，从而有效地提高催化效率和吸附效率。(3)相比于使用单一的金属离子(铽或铈)掺杂，经过铽和铈共同掺杂的二氧化钛具有更好的催化降解性和吸附性，这是由于铽和铈共同掺杂可以不仅起到光生电子陷阱的作用，同时也可以使二氧化钛纳米晶表面形成空穴陷阱，从而起到光生空穴陷阱的作用；铽和铈共同作用可以显著降低电子和空穴的复合速率，进而增大了净化材料的光催化活性和吸附效率。(4)申请人还发现通过使用桑皮纤维来替代木质纤维可以提高净化材料的催化效率和吸附效率，这可能是由于桑皮纤维存在各种活性基团，通过与待吸附污染物形成化学结合或者物理结合，进而增大了净化材料的光催化活性和吸附效率。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例和对比例，对本专利技术进行进一步详细说明。实施例1一种治理大气污染的净化材料，由胶质化生物质材料负载催化剂形成的生物质微球，所述胶质化生物质由淀粉与植物纤维胶质化而成；所述催化剂为掺杂型二氧化钛-二氧化硅凝胶催化剂；所述生物质微球由如下方法制备而成：(1)将掺杂型二氧化钛与二氧化硅源以质量比10∶3混合，在60℃条件下与稀硫酸反应，控制pH值为4，得到掺杂型二氧化钛-二氧化硅溶胶，老化6h，自然沥干，备用；(2)将淀粉、植物纤维以质量比10∶8混合，浸入过量的三乙醇胺中，浸泡24小时以上，离心过滤得到浸润的生物质材料，使三乙醇胺残留占淀粉、植物纤维总质量的3％，备用；(3)将步骤(1)得到的掺杂型二氧化钛-二氧化硅沥干溶胶与步骤(2)得到的浸润的生物质材料以质量比1∶50混合均匀，在80℃温度、50转/min的搅拌条件下反应30min，使生物质材料胶质化，将掺杂型二氧化钛-二氧化硅溶胶均匀分散在胶质化的生物质材料中；(4)将步骤(3)得到的物料送入螺杆挤出机，螺杆挤出机的温度设置方式为：一至三区60℃；四区90℃；五区120℃，螺杆挤出机转速500rpm/min，稳压泵使螺杆挤出机头压力稳定在3MPa，通过螺杆挤出机稳定的高压挤出使生物质材料膨化与掺杂型二氧化钛-二氧化硅凝胶交织物；(5)将步骤(4)的到的物料趁热送入流化床，在流化床中对颗粒均化成粒径20-50μm的微球，即净化材料。其中，所述掺杂型二氧化钛按照如下方法制备得到：将无水乙醇、硝酸铽溶液、硝酸铈溶液和浓硝酸混合，超声搅拌，添加钛酸四丁酯和无水乙醇组成的混合溶液，超声搅拌，室温下陈化后形成凝胶，将凝胶置于80℃干燥，研磨，然后置于500℃的马弗炉中煅烧，即得掺杂型二氧化钛；所述硝酸铽溶液、硝酸铈溶液以及钛酸四丁酯的用量按照能够使Ti4+、Tb3+、Ce3+之间的摩尔比为100∶0.5∶0.5计算，记为TiO2：0.5％Tb3+：0.5％Ce3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种治理大气污染的净化材料，其特征在于，由胶质化生物质材料负载催化剂形成的生物质微球，所述胶质化生物质由淀粉与植物纤维胶质化而成；所述催化剂为掺杂型二氧化钛‑二氧化硅凝胶催化剂；所述生物质微球由如下方法制备而成：(1)将掺杂型二氧化钛与二氧化硅源以质量比10:3混合，在60‑80℃条件下与稀硫酸反应，控制pH值为4‑7，得到掺杂型二氧化钛‑二氧化硅溶胶，老化6‑12h，自然沥干，备用；(2)将淀粉、植物纤维以质量比10:8混合，浸入过量的三乙醇胺中，浸泡24小时以上，离心过滤得到浸润的生物质材料，使三乙醇胺残留占淀粉、植物纤维总质量的3‑8％，备用；(3)将步骤(1)得到的掺杂型二氧化钛‑二氧化硅沥干溶胶与步骤(2)得到的浸润的生物质材料以质量比1:50‑100混合均匀，在80‑100℃温度、50‑100转/min的搅拌条件下反应30‑45min，使生物质材料胶质化，将掺杂型二氧化钛‑二氧化硅溶胶均匀分散在胶质化的生物质材料中；(4)将步骤(3)得到的物料送入螺杆挤出机，螺杆挤出机的温度设置方式为：一至三区60℃～80℃；四区90℃～100℃；五区120℃，螺杆挤出机转速500‑800rpm/min，稳压泵使螺杆挤出机头压力稳定在3‑3.5MPa，通过螺杆挤出机稳定的高压挤出使生物质材料膨化与掺杂型二氧化钛‑二氧化硅凝胶交织物；(5)将步骤(4)的到的物料趁热送入流化床，在流化床中对颗粒均化成粒径20‑50μm的微球，即净化材料。...

【技术特征摘要】
1.一种治理大气污染的净化材料，其特征在于，由胶质化生物质材料负载催化剂形成的生物质微球，所述胶质化生物质由淀粉与植物纤维胶质化而成；所述催化剂为掺杂型二氧化钛-二氧化硅凝胶催化剂；所述生物质微球由如下方法制备而成：(1)将掺杂型二氧化钛与二氧化硅源以质量比10:3混合，在60-80℃条件下与稀硫酸反应，控制pH值为4-7，得到掺杂型二氧化钛-二氧化硅溶胶，老化6-12h，自然沥干，备用；(2)将淀粉、植物纤维以质量比10:8混合，浸入过量的三乙醇胺中，浸泡24小时以上，离心过滤得到浸润的生物质材料，使三乙醇胺残留占淀粉、植物纤维总质量的3-8％，备用；(3)将步骤(1)得到的掺杂型二氧化钛-二氧化硅沥干溶胶与步骤(2)得到的浸润的生物质材料以质量比1:50-100混合均匀，在80-100℃温度、50-100转/min的搅拌条件下反应30-45min，使生物质材料胶质化，将掺杂型二氧化钛-二氧化硅溶胶均匀分散在胶质化的生物质材料中；(4)将步骤(3)得到的物料送入螺杆挤出机，螺杆挤出机的温度设置方式为：一至三区60℃～80℃；四区90℃～100℃；五区120℃，螺杆挤出机转速500-800rpm/min，稳压泵使螺杆挤出...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪芳，
申请(专利权)人：李洪芳，
类型：发明
国别省市：四川,51