本發(fā)明屬于納米材料應用
技術領域：
，具體涉及一種用于空氣凈化的復合納米材料。
背景技術：
：對納米材料的研究是當今科學研究中一個前沿領域，也是全世界許多科學工作者研究的熱點。納米材料的神奇之處和還不為人們所識的方面更是引起了人們的廣泛關注；對納米材料進行制備的研究和應用更是目前的熱點和難點，也是發(fā)展高科技的重點。甲醛是一種主要的室內空氣污染物，其危害受到了人們廣泛的關注。中國在2002年頒布的《室內空氣質量標準》(GB/T18883-2002)中規(guī)定室內空氣中甲醛的衛(wèi)生標準(最高允許濃度)分別為0.10mg/m3。因此，去除室內空氣中的甲醛有重要的意義。凈化方法可以粗略地分為吸附法、化學反應法、等離子體技術、光催化法和催化法，其中催化法是一種長效的方法。美國專利US5585083發(fā)明了一種Pt/SnO2催化劑去除空氣中甲醛的方法，催化劑在沒有額外的能量輸入和-5～25℃條件下，以空氣中的氧為氧化劑將甲醛完全氧化成二氧化碳和水。但是，催化劑高的Pt含量(12wt％)導致催化劑的價格昂貴。中國專利CN1698932用負載金的稀土氧化物或者金屬復合氧化物催化劑，在80～100℃溫度下對甲醛能獲得較好的效果。納米抗菌材料因抗菌效率高、穩(wěn)定性好、無毒無味和廣譜性等優(yōu)點具有廣闊的市場。常用于納米抗菌材料主要是負載Ag(Ag20),Cu0或Zn0等系列無機物，因為銀系抗菌能力較強，對革蘭陽性、陰性菌和霉菌以及酵母菌都有較好的效果，而且安全性好，對人體不產生毒害作用，所以目前商業(yè)化的抗菌劑主要是銀系抗菌材料，并廣泛應用于涂料、塑料、橡膠和織物等相關產品。如CN101187018A鋁片上負載金屬銀具有規(guī)整的結構；CN1857309A利用金屬銀粉制成婦女用的噴劑對各種細菌真菌等有很好的效果；US20090130181用UV將Ag+在多種天然和合成的材料上原位還原成金屬Ag，具有高效和長效的抗菌性能等。本發(fā)明基于上述現(xiàn)有技術，其目的是提供一種能夠有效吸附空氣中的甲醛以及除殺空氣中細菌的空氣凈化的納米材料。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種復合納米材料，改納米材料在空氣凈化，特別是吸附空氣中的甲醛以及除殺空氣中細菌方面展現(xiàn)出十分優(yōu)良的特性。為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術方案為：一種用于空氣凈化的復合納米材料，所述復合納米材料由占復合材料15～55wt％的氧化石墨烯、30～50wt％的碳納米顆粒、5～10wt％納米TiO2以及1～3wt％納米銀顆粒組成，所述碳納米顆粒、納米TiO2以及納米銀顆粒負載在氧化石墨烯納米片的表面，所述納米片的厚度為4～12nm，銀納米顆粒的粒徑為20～50nm，材料比表面積為700～900m2/g，孔容為0.3～0.5cm3/g。其中，所述復合納米材料的制備方法包括如下步驟：(1)氧化石墨烯的制備：在0℃冰浴下，將0.015～0.072g石墨粉分散到20～25mL濃硫酸中，攪拌下加入KMnO4，所加KMnO4的質量是石墨粉的3～4倍，攪拌30～60分鐘，溫度上升至30～35℃，加入40～50ml去離子水，攪拌20～30分鐘，加入10～15ml質量濃度30％的H2O2，攪拌5～20分鐘，經過離心分離，用質量濃度5％的HCl溶液、去離子水和丙酮反復洗滌后得到氧化石墨納米片；然后將得到的氧化石墨產物置于250mL燒瓶中，加入150mL的溶劑，將燒瓶置于120Hz的超聲清洗機中超聲1h，除去溶劑，即得到氧化石墨烯；(2)氧化石墨烯/碳納米顆粒的制備：將15～25g碳源和二茂鐵加入到50～80mL無水乙醇/水的混合溶劑中，形成均一穩(wěn)定的溶液，然后將10～20g步驟(1)的氧化石墨稀納米片加入到上述溶液中，并于室溫下攪拌1～2h，形成均一穩(wěn)定的混合液備用，然后將所形成的混合液倒入到反應釜，并將反應釜置于均相反應器中進行熱處理，所述熱處理條件為：溫度160～200℃，時間為12～24小時；之后將產物洗滌、干燥，并于惰性氣氛下，400～500℃焙燒為4～12小時，得氧化石墨烯/碳納米顆粒材料；(3)氧化石墨烯/碳納米顆粒/納米TiO2/Ag納米顆粒的制備：首先將0.2～2gAgN03溶解于20～30ml無水乙醇中，得到透明AgN03乙醇溶液,然后向制備的AgN03乙醇溶液中加入乙酸乙酯、1.5g～4g鈦酸四丁酯、冰乙酸，攪拌8-12min，得到混合均勻的混合液；之后向上述制備的混合液中加入步驟(2)制備的氧化石墨烯/碳納米顆粒材料5～15g，攪拌30～60min，然后放入聚四氟乙烯襯底的反應釜中，在120℃～160℃下反應12～24h，得到固體產物；最后固體產物洗滌、干燥、焙燒即得所述復合納米材料。所述碳源為葡萄糖、蔗糖、酚醛樹脂和間苯二酚的一種或多種。所述步驟(1)中所述溶劑為乙醇、甲醇、異丙醇或四氫呋喃中的一種或多種。所述步驟(2)中二茂鐵的濃度為0.001～0.005mo1/L，所述惰性氣氛為氮氣或氬氣。所述步驟(3)中洗滌為無水乙醇洗滌、干燥是在80～100℃下干燥12～24h、焙燒是在500～600℃下焙燒2～4h。所述無水乙醇/水的混合溶劑中無水乙醇與水的體積比為2：1。另外，本發(fā)明還提供了該復合納米材料在空氣凈化中的應用，所述復合納米材料可以除去空氣中的甲醛以及抑制和殺滅各種細菌。本發(fā)明的技術效果為：(1)本發(fā)明實現(xiàn)了復合材料的可控合成，所合成的材料的表面性質十分優(yōu)異，所述納米片的厚度為4～12nm，銀納米顆粒的粒徑為20～50nm，材料比表面積為700～900m2/g，孔容為0.3～0.5cm3/g，利用納米層間結構和納米顆粒尺寸所產生的納米尺寸效應，使空氣凈化材料兼具有吸附和氧化凈化、殺菌功能；材料的比表面積十分大，為甲醛的吸附提供了更多的吸附位點，氧化石墨烯和碳納米顆粒二者相結合，豐富了材料的孔道結構和表面官能團性質，不僅對甲醛，對其它如：苯、甲苯、氨類等有機污染物也體現(xiàn)出良好的吸附選擇性；另外，TiO2和Ag納米顆粒在氧化石墨烯納米片的表面均勻分散，二氧化鈦在光照情況下發(fā)生的光催化反應，會在表面產生氫氧自由基和釋放負離子，氫氧自由基的強氧化性能有效分解細菌，與銀納米顆粒一起起到抗菌殺菌的作用，克服了單一TiO2或單一Ag作為殺菌活性劑時性能的不足。(2)本發(fā)明具有工藝簡單、成本低廉、周期短、環(huán)境友好等優(yōu)點，可以適用于工業(yè)化大規(guī)模生產。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例1復合納米材料的SEM圖。具體實施方式下面結合實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步的闡述：實施例1一種用于空氣凈化的復合納米材料，所述復合納米材料由占復合材料45wt％的氧化石墨烯、45wt％的碳納米顆粒、8wt％納米TiO2以及2wt％納米銀顆粒組成，所述碳納米顆粒、納米TiO2以及納米銀顆粒負載在氧化石墨烯納米片的表面，所述納米片的厚度為4～8nm，銀納米顆粒的粒徑為20～30nm，材料比表面積為760m2/g，孔容為0.37cm3/g；其中，所述復合納米材料的制備方法包括如下步驟：(1)氧化石墨烯的制備：在0℃冰浴下，將0.042g石墨粉分散到20mL濃硫酸中，攪拌下加入KMnO4，所加KMnO4的質量是石墨粉的3倍，攪拌50分鐘，溫度上升至32℃，加入45ml去離子水，攪拌25分鐘，加入10ml質量濃度30％的H2O2，攪拌15分鐘，經過離心分離，用質量濃度5％的HCl溶液、去離子水和丙酮反復洗滌后得到氧化石墨納米片；然后將得到的氧化石墨產物置于250mL燒瓶中，加入150mL的溶劑異丙醇，將燒瓶置于120Hz的超聲清洗機中超聲1h，除去溶劑，即得到氧化石墨烯；(2)氧化石墨烯/碳納米顆粒的制備：將20g碳源葡萄糖和二茂鐵加入到60mL無水乙醇/水的混合溶劑中，形成均一穩(wěn)定的溶液，然后將15g步驟(1)的氧化石墨稀納米片加入到上述溶液中，并于室溫下攪拌1.2h，形成均一穩(wěn)定的混合液備用，然后將所形成的混合液倒入到反應釜，并將反應釜置于均相反應器中進行熱處理，所述熱處理條件為：溫度180℃，時間為16小時；之后將產物洗滌、干燥，并于惰性氣氛氮氣下，450℃焙燒為8小時，得氧化石墨烯/碳納米顆粒材料；(3)氧化石墨烯/碳納米顆粒/納米TiO2/Ag納米顆粒的制備：首先將0.6gAgN03溶解于20ml無水乙醇中，得到透明AgN03乙醇溶液,然后向制備的AgN03乙醇溶液中加入乙酸乙酯、2.5g鈦酸四丁酯、冰乙酸，攪拌8min，得到混合均勻的混合液；之后向上述制備的混合液中加入步驟(2)制備的氧化石墨烯/碳納米顆粒材料10g，攪拌45min，然后放入聚四氟乙烯襯底的反應釜中，在150℃下反應15h，得到固體產物；最后固體產物無水乙醇洗滌、80℃下干燥24h、500℃下焙燒4h即得所述復合納米材料。實施例2一種用于空氣凈化的復合納米材料，所述復合納米材料由占復合材料50wt％的氧化石墨烯、40wt％的碳納米顆粒、7wt％納米TiO2以及3wt％納米銀顆粒組成，所述碳納米顆粒、納米TiO2以及納米銀顆粒負載在氧化石墨烯納米片的表面，所述納米片的厚度為6～10nm，銀納米顆粒的粒徑為30～40nm，材料比表面積為820m2/g，孔容為0.45cm3/g；其中，所述復合納米材料的制備方法包括如下步驟：(1)氧化石墨烯的制備：在0℃冰浴下，將0.060g石墨粉分散到25mL濃硫酸中，攪拌下加入KMnO4，所加KMnO4的質量是石墨粉的4倍，攪拌60分鐘，溫度上升至35℃，加入50ml去離子水，攪拌30分鐘，加入15ml質量濃度30％的H2O2，攪拌10分鐘，經過離心分離，用質量濃度5％的HCl溶液、去離子水和丙酮反復洗滌后得到氧化石墨納米片；然后將得到的氧化石墨產物置于250mL燒瓶中，加入150mL的溶劑，將燒瓶置于120Hz的超聲清洗機中超聲1h，除去溶劑，即得到氧化石墨烯；(2)氧化石墨烯/碳納米顆粒的制備：將18g碳源和二茂鐵加入到70mL無水乙醇/水的混合溶劑中，形成均一穩(wěn)定的溶液，然后將20g步驟(1)的氧化石墨稀納米片加入到上述溶液中，并于室溫下攪拌2h，形成均一穩(wěn)定的混合液備用，然后將所形成的混合液倒入到反應釜，并將反應釜置于均相反應器中進行熱處理，所述熱處理條件為：溫度180℃，時間為16小時；之后將產物洗滌、干燥，并于惰性氣氛下，500℃焙燒為6小時，得氧化石墨烯/碳納米顆粒材料；(3)氧化石墨烯/碳納米顆粒/納米TiO2/Ag納米顆粒的制備：首先將1.0gAgN03溶解于30ml無水乙醇中，得到透明AgN03乙醇溶液,然后向制備的AgN03乙醇溶液中加入乙酸乙酯、2g鈦酸四丁酯、冰乙酸，攪拌12min，得到混合均勻的混合液；之后向上述制備的混合液中加入步驟(2)制備的氧化石墨烯/碳納米顆粒材料11g，攪拌50min，然后放入聚四氟乙烯襯底的反應釜中，在160℃下反應12h，得到固體產物；最后固體產物無水乙醇洗滌、在90℃下干燥18h、在550℃下焙燒3h即得所述復合納米材料。實施例3一種用于空氣凈化的復合納米材料，所述復合納米材料由占復合材料38wt％的氧化石墨烯、50wt％的碳納米顆粒、10wt％納米TiO2以及2wt％納米銀顆粒組成，所述碳納米顆粒、納米TiO2以及納米銀顆粒負載在氧化石墨烯納米片的表面，所述納米片的厚度為5～10nm，銀納米顆粒的粒徑為25～45nm，材料比表面積為860m2/g，孔容為0.46cm3/g；其中，所述復合納米材料的制備方法包括如下步驟：(1)氧化石墨烯的制備：在0℃冰浴下，將0.36g石墨粉分散到20mL濃硫酸中，攪拌下加入KMnO4，所加KMnO4的質量是石墨粉的3倍，攪拌60分鐘，溫度上升至30℃，加入40ml去離子水，攪拌26分鐘，加入10ml質量濃度30％的H2O2，攪拌10分鐘，經過離心分離，用質量濃度5％的HCl溶液、去離子水和丙酮反復洗滌后得到氧化石墨納米片；然后將得到的氧化石墨產物置于250mL燒瓶中，加入150mL的溶劑乙醇，將燒瓶置于120Hz的超聲清洗機中超聲1h，除去溶劑，即得到氧化石墨烯；(2)氧化石墨烯/碳納米顆粒的制備：將25g碳源蔗糖和二茂鐵加入到80mL無水乙醇/水的混合溶劑中，形成均一穩(wěn)定的溶液，然后將10g步驟(1)的氧化石墨稀納米片加入到上述溶液中，并于室溫下攪拌2h，形成均一穩(wěn)定的混合液備用，然后將所形成的混合液倒入到反應釜，并將反應釜置于均相反應器中進行熱處理，所述熱處理條件為：溫度170℃，時間為18小時；之后將產物洗滌、干燥，并于惰性氣氛氬氣下，480℃焙燒為8小時，得氧化石墨烯/碳納米顆粒材料；(3)氧化石墨烯/碳納米顆粒/納米TiO2/Ag納米顆粒的制備：首先將0.7gAgN03溶解于30ml無水乙醇中，得到透明AgN03乙醇溶液,然后向制備的AgN03乙醇溶液中加入乙酸乙酯、2.5g鈦酸四丁酯、冰乙酸，攪拌12min，得到混合均勻的混合液；之后向上述制備的混合液中加入步驟(2)制備的氧化石墨烯/碳納米顆粒材料12g，攪拌30～60min，然后放入聚四氟乙烯襯底的反應釜中，在130℃下反應16h，得到固體產物；最后固體產物無水乙醇洗滌、在100℃下干燥12h、在600℃下焙燒2h即得所述復合納米材料。實施例4對其新裝修的房子每平方米25g制品用本發(fā)明的實施例1的復合納米材料除甲醛及異味后，隔日后通過六合一室內空氣質量檢測儀對其檢測，結果如表1。序號參數單位處理前濃度處理后濃度1甲醛HCHOmg/m31.760.052苯C6H6mg/m31.620.083甲苯C7H8mg/m32.720.104一氧化碳mg/m342.96.75二氧化硫mg/m31.280.126氨NH3mg/m30.890.07由表1可以看出，本發(fā)明實施例在吸附處理空氣有害成分方面具有十分優(yōu)異的性能。最后應說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3