CN104741081A - 长效除甲醛的空气净化器用滤芯材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长效除甲醛的空气净化器用滤芯材料的制备方法，该方法是将酸化活性炭用SOCl₂改性、将纳米二氧化锰用硅烷偶联剂改性；然后将改性后的化活性炭与改性后的纳米二氧化锰进行交联，得到一种长效除甲醛的空气净化器用滤芯材料。本发明中活性炭既作为吸附剂，又作为温触媒纳米催化剂的固化载体，具有工艺简单、性能长效、安全环保的除甲醛性能。

Description

长效除甲醛的空气净化器用滤芯材料的制备方法

技术领域

本发明属于环保新材料领域，具体涉及一种长效除甲醛的空气净化器用滤芯材料的制备方法，其制备方法基于偶联化学反应法。

技术背景

甲醛是公认的强毒物质, 其对人体的毒害具有强毒性。近年来，居室装修造成室内空气甲醛污染及对人体危害的研究已成为社会关注热点。甲醛对人体健康的危害极大，室内空气甲醛含量大于0.1 mg/m³ 就会对呼吸***产生危害，高浓度甲醛对神经***、免疫***、肝脏都有危害，被世界卫生组织（WHO） 确定为可疑致畸、致癌物质。

目前，室内甲醛污染的处理方法主要采用甲醛清除剂和空气净化器净化处理。就空气净化器来说，其有效净化室内空气中甲醛主要通过滤芯材料来实现。目前空气净化器中除甲醛的滤芯材料主要有吸附性能的活性炭、或者装载光触媒的活性炭。优质活性炭的比表面积很大（高达3000平方米/克），是非极性吸附剂，具有很强的疏水性，因此活性炭对苯系物类的非极性物质具有良好的吸附性，但是对极性分子甲醛吸附性很差，因此活性炭无法有效通过吸附的方法去除空气中的甲醛。此外由于仅靠吸附的方法进行空气净化，存在吸附饱和和随环境条件变化易重新释放的缺点。由于目前光触媒可见光的利用效率很低，所以装载光触媒的活性炭需要提供紫外光源装置，这样一方面提高了装置的复杂性和成本，另一方面人造的紫外光源会造成另外一种形式的污染。因此从实用的角度，利用活性炭作为空气净化器滤芯材料消除甲醛的性能还有待于进一步优化。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种长效除甲醛的空气净化器用滤芯材料的制备方法，以解决目前活性炭除甲醛方面的技术缺陷

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种长效除甲醛的空气净化器用滤芯材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

（1）将20重量份的酸化后的活性炭加入到SOCl₂液体中，并在40~50摄氏度下回流反应2小时，得到酰氯化活性炭；活性炭与SOCl₂液体的质量体积比为1~2g/ml；

（2）将1重量份的二氧化锰投入到乙醇和水的混合溶液中（乙醇和水的体积比为4:1），搅拌30分钟，得到二氧化锰溶液；二氧化锰与乙醇和水的混合溶液的质量体积比为0.005~0.01g/ml；

（3）将0.02重量份的硅烷偶联剂加入到二氧化锰溶液中，得到硅烷偶联剂改性的纳米二氧化锰溶液；

（4）将步骤1得到的酰氯化活性炭加入到步骤3得到的硅烷偶联剂改性的纳米二氧化锰溶液中，搅拌1个小时，真空抽滤；

（5）将步骤4抽滤产物在120~130摄氏度下真空干燥，得到长效除甲醛的空气净化器用滤芯材料。

进一步地，步骤（1）中的活性炭为酸化活性炭。

进一步地，步骤（3）中所述的硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂。

本发明的有益效果在于：1.本发明中活性炭既作为吸附剂，又作为纳米催化剂的固化载体，具有工艺简单、易于工业生产的优点。2.本发明中的纳米催化剂具有常温催化分解甲醛为二氧化碳和水的效果，协同酸化活性炭的吸附甲醛的性能，克服吸附饱和的缺点，具有长效、安全、环保的除甲醛性能。3.采用化学法将二氧化锰负载与活性碳上，两者之间通过化学键牢固结合，不易脱落，使得本发明的材料具有持久的催化净化甲醛的性能。

附图说明

图1本发明的工艺流程图；

图2本发明材料的除甲醛效果。

具体实施方式

本发明所述的长效除甲醛的空气净化器用滤芯材料的制备方法。现有技术中对活性炭负载二氧化锰采用的是物理的方法，物理方法的缺陷是结合相对松散、不牢固，在空气净化使用过程中易脱落，导致催化剂流失。本发明将酸化活性炭用SOCl₂改性、将纳米二氧化锰用硅烷偶联剂改性，然后将改性后的化活性炭与改性后的纳米二氧化锰进行交联，通过化学键合的方法将二氧化锰键合到活性炭上，相比于现有的物理沉积方法，二氧化锰与活性炭之间具有更强的相互作用，两者之间通过化学键牢固结合，不易脱落，使得本发明的材料具有持久的催化净化甲醛的性能。本发明的滤芯材料具体通过以下步骤实施得到：

（1）由于活性炭表面不具有活性基团，首先应该将活性炭酸化；活性炭酸化的方法可以参考文献【黄河，刘洪波，高赛赛，罗森，李永平，酸改性活性炭在重金属与氨氮废水处理中的应用。《四川环境》，2013，32（5）131-134】。

（2）将酸化后的活性炭进行酰胺化，具体为：将酸化后的活性炭加入到SOCl₂液体中，并在40~50摄氏度下回流反应2小时，得到酰氯化活性炭；活性炭与SOCl₂液体的质量体积比为1~2g/ml；

（3）二氧化锰的偶联改性，具体为：将二氧化锰投入到乙醇和水的混合溶液中，搅拌30分钟，然后加入硅烷偶联剂，搅拌30分钟后，得到硅烷偶联剂改性的纳米二氧化锰溶液；为了使纳米二氧化锰有效分散，上述乙醇和水的混合溶液中，乙醇和水的体积比为4:1；乙醇浓度过高或过低，均影响纳米二氧化锰分散并导致二氧化锰团聚；为了使二氧化锰得到最佳的分散，二氧化锰与乙醇和水的混合溶液的质量体积比为0.005~0.01g/ml；二氧化锰和硅烷偶联剂的质量比为50：1为最佳比例，这是因为比例偏大，二氧化锰含量过多，二氧化锰表面的基团不能与偶联剂充分耦合，比例过小，硅烷偶联剂偏多，硅烷偶联剂会发生自聚，进而导致产物性能变差。

（4）将改性后的活性炭与改性后的二氧化锰混合，进行交联反应 1个小时，真空抽滤；由于活性炭表面羧基官能团的数量和二氧化锰表面羟基数量相等时，此时活性炭与二氧化锰的量为最佳比例，优化表明活性炭与二氧化锰的质量比为20:1。比例过大，活性炭活性炭偶联的二氧化锰量不足，吸附催化消除效果有限，而比例过小，过量的二氧化锰会堵塞活性炭的吸附孔，也会影响材料的催化消除效果。

（5）将步骤4抽滤产物在120~130摄氏度下真空干燥，得到长效除甲醛的空气净化器用滤芯材料。

下面结合实施例，将本发明进一步说明。以下实施例只用于说明本发明的技术方案，而不是对本发明保护范围的限制。

实施例1：

1）将20克酸化活性炭加入到10毫升SOCl₂液体中并在40摄氏度下回流反应2小时，将得到酰氯化活性炭；

2）将1克纳米二氧化锰投入到100毫升乙醇/水（乙醇和水的体积比为4:1）的分散剂中，搅拌30分钟，得到二氧化锰溶液；

3）加入0.02克氨基硅烷偶联剂到二氧化锰溶液中，得到硅烷偶联剂改性的纳米二氧化锰溶液；

4）将上述酰氯化活性炭加入到硅烷偶联剂改性的纳米二氧化锰溶液中，搅拌1个小时，真空抽滤；

5）将4）步抽滤产物在120摄氏度下真空干燥12个小时，得到一种长效除甲醛的空气净化器用滤芯材料。

将上述得到的滤芯材料及相同质量的活性炭分别放入甲醛浓度为1克/立方米的体积为1.5立方米的2个实验舱里，分别测2个实验舱内甲醛浓度，由于上述实施例制备得到的滤芯材料具有常温催化分解甲醛为二氧化碳和水的效果，协同酸化活性炭的吸附甲醛的性能，将吸附于活性碳表面的甲醛催化分解甲醛为二氧化碳和水，避免了活性炭的吸附饱和，实验结果如图2所示，从图中可以看出，本发明的滤芯材料在吸附一定时间的甲醛后，其吸附性能并没有明显降低，继续保持了较好的吸附能力。

实施例2：

1）将20克酸化活性炭加入到20毫升SOCl₂液体中并在50摄氏度下回流反应2小时，得到酰氯化活性炭；

2）将1g的二氧化锰投入到200毫升乙醇/水（乙醇和水的体积比为4:1）的分散剂中，搅拌30分钟，得到二氧化锰溶液；

3）加入0.02克氨基硅烷偶联剂到二氧化锰溶液中，得到硅烷偶联剂改性的纳米二氧化锰溶液；

4）将上述酰氯化活性炭加入到硅烷偶联剂改性的纳米二氧化锰溶液中，搅拌1个小时，真空抽滤；

5）将4）步抽滤产物在130摄氏度下真空干燥12个小时，得到一种长效除甲醛的空气净化器用滤芯材料。

Claims (2)

1.一种长效除甲醛的空气净化器用滤芯材料的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

（1）将20重量份的酸化后的活性炭加入到SOCl₂液体中，并在40~50摄氏度下回流反应2小时，得到酰氯化活性炭；活性炭与SOCl₂液体的质量体积比为1~2g/ml；

（2）将1重量份的二氧化锰投入到乙醇和水的混合溶液中（乙醇和水的体积比为4:1），搅拌30分钟，得到二氧化锰溶液；二氧化锰与乙醇和水的混合溶液的质量体积比为0.005~0.01g/ml；

（3）将0.02重量份的硅烷偶联剂加入到二氧化锰溶液中，得到硅烷偶联剂改性的纳米二氧化锰溶液；

（4）将步骤1得到的酰氯化活性炭加入到步骤3得到的硅烷偶联剂改性的纳米二氧化锰溶液中，搅拌1个小时，真空抽滤；

（5）将步骤4抽滤产物在120~130摄氏度下真空干燥，得到长效除甲醛的空气净化器用滤芯材料。

2.根据权利要求1的所述的方法，其特征在于：步骤（3）中所述的硅烷偶联剂可以为氨基硅烷偶联剂。