CN111715189A - 一种高效甲醛吸附特性的氨基酸改性纤维素复合膜的制备 - Google Patents

一种高效甲醛吸附特性的氨基酸改性纤维素复合膜的制备 Download PDF

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Abstract

本发明具体公开了一种具有甲醛高效吸附功能的氨基酸/纤维素复合膜的制备方法。所述原料为纤维素和常用氨基酸。制备方法为：将纤维素酸解后再碱性溶液中制备成纤维素碱性溶液，然后在一定温度下向其中加入一定质量比的氨基酸得到氨基酸/纤维素复合溶液；以定量滤纸为载体，将其浸渍在氨基酸/纤维素溶液中原为复合成氨基酸/纤维素复合膜。该氨基酸/纤维素复合膜具有强度性能高，甲醛吸附特性强等优点，有望在具有甲醛自净化功能的壁纸生产中得到良好应用。

Description

一种高效甲醛吸附特性的氨基酸改性纤维素复合膜的制备
技术领域
本发明涉及空气滤纸的技术领域，具体的涉及一种氨基改性纤维素制备的具有甲醛吸附特性的复合滤纸的制备方法。
背景技术
甲醛是室内污染物之一，是建筑和涂装材料(包括油漆、木质面板、层压板和烟熏板等)中排放的主要挥发性有机化合物之一。甲醛不仅自身携带异味，同时其还具有毒性，当眼睛、鼻子和呼吸道的粘膜等多种器官甚至于皮肤长期接触甲醛气体时，都会对这些器官造成很大的刺激，从而引发一系列潜在疾病。因此，室内甲醛的去除关系到人类健康的关键。
目前，甲醛的去除方法有物理吸附法、化学中和法、臭氧氧化法、光触媒氧化分解法等。其中吸附法是治理甲醛污染最常见也是最有效的方法。目前市面上的吸附材料有活性炭、硅灰基材料、复合纳米材料、天然提取物、氨基酸吸附材料等。大多数吸附材料缺乏甲醛特异性，即在吸附甲醛的同时会吸附空气中其他小分子，从而占据了甲醛吸附的位点，降低了吸附效率。同时，部分物理性吸附材料受温度的影响较大，升高温度吸附的甲醛又会重新脱附。氨基酸类化合物中的氨基能够与甲醛发生加成缩合反应，生成稳定的化合物-羟甲基衍生物。因此对甲醛的吸附具有稳定性好不易脱附的优点。
作为自然界中储量丰富的天然材料之一，纤维素不仅低成本、来源广泛，同时无毒无害、可生物降解、具备生物相容性。并且纤维素属于多空性材料之一，其表面还含有许多羟基等活性基团，可用于吸附甲醛等挥发性有机化合物。但纤维素对甲醛分子的去除效果是有限的，其在许多方面的劣势十分不利于将之广泛应用到挥发性有机化合物吸收领域。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺点而提供一种简单易行、性能优良、可高效去除室内空气污染物甲醛的氨基改性纤维素复合薄膜的制备方法。
本发明提供的纤维素/氨基酸复合薄膜制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：称取一定量的纤维素原料，将其加入到盐酸/乙醇溶液中，在50-100℃水浴下不断搅拌0.5-3h，将上述混合物离心分离并用去离子水洗涤至中性，然后冷冻干燥制得酸解纤维素。
步骤(2)：将步骤(1)所得酸解纤维素于-15～-12℃下溶解于碱性溶液中，得到质量分数为1wt％-10wt％的纤维素碱性溶液。
步骤(3)：将一定量氨基酸加入到步骤(2)所得碱性纤维素溶液中，于0-60℃下充分搅拌，得到一定质量比的氨基酸-纤维素均一透明溶液。
步骤(4)：将中性定量滤纸原位浸渍于步骤(3)所得透明均一的氨基酸改性纤维素溶液中，于一定温度下浸渍一定时间，达到反应时间点后取出滤纸，冷冻干燥后制得复合滤纸。
步骤(5)：利用自制的甲醛吸附测定设备对步骤(4)制得的复合滤纸的甲醛吸附特性进行检测。
优选的，步骤(1)中纤维素原料为桉木溶解浆、纳米纤维素、微晶纤维素、竹子溶解浆、杨木硫酸盐浆中的任意一种。
优选的，步骤(3)中溶解纤维素的碱性溶液为NaOH/尿素/水、NaOH/硫脲/水、KOH/尿素/水、KOH/硫脲/水中的任意一种。
优选的，步骤(3)中的氨基酸为赖氨酸、甘氨酸、脯氨酸、谷氨酸、酪氨酸中的一种或几种。
优选的，步骤(4)中原位浸渍温度为0-60℃，时间为0-12h。
本发明是利用氨基酸中的羟基与纤维素羟基可形成氢键从而可形成均一透明溶液。氨基酸中的氨基可与甲醛反应，生成羟甲基化合物，从而可以固定空气中的甲醛。该氨基酸改性纤维素复合膜的制备条件温和、工艺简单，操作安全，绿色环保，得到的纤维素多孔滤膜的力学性能优良，比表面积高。该复合膜材料含有大量氨基，为吸附甲醛提供了丰富的活性位点，通过化学反应的方式吸附空气中的甲醛，后期不存在甲醛解吸的问题，是一种高效环保的甲醛吸附材料，能够实现空气中甲醛分子的有效去除。制备的复合膜有望实现在甲醛吸附性功能壁纸中开发与应用。
附图说明
图1为自制的简易甲醛气体检测设备；图2为甘氨酸/纤维素复合滤纸SEM微观结构图；图3为赖氨酸/纤维素复合滤纸SEM微观结构图。
具体实施方式
实例1
一种具有高效吸附甲醛特性的氨基酸改性纤维素复合膜的制备方法：
步骤(1)纤维素原料的预处理：将桉木溶解浆加入到乙醇/盐酸混合溶液中，在70℃下不断搅拌反应2h后过滤并洗涤至中性，然后冷冻干燥后得到酸解的纤维素原料；
步骤(2)纤维素溶液的制备：将制得的酸化纤维素原料溶于NaOH/尿素/水(质量比7∶12∶81)溶液中，用低温冷却液循环泵在-12℃下不断搅拌直至溶解得到纤维素溶液(2wt％)。
步骤(3)纤维素/氨基酸复合溶液的制备：向步骤(2)所得纤维素溶液中添加一定量的甘氨酸，在60℃下充分搅拌，制备成纤维素/甘氨酸混合质量比为1∶0.2的混合均一透明溶液，于4℃下保存待用。
步骤(4)氨基酸改性纤维素复合滤纸的制备：选取干燥恒重后的中速定量滤纸为载体，浸渍于步骤(3)制得的纤维素/氨基酸混合溶液中，室温下浸渍0.5h，达到浸渍时间后取出滤纸，于35℃烘箱中低温烘干滤纸，得氨基酸/纤维素复合滤纸。
复合滤纸甲醛吸附特性检测：利用如图1所示自制的简易甲醛气体吸附实验装置检测制备的复合滤纸的甲醛吸附特性。制备的甘氨酸/纤维素复合滤纸在5h内可吸附容器中92.92％的甲醛，甲醛吸附效率为0.0734mg/g·h。甘氨酸/纤维素复合滤纸的物理强度为：抗张强度47.1Kn/m，耐折度为87.33次，较空白滤纸(抗张强度为34.2kN/m，耐折度为6.67次)的物理强度有较大提高。图2的SEM图可看出甘氨酸/纤维素复合溶液形成一层致密的膜覆盖在滤纸载体的纤维表面，并且渗透到纤维内部。
实例2
一种具有高效吸附甲醛特性的氨基酸改性纤维素复合膜的制备方法：
步骤(1)纤维素原料的预处理：将桉木溶解浆加入到乙醇/盐酸混合溶液中，在70℃下不断搅拌反应2h后过滤并洗涤至中性，然后冷冻干燥后得到酸解的纤维素原料；
步骤(2)纤维素溶液的制备：将制得的酸化纤维素原料溶于NaOH/尿素/水(质量比7∶12∶81)溶液中，用低温冷却液循环泵在-12℃下不断搅拌直至溶解得到纤维素溶液(2wt％)。
步骤(3)纤维素/氨基酸复合溶液的制备：向步骤(2)所得纤维素溶液中添加一定量的赖氨酸，在60℃下充分搅拌，制备成纤维素/赖氨酸混合质量比为1∶0.2的混合均一透明溶液，于4℃下保存待用。
步骤(4)氨基酸改性纤维素复合滤纸的制备：选取干燥恒重后的中速定量滤纸为载体，浸渍于步骤(3)制得的纤维素/赖氨酸混合溶液中，浸渍时间为0.5h，达到浸渍时间后取出滤纸，于35℃烘箱中低温烘干滤纸，得氨基酸/纤维素复合滤纸。
复合滤纸甲醛吸附特性检测：利用如图1所示自制的甲醛气体吸附实验装置检测制备的复合滤纸的甲醛吸附特性。制备的赖氨酸/纤维素复合滤纸在5h内可吸附容器中90.38％的甲醛，甲醛吸附率为：0.0711mg/g·h，实现了空气中甲醛的高效吸附。赖氨酸/纤维素复合滤纸的物理强度为：抗张强度45.1Kn/m，耐折度为11次，较空白滤纸(抗张强度为34.2kN/m，耐折度为6.67次)的物理强度有所提高。图3的SEM的复合滤纸平面微观结构图和横截面微观结构图可看出赖氨酸/纤维素复合溶液渗透到滤纸纤维内容，并在纤维表面形成一层致密的甲醛吸附膜。
实例3
一种具有高效吸附甲醛特性的氨基酸改性纤维素复合膜的制备方法：
步骤(1)纤维素原料的预处理：将桉木溶解浆加入到乙醇/盐酸混合溶液中，在70℃下不断搅拌反应2h后过滤并洗涤至中性，然后冷冻干燥后得到酸解的纤维素原料；
步骤(2)纤维素溶液的制备：将制得的酸化纤维素原料溶于NaOH/尿素/水(质量比7∶12∶81)溶液中，用低温冷却液循环泵在-12℃下不断搅拌直至溶解得到纤维素溶液(2wt％)。
步骤(3)纤维素/氨基酸复合溶液的制备：向步骤(2)所得纤维素溶液中添加一定量的赖氨酸，在60℃下充分搅拌，制备成纤维素/甘氨酸混合质量比为1∶1.5的混合均一透明溶液，于4℃下保存待用。
步骤(4)氨基酸改性纤维素复合滤纸的制备：选取干燥恒重后的中速定量滤纸为载体，浸渍于步骤(3)制得的纤维素/氨基酸混合溶液中，浸渍时间为12h，达到浸渍时间后取出滤纸，于35℃烘箱中低温烘干滤纸，得氨基酸/纤维素复合滤纸。
制备的氨基酸/纤维素复合滤纸在5h内可吸附容器中88.73％的甲醛，制备的氨基酸/纤维素复合滤纸的甲醛吸附率为：0.0641mg/g·h，抗张强度为37.1kN/m，耐折度为10.33次，较空白滤纸(抗张强度为34.2kN/m，耐折度为6.67次)的物理强度有所提高，实现了空气中甲醛的高效吸附，并保证了复合膜的强度性能，有望在具有甲醛吸附性的功能性壁纸中得到较好应用。

Claims (4)

1.一种具有高效甲醛吸附特性的氨基酸改性纤维素复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：称取一定量的纤维素原料加入到盐酸/乙醇溶液中，在50℃～100℃水浴下不断搅拌0.5h～3h，将上述混合物离心分离并用去离子水洗涤至中性，最后冷冻干燥制得酸解纤维素。
步骤(2)：将步骤(1)处理得到的酸解纤维素于-15～-12℃的温度下溶解于碱性溶液中，得到质量分数为1wt％～10wt％的纤维素溶液。
步骤(3)：将氨基酸加入到步骤(2)得到的纤维素溶液中，于0～60℃下充分搅拌混合，得到一定质量比的氨基酸-纤维素均一透明溶液。
步骤(4)：将中性定量滤纸原位浸渍于步骤(3)得到的氨基酸-纤维素溶液中，浸渍时间0-12h，浸渍温度0-60℃，达到反应时间点后，取出滤纸。冷冻干燥后得到复合滤纸。
2.如权利要求1所述的高效甲醛吸附性氨基改性纤维素复合膜的制备，其特征在于，所述纤维素为桉木溶解浆、竹材溶解浆、微晶纤维素、纳米纤维素、杨木硫酸盐浆中的任意一种或几种。
3.如权利要求1所述的高效甲醛吸附性氨基改性纤维素复合膜的制备，其特征在于，所述的氨基酸为赖氨酸、甘氨酸、脯氨酸、谷氨酸、酪氨酸中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的高效甲醛吸附性氨基改性纤维素复合膜的制备，其特征在于，溶解纤维素的碱性溶液为NaOH/尿素/水、NaOH/硫脲/水、KOH/尿素/水、KOH/硫脲/水中的任意一种。
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