[发明专利]一种纤维/纳米二氧化锰复合材料及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种纤维/纳米二氧化锰复合材料及制备方法和应用，包括以下步骤：(1)对纤维原料进行预处理：对纤维原料进行选择性氧化处理，洗涤至中性，得到氧化的纤维；(2)复合材料的制备：上述氧化后的纤维经稀酸处理后洗涤至中性，与Mn²⁺溶液混合搅拌均匀，加入氧化剂反应后洗涤，干燥，最终得到原位生长纳米二氧化锰的纤维。本发明方法得到的纳米二氧化锰粒子粒径范围分布较窄，纳米二氧化锰粒子在纤维表面分布均匀且不易脱落，得到的产物同时兼具纤维与纳米二氧化锰的优越性能，可加工为具有装饰性和功能性兼备的木质功能材料，可在无光照室内催化净化甲醛，丰富了纳米二氧化锰的应用领域。

技术领域

本发明属有机无机复合材料领域，涉及一种纤维原位生长纳米二氧化锰的方法，得到的纤维/纳米二氧化锰复合材料用于催化净化甲醛。

背景技术

甲醛是一种无色的气体，具有强烈的刺激性气味和较高的毒性，对人体的嗅觉、肺、肝和免疫功能都会造成很大伤害，甲醛还可以与蛋白质中氨基基团结合产生细胞突变，它已被世界卫生组织界定为具有致癌性和致畸性的物质。室内的甲醛主要来自于装饰材料、胶合板、纤维板、刨花板等人工制品，这些人工制品多以脲甲醛树脂做粘合剂并常用甲醛进行防腐处理，因而在使用中经常会有游离甲醛释放到室内空气中。随着环保知识的普及，越来越多的人意识到净化室内空气的重要性与紧迫性。目前用于室内甲醛净化的方法主要有物理吸附法、光催化氧化法和多相催化氧化法。吸附法主要使用活性炭，但其只是将空气中的甲醛转移至吸附剂上，并未消除，且吸附剂再生较为困难，空气中水蒸汽对其吸附量有很大影响，光催化氧化法只能在有光照的条件下进行，而多相催化氧化法因其较高的催化效率及在使用时无需附加条件等优势，一直是甲醛去除研究中的重点。

二氧化锰(MnO₂)是一种常见的固体多相催化氧化材料，常常用于催化降解有机化合物，特别是用于挥发性有机化合物的降解，二氧化锰催化氧化分解甲醛的反应为：HCOH+O₂→CO₂+H₂O。室温下使用二氧化锰去除甲醛具有操作简便、能耗低、反应条件温和等优点，常温、常压下可以将甲醛降解为水和二氧化碳，不产生CO、HCOOH等二次污染物，去除效果良好，相比较光催化氧化技术无需光照。纳米二氧化锰因其具有较大的比表面积，在催化净化甲醛时效率更高。

植物纤维主要通过光合作用产生，地球上每年约产生2000亿吨，是自然界中储量最丰富的可再生天然高分子资源，具有原料来源广泛、可再生性、生物可降解性、生物兼容性等特点，被认为是可持续发展材料的一种重要资源。选用不同氧化体系氧化纤维，选择性地将葡萄糖C6位伯羟基氧化为羧基，可以实现多糖类高分子的氧化，产率最高可达95％。

发明内容

本发明提供了一种净化甲醛纤维材料及制备方法。该方法选用不同氧化体系对纤维进行氧化改性，得到含羧基的纤维，Mn²⁺通过离子交换和静电吸附作用负载在纤维上，加入氧化剂氧化后得到原位生长纳米二氧化锰的纤维，该方法使用条件简单，操作简便，得到的纳米二氧化锰粒径分布均匀，具有良好的催化净化甲醛效果。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种纤维/纳米二氧化锰复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)对纤维原料进行预处理

对纤维原料进行选择性氧化处理，洗涤至中性，得到氧化的纤维；

(2)复合材料的制备

上述氧化后的纤维经稀酸处理后洗涤至中性，与Mn²⁺溶液混合搅拌均匀，加入氧化剂反应后洗涤，干燥，最终得到原位生长纳米二氧化锰的纤维。

步骤(1)中，所述纤维为纸浆纤维、韧皮纤维、种子纤维、天丝纤维、粘胶纤维、莫代尔纤维等。