除氨气变色纳米络合材料及制备方法和应用与流程

本发明涉及环保材料的制备领域，具体提供一种除氨气变色纳米络合材料及制备方法和应用。

背景技术：

1、氨气（nh3）是一种常见的室内污染物，主要来源于农业、工业排放以及日常生活中的某些化学制品。长期暴露于氨气环境中会对人体健康造成严重危害，包括刺激呼吸道、引发过敏反应等。近年来，随着人们对室内空气质量要求的提高，对氨气的高效去除与实时监测技术的需求日益增长。

2、目前，室内氨气净化技术主要包括吸附法、催化法和化学反应法。吸附法主要使用活性炭、沸石等吸附材料，虽然具有较高的吸附容量，但存在无法实时监测净化状态、吸附饱和后难以直观判断等缺点。催化法通常采用金属氧化物催化剂，虽然能够将氨气催化分解为无害物质，但往往依赖特定光照条件或温度条件，且同样缺乏实时监测功能。化学反应法则需要添加外部试剂，不仅操作复杂，还可能产生二次污染。

3、在氨气检测技术方面，相关研究也取得了显著进展。例如，文献color-changingmicrofiber-based multifunctional window screen for capture and visualizedmonitoring of nh3（一种用于氨气捕获与可视化监测的变色微纤维多功能窗纱）（acsappl. mater. interfaces (2018) 10 (17): 15065–15072.doi: 10.1021/acsami.8b02516）报道了一种基于微纤维的氨气检测材料，能够在氨气存在时发生颜色变化，实现可视化监测。然而，现有检测技术大多仅专注于氨气的检测功能，材料设计侧重于指示响应而非持续捕获，因此难以承担氨气去除的任务，导致净化与监测功能相分离，增加了系统的复杂性和成本。

4、综上所述，现有技术存在以下主要缺陷：

5、（1）无法同时实现氨气的高效去除与实时监测功能；

6、（2）吸附材料缺乏直观指示净化状态的能力；

7、（3）催化材料依赖特定条件且难以直接可视化判断净化效果；

8、（4）检测材料仅能实现监测而无法去除氨气。

9、因此，开发一种既能高效去除氨气又能实时通过颜色变化指示净化状态的纳米材料，具有重要的技术价值和市场前景。

技术实现思路

1、本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有技术中氨气净化与监测功能相互割裂、无法在同一材料上同时实现高效去除与实时可视化指示的问题。

2、在第一方面，本发明提供一种除氨气变色纳米络合材料的制备方法，其包括如下步骤：提供纳米二氧化硅分散液；提供由金属盐溶液和有机配体溶液制得的络合反应液；将所述络合反应液加至所述纳米二氧化硅分散液中；加毕，再向所得混合体系中加入硫酸源溶液进行反应；将所得反应液进行分离、洗涤、干燥，得到所述的除氨气变色纳米络合材料。

3、在上述制备方法的优选技术方案中，所述络合反应液采用如下方法提供：将金属盐溶液与有机配体溶液混合，搅拌均匀，调节体系ph值至弱酸性，继续搅拌，得到所述络合反应液；

4、在上述制备方法的优选技术方案中，所述金属盐溶液中金属盐与所述有机配体溶液中有机配体的摩尔比为(5～15):1；和/或，所述弱酸性为ph值5.0～6.5。

5、在上述制备方法的优选技术方案中，所述金属盐选自铜盐、钴盐、铁盐和镍盐中的至少一种；优选地，所述金属盐选自硝酸铜、硫酸铜、硝酸钴、氯化钴、硝酸铁、氯化铁、硝酸镍和氯化镍中的至少一种；和/或，所述有机配体为咪唑类配体、羧酸类配体中的至少一种；优选地，所述有机配体选自1,2-二甲基咪唑、均苯三甲酸、对苯二甲酸、柠檬酸中的至少一种。

6、在上述制备方法的优选技术方案中，所述硫酸源溶液中硫酸源与制备络合反应液所用金属盐溶液中金属盐的摩尔比为(0.1～0.5):1。

7、在上述制备方法的优选技术方案中，所述硫酸源选自硫酸和硫酸氢钠中的至少一种。

8、在上述制备方法的优选技术方案中，所述反应在加热和搅拌条件下进行。

9、在上述制备方法的优选技术方案中，所述加热采用水浴的方式。

10、在上述制备方法的优选技术方案中，加所述络合反应液时，先对所述纳米二氧化硅分散液进行超声处理。

11、在上述制备方法的优选技术方案中，所述纳米二氧化硅分散液采用如下方法提供：将纳米二氧化硅粉末与分散介质按质量比1:(5～15)混合，搅拌至分散均匀，得到所述纳米二氧化硅分散液；优选地，所述分散介质选自水和乙醇中的至少一种。

12、在第二方面，本发明提供一种除氨气变色纳米络合材料，所述的除氨气变色纳米络合材料采用上述第一方面所述的制备方法制得。

13、在上述除氨气变色纳米络合材料的优选技术方案中，所述除氨气变色纳米络合材料的比表面积为300～800m2/g，优选224～421m2/g。

14、在第三方面，本发明提供上述第二方面所述的除氨气变色纳米络合材料在氨气吸附与变色指示中的应用。

15、在上述优选的技术方案中，所述应用用于空气净化、新能源储能舱或氨燃料电池。

16、在采用上述技术方案的情况下，本发明能够取得如下有益效果：（1）功能集成，简化应用：本发明通过在纳米二氧化硅载体上原位构筑金属-有机配体络合物，制备出一种兼具氨气吸附和变色指示双重功能的纳米材料。该材料在吸附氨气时，其络合结构发生变化从而引起颜色改变，实现了净化效果的可视化，无需额外配置传感器即可判断材料工作状态和是否饱和，显著简化了应用系统的结构并降低了成本；（2）制备可控，性能优异：本发明通过先制备络合反应液再与载体分散液混合，并后续引入硫酸源进行反应的步骤，使得金属络合物能够均匀地负载于纳米二氧化硅表面，形成的材料具有高比表面积和丰富的孔道结构，为氨气分子提供了大量的吸附位点，从而保证了高效的氨气去除率；（3）工艺简单，成本低廉：本发明的制备方法步骤清晰，反应条件温和，所用原料均为常见化学品，易于实现工业化生产，具有良好的经济性。

1.一种除氨气变色纳米络合材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述络合反应液采用如下方法提供：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐选自铜盐、钴盐、铁盐和镍盐中的至少一种；优选地，所述金属盐选自硝酸铜、硫酸铜、硝酸钴、氯化钴、硝酸铁、氯化铁、硝酸镍和氯化镍中的至少一种；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸源溶液中硫酸源与制备络合反应液所用金属盐溶液中金属盐的摩尔比为(0.1～0.5):1。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸源选自硫酸和硫酸氢钠中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，加所述络合反应液时，先对所述纳米二氧化硅分散液进行超声处理。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米二氧化硅分散液采用如下方法提供：

8.一种除氨气变色纳米络合材料，其特征在于，所述的除氨气变色纳米络合材料采用权利要求1-7任意一项所述的制备方法制得。

9.根据权利要求8所述的除氨气变色纳米络合材料，其特征在于，所述除氨气变色纳米络合材料的比表面积为300～800m2/g，优选224～421m2/g。

10.权利要求8或9所述的除氨气变色纳米络合材料在氨气吸附与变色指示中的应用；