CN109954384A - 多孔吸附载体上负载氨基酸的甲醛净化材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了多孔载体上负载氨基酸的甲醛净化材料，其特征在于，选用多孔吸附材料为载体，氨基酸为主活性组分，碱金属碳酸盐为助剂，用碱金属碳酸盐调节混合液pH值，采用搭载工艺制备而成。当空气中甲醛被多孔吸附材料吸附后，甲醛与氨基酸碱金属盐发生加成反应并固化到微孔内部，达到去除甲醛目的，可应用在家用空气净化器、新风净化机、车用空调滤清器等多种产品中。

Description

多孔吸附载体上负载氨基酸的甲醛净化材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及室内空气净化治理技术领域，具体涉及多孔吸附载体上负载氨基酸的甲醛净化材料。
背景技术
随着国民经济的快速发展与人民物质生活水平的逐步提高，室内装修日益普及。装修耗材的使用不当所引起的室内空气污染日趋严重，其中最显著的问题之一就是室内甲醛(HCHO)持续释放超出环境标准。我国于2002年颁布的《室内空气质量标准》(GB/T1883-2002)中规定居室内空气甲醛卫生标准(最高容许浓度)为0.1mg/m3。据统计，装修后1-6个月内，甲醛超标率居室内达80％，会议室和办公室内接近100％；装修3年后，超标率都仍达50％以上。甲醛为一种有刺激性气味的有毒气体，对人体的影响包括嗅觉异常、刺激、过敏、肺功能异常、肝功能异常、免疫功能异常、中枢神经***受影响。在低浓度下刺激眼黏膜，浓度稍高时刺激上呼吸道，引起咳嗽、胸闷、头痛、恶心，浓度更高时引起鼻炎、咽炎、肺气肿，甚至死亡，具有致癌、致畸、致突变性，因而室内甲醛危害已引起了人们的广泛关注。
目前，合理控制和有效降低室内空气中的甲醛浓度已经成为室内环境保护的一项重要内容。室内甲醛污染治理方法主要有：吸附法、化学分解法、催化氧化法、光催化法、生物转化法和化学缩聚法等。
吸附法：该方法常采用天然粘土、分子筛、活性炭等多孔吸附质单一或复配使用，具有廉价、快速、可去除多种无机、有机污染物等特点，但缺点是容易吸附饱和、易脱附从而导致二次释放污染、对甲醛无需专效选择性易受环境影响。
化学分解法：该方法常采用化学物质如高锰酸钾、臭氧、次氯酸钠等化学物，直接分解甲醛。由于使用的化学品具有强氧化性，容易对人体造成伤害。且该方法除甲醛效率较为低下，存在对室内VOC氧化分解不彻底、无机污染物无法分解等缺点。
光催化法：该方法一般采用氧化钛(TiO2)等半导体材料，紫外光激发，可分解大部分室内有机污染物，但对NH3等无机污染物无能为力。使用方式常以喷剂、涂料形式直接使用，或者固载后作为净化器材料使用。前者由于室内紫外线照射强度极低，故而实际使用中效率低下。后者则一般在净化器内置放紫外灯，也存在辐照效率低下等问题，且紫外易导致臭氧的产生。
生物转化法：该方法采用生物酶或微生物或植株等达到净化甲醛的目的，但存在效率低下等问题。
催化氧化法：该方法采用目前主要分两类，一类是以Pt、Pb等为主的贵金属类催化剂；一类是以Mn为主的过渡金属氧化物类催化剂，室温下可催化氧化甲醛为CO2和H2O。该方法作为未来空气污染物甲醛净化的一个重要发展方向，已取得一定的成果，但面临的问题亦较多，如贵金属价格昂贵、非贵金属基催化剂抗环境扰动能力较差，如高湿、低温等。
化学缩聚法：该方法一般采用有机胺或无机铵作为反应物，以酸或碱作为催化剂，羟胺缩合形成难挥发缩聚物，从而达到去除甲醛的目的。目前该方法常作为室内甲醛治理施工的主要方法之一，由于采用喷涂的方式，一般的有机胺或无机铵试剂具有一定刺激性和致毒性，比甲醛造成的伤害更大。专利CN201110318932.7报道了一种高效甲醛清除剂，具有快速清除甲醛功效，但配方中存在三聚氰胺、氨水、二甲亚砜、十二烷基磺酸钠等组分，并不是严格意义上的无毒无害，雾化后喷涂异味大，吸入后对人体仍有危害。专利CN201210397647.3及201210167251.X等则报道了采用植物提取制备甲醛清除剂的制备方法，去除甲醛快速有效，但存在原料明确、提取成分不明等缺点，且提取工艺相对繁琐。甲醛清除剂采用喷涂方式，短期甲醛去除效率高但存在反弹不长效等缺点，为此一些研究者亦做了一些改进，如CN201110332974.6开发了一种长效性甲醛清除剂，时间可长达6个月以上，但原料中采用的甲酰胺等试剂喷雾后亦对人体存在一定伤害。
因此，亟需开发一款对甲醛去除效率高且对人体无害的甲醛净化材料，以满足现代社会的需求。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供多孔载体上负载氨基酸的甲醛净化材料及其制备方法，其目的在于，提供一种甲醛净化材料，以氨基酸为主活性组分，以碱金属碳酸盐为助剂，通过在多孔吸附材料内部接枝氨基酸组分，达到净化空气中甲醛的目的。
本发明提供多孔载体上负载氨基酸的甲醛净化材料的制备方法，选用多孔吸附材料为载体，氨基酸为主活性组分，碱金属碳酸盐为助剂，用碱金属碳酸盐调节混合液pH值，采用搭载工艺制备而成。
作为本发明进一步的改进，多孔吸附材料选自活性炭、分子筛、硅胶、沸石，高岭土、粘土，二氧化钛、二氧化硅、氧化铝。
作为本发明进一步的改进，氨基酸选自丝氨酸、苏氨酸、组氨酸、赖氨酸、精氨酸、甘氨酸、谷氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、天冬氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、胱氨酸、酪氨酸、蛋氨酸、色氨酸等氨基酸中的一种或几种。
作为本发明进一步的改进，按照以下步骤制备而成：将所述氨基酸配置成重量比为3％-30％的水溶液，将所述多孔吸附载体浸入氨基酸水溶液中，混合溶液与多孔载体的体积比为0.8-1.2，混合搅拌1-3h，将所述碱金属碳酸盐配置成重量比为5％-30％的水溶液，将碱金属碳酸盐水溶液缓慢加入到上述混合液中，加入过程中持续搅拌，并测试混合溶液pH值，至pH值8-13时，停止加入碱金属碳酸盐溶液，再继续搅拌1-3h，过滤，将载体烘干制成多孔氨基酸除甲醛材料。
作为本发明进一步的改进，所述氨基酸配置成重量比为5％-15％的水溶液，所述混合溶液与多孔载体的体积比为0.9-1.1，所述碱金属碳酸盐配置成重量比为10％-20％的水溶液。
本发明进一步保护由上述方法制备的多孔载体上负载氨基酸的甲醛净化材料。
本发明具有如下有益效果：
1.通过氨基酸浸入多孔吸附载体微孔内部，加入碱金属碳酸盐，氨基酸与碱金属发生反应，生产氨基酸碱金属盐，能够有效吸附空气中的甲醛，氨基酸碱金属盐与甲醛发生加成反应，生成物固定在多孔吸附材料内部，达到净化空气中甲醛的目的；
2.本发明制备的甲醛净化材料，采用仿生学原理，模仿空气中甲醛进入人体后，与人体氨基酸加成反应致病的机理，净化效率高，成本低廉且对人体无毒害，具备大规模应用的市场前景。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例只是本发明的部分具有代表性的实施例，而不是全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例都属于本发明的保护范围。
实施案例1：
多孔吸附材料选用碘值1050mg/g、40到60目颗粒活性炭。
取组氨酸5克，溶于100克水中，混合搅拌均匀，把50克活性炭浸入上述溶液，浸渍1h。将溶液滤水后，120℃烘干至含水量低于5％。依据多孔甲醛净化材料性能评价方法测试甲醛净化效率，测试数据见表1。
实施案例2：
多孔吸附材料选用碘值1050mg/g、40到60目颗粒活性炭。
取组氨酸5克，溶于100克水中，混合搅拌均匀，把50克活性炭浸入上述溶液，浸渍1h，记为溶液1。取10克碳酸钠，加入90克水中，混合搅拌至完全溶解，记为溶液2。将溶液2缓慢加入溶液1中，持续搅拌，用pH计监测溶液1的pH值变化，至pH值为12时停止加入溶液2，记为溶液3。将溶液3持续搅拌1h。将溶液3滤水后，120℃烘干至含水量低于5％。依据多孔甲醛净化材料性能评价方法测试甲醛净化效率，测试数据见表1。
实施案例3：
选用比表面600m2/g多孔硅胶、粒度范围30到70目。
取精氨酸5克，溶于100克水中，混合搅拌均匀，把80克多孔硅胶浸入上述溶液，浸渍1h。将溶液滤水后，120℃烘干至含水量低于5％。依据多孔甲醛净化材料性能评价方法测试甲醛净化效率，测试数据见表1。
实施案例4：
选用比表面600m2/g多孔硅胶、粒度范围30到70目。
取精氨酸5克，溶于100克水中，混合搅拌均匀，把80克多孔硅胶浸入上述溶液，浸渍1h，记为溶液1。取10克碳酸钠，加入90克水中，混合搅拌至完全溶解，记为溶液2。将溶液2缓慢加入溶液1中，持续搅拌，用pH计监测溶液1的pH值变化，至pH值为13时停止加入溶液2，记为溶液3。将溶液3持续搅拌1h。将溶液3滤水后，120℃烘干至含水量低于5％。依据多孔甲醛净化材料性能评价方法测试甲醛净化效率，测试数据见表1。
实施案例5：
选用比表面500m2/g13X分子筛、粒径0.5mm。
取天冬氨酸10克，溶于100克水中，混合搅拌均匀，把90克13X分子筛浸入上述溶液，浸渍1h。将溶液滤水后，120℃烘干至含水量低于5％。依据多孔甲醛净化材料性能评价方法测试甲醛净化效率，测试数据见表1。
实施案例6：
选用比表面500m2/g13X分子筛、粒径0.5mm。
取天冬氨酸10克，溶于100克水中，混合搅拌均匀，把90克13X分子筛浸入上述溶液，浸渍1h，记为溶液1。取20克碳酸钠，加入80克水中，混合搅拌至完全溶解，记为溶液2。将溶液2缓慢加入溶液1中，持续搅拌，用pH计监测溶液1的pH值变化，至pH值为12时停止加入溶液2，记为溶液3。将溶液3持续搅拌1h。将溶液3滤水后，120℃烘干至含水量低于5％。依据多孔甲醛净化材料性能评价方法测试甲醛净化效率，测试数据见表1。
测试例1：材料性能评价
取40克本发明实施例1-6制备的甲醛净化材料和多孔载体活性炭、硅胶、13X分子筛作为对照例1-3平铺到0.1平米的70目不锈钢网表面，放置到风量300m3/h空气净化器内，依据酚试剂测试甲醛的方法，在30立方米实验舱内测试1小时内甲醛净化效率。测试结果见表1。
表1吸附材料除甲醛性能对比
由上表可知，本发明制备的多孔载体上负载氨基酸的甲醛净化材料(实施例2、4和6)的甲醛净化效率高(90.5-95.5％)，相同条件下，与没有添加助剂碱金属碳酸盐的实施例比较(实施例1、2和5)除甲醛效率明显提高，同时，与对照例1-3相比，具有显著提高甲醛净化的效果。因此，本发明制备的多孔载体上负载氨基酸的甲醛净化材料综合除甲醛效果最佳。
本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。

Claims (8)

1.多孔载体上负载氨基酸的甲醛净化材料的制备方法，其特征在于，选用多孔吸附材料为载体，氨基酸为主活性组分，碱金属碳酸盐为助剂，用碱金属碳酸盐调节混合液pH值，采用搭载工艺制备而成。
2.根据权利要求1所述多孔载体上负载氨基酸的甲醛净化材料的制备方法，其特征在于，所述多孔吸附材料选自活性炭、分子筛、硅胶、沸石，高岭土、粘土，二氧化钛、二氧化硅、氧化铝。
3.根据权利要求1所述多孔载体上负载氨基酸的甲醛净化材料的制备方法，其特征在于，所述氨基酸选自丝氨酸、苏氨酸、组氨酸、赖氨酸、精氨酸、甘氨酸、谷氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、天冬氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、胱氨酸、酪氨酸、蛋氨酸、色氨酸等氨基酸中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述多孔载体上负载氨基酸的甲醛净化材料的制备方法，其特征在于，所述pH值调节至8-13。
5.根据权利要求1所述多孔载体上负载氨基酸的甲醛净化材料的制备方法，其特征在于，所述搭载工艺为一步共沉淀工艺或分步浸渍工艺。
6.根据权利要求1所述多孔载体上负载氨基酸的甲醛净化材料的制备方法，其特征在于，按照以下步骤制备而成：将所述氨基酸配置成重量比为3％-30％的水溶液，将所述多孔吸附载体浸入氨基酸水溶液中，混合溶液与多孔载体的体积比为0.8-1.2，混合搅拌1-3h，将所述碱金属碳酸盐配置成重量比为5％-30％的水溶液，将碱金属碳酸盐水溶液缓慢加入到上述混合液中，加入过程中持续搅拌，并测试混合溶液pH值，至pH值8-13时，停止加入碱金属碳酸盐溶液，再继续搅拌1-3h，过滤，将载体烘干制成多孔氨基酸除甲醛材料。
7.根据权利要求6所述多孔载体上负载氨基酸的甲醛净化材料的制备方法，其特征在于，所述氨基酸配置成重量比为5％-15％的水溶液，所述混合溶液与多孔载体的体积比为0.9-1.1，所述碱金属碳酸盐配置成重量比为10％-20％的水溶液。
8.根据权利要求1-7任一权利要求所述制备方法制得的多孔载体上负载氨基酸的甲醛净化材料。
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