CN109316832A - 一种室内空气杀菌净化滤芯材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空气净化领域，公开了一种室内空气杀菌净化滤芯材料及制备方法。包括如下制备过程：（1）将纳米二氧化钛、活性炭粉末、硅藻土粉末、聚丙烯腈、聚酰胺、乙酸和丙三醇混合形成乳状液，然后静电纺丝成网，制得板状芯体材料；（2）将纳米银、高聚碘加入到硅溶胶中，制得抑菌杀菌粉；（3）先向抑菌杀菌粉中加入琼脂胶体和聚乙烯醇形成胶状物，然后将板状芯体材料浸入，完成后烘干，制得室内空气杀菌净化滤芯材料。本发明制得的滤芯材料以纳米银和高聚碘作为杀菌剂，杀菌能力强，安全性好，并且形成杀菌层将芯体材料完全包覆，可实现与细菌的有效接触，且完全不会脱落，因而杀菌效果更好。

Description

一种室内空气杀菌净化滤芯材料及制备方法

技术领域

本发明涉及空气净化领域，公开了一种室内空气杀菌净化滤芯材料及制备方法。

背景技术

随着人民生活品质的不断提高，人们对健康的要求也在不断的提高，同时环境、水质、空气污染日益严重，因此对于空气净化要求标准也越来越高。空气中的主要污染物有甲醛、苯、TVOC、亚硝酸盐及病原菌、病毒、细菌等微生物。空气净化材料的研究和发展已成为当今社会发展的热点课题。

室内空气净化材料按照净化原理和材料性质来区分，可分为物理净化材料、化学净化材料、生物净化材料以及复合净化材料四大类。物理净化主要是对污染物进行物理吸附，如活性碳、硅胶及沸石等；化学类净化材料主要指采用氧化、还原、离子交换以及光催化等化学反应技术生产的净化材料，其中光催化材料的发展尤为受到关注；生物净化材料主要是植物、微生物和酶制剂等；而复合材料是将上述材料有机结合。

目前，被广泛采用的净化材料主要有活性炭、分子筛、纳米滤膜等。然而，单一的活性炭、纳米滤膜等作为净化滤芯材料亦明显具有一定的局限性，其吸附易饱和，存在二次污染，且不能对病原菌、病毒、细菌等微生物起到任何杀灭作用。虽然目前也有在空气净化滤芯材料中使用具有抑菌抗菌作用的有机材料和无机材料，这些材料是通过与滤芯材料混合，然后成型，或者喷涂粘结在滤芯材料的表面以达到杀菌的目的。因此，对于具有优异杀菌性能的滤芯材料的研究受到重视。

中国发明专利申请号201610334713.0公开了一种空气消毒滤芯材料及其制备方法。该空气消毒滤芯材料是将安全高效的高聚碘消毒剂固载到网状纤维表面所生成的。该空气消毒滤芯材料是通过材料表面的高聚碘离子与细菌接触来实现杀菌消毒的目的，具有安全、高效、无味、无残留、不腐蚀、稳定性高、使用寿命长、成本低等特点。

中国发明专利申请号201510095536.0公开了一种光能抗菌高效空气滤材及其在空气净化产品中应用，具体的说，该发明的光能抗菌HEPA滤材是由玻璃纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯与聚对苯二甲酸二乙酯、熔喷涤纶无纺布、熔喷长纤维等材料中的一种或几种组成，同时采用物理、化学固化技术在HEPA纤维表面形成新型有机光触媒抗菌涂层，新型有机光触媒抗菌材料受光激发，产生的高能态氧杀灭微生物、致病菌及其耐药菌，光能抗菌HEPA滤材的网状结构能有效过滤PM2.5细微颗粒物。

根据上述，现有方案中用于空气净化的传统滤芯材料不能对病原菌、病毒、细菌等微生物起到任何杀灭作用，而将杀菌材料与滤芯材料混合成型的方法，杀菌离子不能有效和细菌接触，不能达到很好的杀菌效果，另外当杀菌材料喷涂粘结于滤芯材料表面虽然杀菌效果好，但涂层易脱落，使用效果不理想。

发明内容

目前应用较广的室内空气净化滤芯材料存在杀菌效果被抑制，杀菌涂层易脱落的问题，导致传统杀菌滤芯材料的杀菌效果不理想。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种室内空气杀菌净化滤芯材料的制备方法，制备的具体过程为：

（1）先将纳米二氧化钛、活性炭粉末、硅藻土粉末加入到乙酸和丙三醇的混合溶液中，分散均匀，然后加入聚丙烯腈和聚酰胺，超声分散形成乳状液，再通过静电纺丝将乳状液纺丝成网，制得板状芯体材料；

（2）先将纳米银加入到硅溶胶中，分散均匀，然后加入粉末状的固体高聚碘，振荡自然干燥,制得均匀分散的抑菌杀菌粉；

（3）先向步骤（2）制得的抑菌杀菌粉中加入琼脂胶体和聚乙烯醇，混合均匀，形成胶状物，然后将步骤（1）制得的板状芯体材料浸渍于胶状物中，浸渍完成后取出烘干，制得室内空气杀菌净化滤芯材料。

优选的，步骤（1）所述超声分散的频率为40~50kHz，时间为30~40min。

优选的，步骤（1）所述静电纺丝的电压为15~20kV，计量泵推进速度为1~2mL/h，接收距离为20~30cm，纺丝得到的纤维网的纤维直径为500~800nm，网孔目数为30~50目。

优选的，步骤（1）中各原料按重量份计为：纳米二氧化钛5~8份、活性炭粉末3~6份、硅藻土粉末3~6份、乙酸15~25份、丙三醇17~44份、聚丙烯腈20~25份、聚酰胺10~13份。

优选的，步骤（2）所述固体高聚碘的聚合度为7~13，有效碘量40~60%，粒径为0.2~0.5mm。

优选的，步骤（2）所述振荡频率为250~300次/min，时间为15~20min。

优选的，步骤（2）中各原料按重量份计为：纳米银20~25份、硅溶胶44~55份、高聚碘22~26份;硅溶胶的质量浓度为15%。

优选的，步骤（3）所述浸渍的时间为2~4h。

优选的，步骤（3）中各原料按重量份计为：抑菌杀菌粉40~50份、琼脂胶体30~35份、聚乙烯醇20~25份。琼脂胶体的质量浓度为8%。

由上述方法制备得到的一种室内空气杀菌净化滤芯材料，将纳米二氧化钛、活性炭粉末、硅藻土粉末分散到乙酸和丙三醇的混合溶液中，在加入聚丙烯腈和聚酰胺，超声分散形成乳状液，然后通过静电纺丝技术将纺丝成网，得到了板状的芯体材料；将纳米银分散到硅溶胶中，然后加入粉末状的固体高聚碘，通过震荡和自然干燥，使得硅溶胶包覆固体高聚碘，形成稳定的杀菌粉；向抑菌杀菌粉中加入琼脂胶体和聚乙烯醇，混合均匀后并加热形成胶状物，然后将板状芯体材料放入该胶状溶液中浸渍，浸渍完成后烘干即可。

本发明提供了一种室内空气杀菌净化滤芯材料及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：

1、提出了以纳米银和高聚碘作为杀菌剂制备室内空气杀菌净化滤芯材料的方法。

2、通过将纳米银和高聚碘作为杀菌剂，杀菌性能优异，特别是高聚碘本身作为一种杀菌剂，具有用量少，对细菌、病毒等可瞬间杀灭的特点，并且安全性，对人体无毒副作用。

3、通过将硅溶胶稳定高聚碘，形成杀菌剂，分散在琼脂胶体溶液中，进一步利用具有网孔的板状的芯体材料浸入到该杀菌液中，形成一层杀菌层将芯体材料完全包裹，相比一般的喷涂或者将杀菌材料混合在芯体材料中，该方法制备的杀菌层属于包覆式，杀菌效果更好，且完全不会脱落。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。

实施例1

（1）先将纳米二氧化钛、活性炭粉末、硅藻土粉末加入到乙酸和丙三醇的混合溶液中，分散均匀，然后加入聚丙烯腈和聚酰胺，超声分散形成乳状液，再通过静电纺丝将乳状液纺丝成网，制得板状芯体材料；超声分散的频率为42kHz，时间为38min；静电纺丝的电压为16kV，计量泵推进速度为1.3mL/h，接收距离为24cm，纺丝得到的纤维网的纤维直径为600nm，网孔目数为30目；

按重量份计，其中：纳米二氧化钛6份、活性炭粉末4份、硅藻土粉末4份、乙酸17份、丙三醇37份、聚丙烯腈21份、聚酰胺11份；

（2）先将纳米银加入到硅溶胶中，分散均匀，然后加入粉末状的大环稠合物类型高聚碘，震荡自然干燥，制得均匀分散的抑菌杀菌粉；固体高聚碘的聚合度为9，有效碘量45%，平均粒径为0.3mm；振荡频率为260次/min，时间为18min；

按重量份计，其中：纳米银21份、质量浓度为15%的硅溶胶52份、高聚碘24份；

（3）先向步骤（2）制得的抑菌杀菌粉中加入琼脂胶体和聚乙烯醇，混合均匀，形成胶状物，然后将步骤（1）制得的板状芯体材料浸渍于胶状物中，浸渍完成后取出烘干，制得室内空气杀菌净化滤芯材料；所述浸渍的时间为3.5h；

按重量份计，其中：抑菌杀菌粉46份、琼脂胶体32份、聚乙烯醇22份。琼脂胶体的质量浓度为8%。

实施例1制得的杀菌型滤芯材料，其杀菌率、杀菌层与芯体材料结合情况如表1所示。

实施例2

（1）先将纳米二氧化钛、活性炭粉末、硅藻土粉末加入到乙酸和丙三醇的混合溶液中，分散均匀，然后加入聚丙烯腈和聚酰胺，超声分散形成乳状液，再通过静电纺丝将乳状液纺丝成网，制得板状芯体材料；超声分散的频率为48kHz，时间为32min；静电纺丝的电压为19kV，计量泵推进速度为1.8mL/h，接收距离为27cm，纺丝得到的纤维网的纤维直径为700nm，网孔目数为50目；

按重量份计，其中：纳米二氧化钛7份、活性炭粉末5份、硅藻土粉末5份、乙酸22份、丙三醇25份、聚丙烯腈24份、聚酰胺12份；

（2）先将纳米银加入到硅溶胶中，分散均匀，然后加入粉末状的高聚碘，震荡自然干燥，制得均匀分散的抑菌杀菌粉；高聚碘的聚合度为11，有效碘量55%，平均粒径为0.4mm；振荡频率为280次/min，时间为16min；

按重量份计，其中：纳米银24份、质量浓度为15%的硅溶胶46份、高聚碘25份；

（3）先向步骤（2）制得的抑菌杀菌粉中加入琼脂胶体和聚乙烯醇，混合均匀，形成胶状物，然后将步骤（1）制得的板状芯体材料浸渍于胶状物中，浸渍完成后取出烘干，制得室内空气杀菌净化滤芯材料；所述浸渍的时间为2.5h；

按重量份计，其中：抑菌杀菌粉43份、琼脂胶体34份、聚乙烯醇23份。琼脂胶体的质量浓度为8%。

实施例2制得的杀菌型滤芯材料，其杀菌率、杀菌层与芯体材料结合情况如表1所示。

实施例3

（1）先将纳米二氧化钛、活性炭粉末、硅藻土粉末加入到乙酸和丙三醇的混合溶液中，分散均匀，然后加入聚丙烯腈和聚酰胺，超声分散形成乳状液，再通过静电纺丝将乳状液纺丝成网，制得板状芯体材料；超声分散的频率为46kHz，时间为36min；静电纺丝的电压为17kV，计量泵推进速度为1.5mL/h，接收距离为26cm，纺丝得到的纤维网的纤维直径为600nm，网孔目数为40目；

按重量份计，其中：纳米二氧化钛6份、活性炭粉末5份、硅藻土粉末4份、乙酸19份、丙三醇32份、聚丙烯腈23份、聚酰胺11份；

（2）先将纳米银加入到硅溶胶中，分散均匀，然后加入粉末状的高聚碘，震荡自然干燥，制得均匀分散的抑菌杀菌粉；高聚碘的聚合度为9，有效碘量48%，平均粒径为0.3mm；振荡频率为270次/min，时间为17min；

按重量份计，其中：纳米银23份、质量浓度为15%的硅溶胶50份、高聚碘23份；

（3）先向步骤（2）制得的抑菌杀菌粉中加入琼脂胶体和聚乙烯醇，混合均匀，加热形成胶状物，然后将步骤（1）制得的板状芯体材料浸渍于胶状物中，浸渍完成后取出烘干，制得室内空气杀菌净化滤芯材料；所述浸渍的时间为3h；

按重量份计，其中：抑菌杀菌粉44份、琼脂胶体33份、聚乙烯醇23份。琼脂胶体的质量浓度为8%。

实施例3制得的杀菌型滤芯材料，其杀菌率、杀菌层与芯体材料结合情况如表1所示。

实施例4

（1）先将纳米二氧化钛、活性炭粉末、硅藻土粉末加入到乙酸和丙三醇的混合溶液中，分散均匀，然后加入聚丙烯腈和聚酰胺，超声分散形成乳状液，再通过静电纺丝将乳状液纺丝成网，制得板状芯体材料；超声分散的频率为40kHz，时间为40min；静电纺丝的电压为15kV，计量泵推进速度为1mL/h，接收距离为20cm，纺丝得到的纤维网的纤维直径为500nm，网孔目数为30目；

按重量份计，其中：纳米二氧化钛5份、活性炭粉末3份、硅藻土粉末3份、乙酸15份、丙三醇44份、聚丙烯腈20份、聚酰胺10份；

（2）先将纳米银加入到硅溶胶中，分散均匀，然后加入粉末状的固体高聚碘，震荡自然干燥，制得均匀分散的抑菌杀菌粉；高聚碘的聚合度为7，有效碘量40%，平均粒径为0.2mm；振荡频率为250次/min，时间为20min；

按重量份计，其中：纳米银20份、质量浓度为15%的硅溶胶55份、高聚碘22份；

（3）先向步骤（2）制得的抑菌杀菌粉中加入琼脂胶体和聚乙烯醇，混合均匀，形成胶状物，然后将步骤（1）制得的板状芯体材料浸渍于胶状物中，浸渍完成后取出烘干，制得室内空气杀菌净化滤芯材料；所述浸渍的时间为4h；

按重量份计，其中：抑菌杀菌粉50份、琼脂胶体30份、聚乙烯醇20份。琼脂胶体的质量浓度为8%。

实施例4制得的杀菌型滤芯材料，其杀菌率、杀菌层与芯体材料结合情况如表1所示。

实施例5

（1）先将纳米二氧化钛、活性炭粉末、硅藻土粉末加入到乙酸和丙三醇的混合溶液中，分散均匀，然后加入聚丙烯腈和聚酰胺，超声分散形成乳状液，再通过静电纺丝将乳状液纺丝成网，制得板状芯体材料；超声分散的频率为50kHz，时间为30min；静电纺丝的电压为20kV，计量泵推进速度为2mL/h，接收距离为30cm，纺丝得到的纤维网的纤维直径为800nm，网孔目数为50目；

按重量份计，其中：纳米二氧化钛8份、活性炭粉末6份、硅藻土粉末6份、乙酸25份、丙三醇17份、聚丙烯腈25份、聚酰胺13份；

（2）先将纳米银加入到硅溶胶中，分散均匀，然后加入粉末状的固体高聚碘，震荡自然干燥，制得均匀分散的抑菌杀菌粉；高聚碘的聚合度为13，有效碘量60%，平均粒径为0.5mm；振荡频率为300次/min，时间为15min；

按重量份计，其中：纳米银25份、质量浓度为15%的硅溶胶44份、高聚碘26份；

（3）先向步骤（2）制得的抑菌杀菌粉中加入琼脂胶体和聚乙烯醇，混合均匀，形成胶状物，然后将步骤（1）制得的板状芯体材料浸渍于胶状物中，浸渍完成后取出烘干，制得室内空气杀菌净化滤芯材料；所述浸渍的时间为2h；

按重量份计，其中：抑菌杀菌粉40份、琼脂胶体35份、聚乙烯醇25份。琼脂胶体的质量浓度为8%。

实施例5制得的杀菌型滤芯材料，其杀菌率、杀菌层与芯体材料结合情况如表1所示。

对比例1

对比例1直接将杀菌剂喷涂粘接于芯体材料表面，未使用硅溶胶处理，其他条件与实施例5相同，制得的杀菌型滤芯材料，其杀菌率、杀菌层与芯体材料结合情况如表1所示。

上述性能指标的测试方法为：

将制得的滤芯材料裁剪成20mm×30mm的样片，并制备无抗菌剂的对照滤芯材料，参照GB15979-2002标准进行杀菌性能试验，取细菌（大肠杆菌、金黄色葡萄球菌）和酵母菌（白色念珠菌）作为试验菌种，将试验菌24h斜面培养物用PBS洗下，制成菌悬液（要求的浓度为：用100uL滴于对照样片上，回收菌数为1~9×10⁴cfu/片），分别在每个被试样片和对照样片上滴加100uL，均匀涂布，开始计时，作用2、5、10、20min，用无菌镊分别将样片投入含5mL相应中和剂的试管内，充分混匀，作适当稀释，然后取其中2~3个稀释度，分别吸取0.5mL，置于两个平皿，用凉至40~45℃的营养琼脂培养基（细菌）或沙氏琼脂培养基（酵母菌）15mL作倾注，转动平皿，使其充分均匀，琼脂凝固后翻转平板，35℃±2℃培养48h（细菌）或72h（酵母菌），做活菌菌落计数，试验重复3次，根据公式：X=（A-B）/A ×100%计算杀菌率，A为对照样品平均菌落数，B为试验样品平均菌落数；

另外，将本发明制得的滤芯材料经80℃的水浸泡24h，取出后观察杀菌层在芯体材料表面的脱落情况。

表1：

Claims (10)

1.一种室内空气杀菌净化滤芯材料的制备方法，其特征在于，制备的具体过程为：

（1）先将纳米二氧化钛、活性炭粉末、硅藻土粉末加入到乙酸和丙三醇的混合溶液中，分散均匀，然后加入聚丙烯腈和聚酰胺，超声分散形成乳状液，再通过静电纺丝将乳状液纺丝成网，制得板状芯体材料；

（2）先将纳米银加入到硅溶胶中，分散均匀，然后加入粉末状的固体高聚碘，振荡自然干燥，制得均匀分散的抑菌杀菌粉；

（3）先向步骤（2）制得的抑菌杀菌粉中加入琼脂胶体和聚乙烯醇，混合均匀，形成胶状物，然后将步骤（1）制得的板状芯体材料浸渍于胶状物中，浸渍完成后取出烘干，制得室内空气杀菌净化滤芯材料。

2.根据权利要求1所述一种室内空气杀菌净化滤芯材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述超声分散的频率为40~50kHz，时间为30~40min。

3.根据权利要求1所述一种室内空气杀菌净化滤芯材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述静电纺丝的电压为15~20kV，计量泵推进速度为1~2mL/h，接收距离为20~30cm，纺丝得到的纤维网的纤维直径为500~800nm，网孔目数为30~50目。

4.根据权利要求1所述一种室内空气杀菌净化滤芯材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中各原料按重量份计为：纳米二氧化钛5~8份、活性炭粉末3~6份、硅藻土粉末3~6份、乙酸15~25份、丙三醇17~44份、聚丙烯腈20~25份、聚酰胺10~13份。

5.根据权利要求1所述一种室内空气杀菌净化滤芯材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述固体高聚碘的聚合度为7~13，有效碘量40~60%，粒径为0.2~0.5mm。

6.根据权利要求1所述一种室内空气杀菌净化滤芯材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述振荡频率为250~300次/min，时间为15~20min。

7.根据权利要求1所述一种室内空气杀菌净化滤芯材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中各原料按重量份计为：纳米银20~25份、硅溶胶44~55份、固体高聚碘22~26份;硅溶胶的质量浓度为15%。

8.根据权利要求1所述一种室内空气杀菌净化滤芯材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述浸渍的时间为2~4h。

9.根据权利要求1所述一种室内空气杀菌净化滤芯材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中各原料按重量份计为：抑菌杀菌粉40~50份、琼脂胶体30~35份、聚乙烯醇20~25份；琼脂胶体的质量浓度为8%。

10.权利要求1~9任一项所述方法制备得到的一种室内空气杀菌净化滤芯材料。