CN101765455A - 包含甲醛脱氢酶的空气净化过滤器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种含有甲醛脱氢酶的空气净化过滤器及其制备方法。所述方法包括将甲醛脱氢酶涂覆到载体上以将所述甲醛脱氢酶固定于其上。作为替代方案，所述方法包括用涂覆溶液涂覆载体和干燥所述载体，其中所述涂覆溶液包含：选自锌、金、银、铜、铂及其组合的金属；甲醛脱氢酶；多酚类化合物；选自硅改性丙烯酸类树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸类树脂和硅树脂的粘合剂；以及水或醇。因此，通过本发明制造的其中载体涂覆有甲醛脱氢酶的空气净化过滤器能够有效去除空气中存在的VOC、尤其是甲醛。

Description

包含甲醛脱氢酶的空气净化过滤器及其制造方法

技术领域

本发明涉及空气净化过滤器。更具体地，本发明涉及含有甲醛脱氢酶的空气净化过滤器及其制造方法，其中用于空气净化过滤器的载体涂覆有甲醛脱氢酶以有效去除空气中存在的甲醛。

背景技术

近年来，对病屋综合症(sick house syndrome)的关注的增加已经使得对有效去除主要的室内空气污染物(包括颗粒物、烟雾、气体和挥发性有机化合物(VOC))的各种技术得到开发。但是，这些技术主要集中在采用光催化剂或通风设备的技术上。然而，迄今为止，还没有提出能够有效去除室内空气污染物的令人满意的方法。此外，在释放到国内工作场所和新建筑的室内空气中的特别有害的物质中，据推测VOC和甲醛超出可接受浓度水平3到5倍。持续产生的这些有害物质已知需要至少一到两年的时间才能达到可接受的水平。

有几种去除含甲醛的室内有害物质的方法，即使用光催化剂的氧化/分解法、使用除臭剂或化学溶剂的吸附法以及采用通风系统的通风法。已知使用光催化剂的氧化/分解法甚至在单次处理之后仍表现出半永久性的效果。但是，氧化/分解法存在高处理成本和甲醛降解所需时间长的缺点。

此外，吸附法的缺点在于必须直接使用化学溶剂或除臭剂，虽然可以消除有害物质和异味，但这种效果只是暂时的。此外，通风法使用通风系统导致室内空气发生变化，但这种方法存在难以在公寓内安装通风系统和安装成本高的缺点。

同时，近年来，微生物在降解包括甲醛的VOC(据报道其为主要的室内环境污染物且对人体有害)方面的能力(称为微生物降解，microdegradation)已众所周知。这些微生物的实例包括细菌例如恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)、红细菌(Rhodobacter sp.)和产碱菌(Alcaligenes sp.)；以及酵母菌例如汉逊氏酵母菌(Hansenula sp.)。

这些微生物通常利用有害物质作为生长繁殖所需的底物来生长或利用微生物所产生的酶来降解有害物质。特别地，当利用微生物来降解甲醛时，甲醛被甲醛脱氢酶降解生成甲酸和二氧化碳(CO₂)，这不会引起空气污染而且对人体无害。

发明内容

技术问题

本发明设计用于解决技术问题的一个目的在于能够利用甲醛脱氢酶有效和持续地去除空气中存在的VOC尤其是甲醛的空气净化过滤器。

本发明设计用于解决技术问题的另一目的在于制造空气净化过滤器的方法，所述空气净化过滤器能够利用甲醛脱氢酶有效和持续地去除空气中存在的VOC、尤其是甲醛。

技术解决方案

本发明的目的可以通过提供一种包含甲醛脱氢酶的空气净化过滤器来实现，所述空气净化过滤器中的载体涂覆有甲醛脱氢酶。

在本发明的另一方面中，提供一种制造包含甲醛脱氢酶的空气净化过滤器的方法，该方法包括将甲醛脱氢酶涂覆到载体上以将甲醛脱氢酶固定在载体上。

任选地，制造空气净化过滤器的方法包括用涂覆溶液涂覆载体以及干燥载体，其中涂覆溶液包含：选自金、锌、银、铜、铂及其组合的金属；甲醛脱氢酶；选自硅改性丙烯酸类树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸类树脂和硅树脂的粘合剂；多酚类化合物；和水或醇。

本发明中可以使用任意载体，而对载体的类型、形状、尺寸和制备方法没有具体限制，只要其可用作空气净化过滤器即可。可用载体的实例包括：纤维例如玻璃纤维、离子交换纤维、纤维素纤维、石棉纤维、有机纤维和无机纤维；金属例如锌、铜或铝；以及塑料。这些载体材料可根据其性质用于各种应用。

此外，载体的形状可以根据可使用的空气净化过滤器的形状而适当变化，而不具体限于蜂窝、颗粒、网、滤纸、膨化体(puff)、筛网、板和泡沫等形状。

根据本发明的空气净化过滤器可用作除臭过滤器，例如用于包括冰箱和空气调节器的家用电器的活性碳过滤器、汽车中的堆叠过滤器(heap filter)和空气净化过滤器或者可以与其联合使用。

本发明中可以使用任意的甲醛脱氢酶而无特别限制，只要其在本领域内已知即可。可用的甲醛脱氢酶的实例包括恶臭假单胞菌、红细菌、产碱菌和汉逊氏酵母菌。甲醛脱氢酶可通过从这些微生物中直接提取或通过购买经鉴定的市售产品来获得。甲醛脱氢酶可用于任何阶段而没有特别限制。优选产碱菌，更优选产碱菌FA2-4。例如，甲醛脱氢酶可以选自产碱菌活菌、非活菌、GN非活菌、辅酶及其组合。

根据本发明，制造涂覆有甲醛脱氢酶的空气净化过滤器的方法包括将甲醛脱氢酶涂覆到载体上以将甲醛脱氢酶固定至其上。

任选地，制造空气净化过滤器的方法可以包括将涂覆溶液喷涂到载体上或将载体浸渍在涂覆溶液中，其中涂覆溶液包含：甲醛脱氢酶；选自硅改性丙烯酸类树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸类树脂和硅树脂的粘合剂；选自锌、金、银、铜、铂及其组合的金属；多酚类化合物；以及水或醇。多酚类化合物是由下式表示的多元酚，其可提取自包括绿茶、乌龙茶和柿叶茶的茶以及包括苹果、葡萄籽、黑豆和可可的植物，并且表现出抗氧化效果。

也就是说，涂覆有甲醛脱氢酶的空气净化过滤器通过用甲醛脱氢酶直接涂覆载体或通过制备包含甲醛脱氢酶的涂覆溶液并经由浸涂、喷涂等将所述溶液涂覆载体而制得。用甲醛脱氢酶涂覆载体以将甲醛脱氢酶固定至其上的步骤可以根据本领域中已知的方法来实施。必要的话，可以根据载体的特征，将甲醛脱氢酶改变为适于涂覆的形式。甲醛脱氢酶在载体上的固定可利用合适的化学或物理固定技术来实施。

在另一实施方案中，通过将甲醛脱氢酶涂覆到载体上来制造空气净化过滤器的方法包括：将甲醛脱氢酶与选自硅改性丙烯酸类树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸类树脂和硅树脂的粘合剂；例如金、银、锌、铜或铂的金属；多酚类化合物；以及水或醇进行混合；并且通过喷涂或浸涂将涂覆溶液涂覆到用于空气净化过滤器的载体的表面。对于涂覆溶液的制备没有具体限制，只要甲醛脱氢酶与多酚类化合物、粘合剂和金属混合使得载体表面可涂覆有甲醛脱氢酶即可。优选地，在可混合性和可涂覆性方面，涂覆溶液包含1～3wt％的粘合剂、1～5wt％的多酚类化合物、0.001～0.003wt％的金属以及余量的水。

同时，本发明还可包括：在利用甲醛脱氢酶涂覆载体之前，用合适的清洗液清洗载体或通过热处理来干燥载体。在诸如金属的载体的情况下，优选在载体的准备或贮存期间除去附着在载体表面上的油。当干燥载体时，干燥时间和干燥温度可根据所用载体的形状、类型和尺寸进行变化。此外，该方法还可以包括：在用甲醛脱氢酶涂覆载体之后，干燥所涂覆的载体。

将由此制造的空气清洁过滤器切割成期望的尺寸，然后用作空气净化设备的空气清洁过滤器。此外，空气净化过滤器可单独使用或与常规的空气净化过滤器或除臭过滤器组合使用。空气净化过滤器可广泛用于各种应用，包括家用或商用、汽车、空气调节器和家用电器的空气净化系统。

有益效果

根据本发明，涂覆有甲醛脱氢酶的空气净化过滤器可以有效和持续地去除空气中存在的VOC，尤其是甲醛。

附图说明

附图用于提供对本发明的进一步理解，其示出本发明的实施方案并与说明书一起用于解释本发明的原理。

附图中：

图1是用于甲醛去除能力实验的实验设备的示意图；和

图2是以时间推移与浓度变化的函数来显示各过滤器的甲醛去除能力的曲线图。

最佳实施方式

现在将参照以下实施例更为详细地描述本发明。这些实施例仅用于示例说明的目的，而无意限制本发明的范围。

实施例

1.产碱菌FA2-4的培养和细菌制备

A.产碱菌FA2-4的培养

为了大量培养产碱菌FA2-4，将用于繁殖甲醛降解细菌的培养基(10g蛋白胨、5g牛肉提取物、1g K₂HPO₄、5g NaCl、1g葡萄糖和1mL微量元素(0.5g B(OH)₃、0.04g CuSO₄·H₂O、0.2g FeCl₃·H₂O和0.04gZnSO₄·H₂O/L))溶解于1L蒸馏水中，并且向其中添加无菌过滤的甲醛以制备5.4L培养基(甲醛浓度：0.04％)。随后，将600mL的培养基装入1L的锥形烧瓶中，然后用产碱菌FA2-4接种。接种后，在振荡培养箱中以100rpm的振摇速度在30℃下培养产碱菌FA2-4持续3天。

B.制备细菌

(1)活菌、非活菌和GN非活菌

将所得的产碱菌FA2-4培养溶液在2500rpm转速下离心20分钟，用10mM磷酸盐缓冲液(pH 7.0)洗涤，然后再次悬浮在20mL缓冲溶液中。向悬浮液添加1mM EDTA，然后将所得混合物回旋搅拌10分钟，用相同的缓冲液洗涤，再次悬浮在10mM磷酸盐缓冲液(50mL，pH 7.0)中，然后在-80℃下冷冻保存(活菌)。

同时，解冻冷冻的细菌，置于皮氏培养皿上，并且在冷冻干燥器中冻干3天(非活菌)。

同时，在冷冻细菌于冷冻干燥器中冻干之前，将NAD(2.5mM)和谷胱甘肽(2mM)作为辅酶添加到细菌中(GN非活菌)。

(2)辅酶溶液

将所得的产碱菌FA2-4培养溶液在2500rpm转速下离心20分钟，用10mM磷酸盐缓冲液(pH 7.0)洗涤，然后再次悬浮在20mL缓冲溶液中。向悬浮液添加1mM EDTA，然后将所得混合物回旋搅拌10分钟，用相同的缓冲液洗涤，再次悬浮在10mM磷酸盐缓冲液(50mL，pH 7.0)中，然后使细菌细胞溶解(辅酶溶液)。

2.涂覆有甲醛脱氢酶的空气净化过滤器的制造

清洗并准备作为载体的活性碳过滤器

另外，在上述部分1中所得的活菌被解冻之后，将1mL细菌悬浮液与4mL固定剂(购自NGETech Inc.的硅改性环氧树脂的5％稀释液)均匀混合。利用微量吸管将40mg非活菌和40mg GN非活菌完全悬浮在5mL固定剂中。同时，利用微量吸管将1mL辅酶溶液完全悬浮在4mL固定剂中。

将筛网(7cm×7cm)置于皮氏培养皿中，浸没在单独制备的酶溶液以及活菌、非活菌和GN非活菌中，然后干燥。重复这一系列过程3或6次(辅酶溶液重复3次)。结果，获得四个涂覆有甲醛脱氢酶的活性碳除臭过滤器I。

此外，将1mL辅酶溶液与5mg硅改性丙烯酸粘合剂、1mg锌、100mg多酚类化合物和93.9mL水混合以制备含有甲醛脱氢酶的涂覆溶液。然后，将涂覆溶液经喷涂法涂覆到活性碳除臭过滤器上。结果，获得涂覆有甲醛脱氢酶的活性碳除臭过滤器II。

3.实验实施例

使用图1所示的实验设备来测量所得的空气净化过滤器的甲醛去除能力。更具体地，如下准备实验设备。将风扇置于用于气相实验的腔室(33×3×3cm)中并使之转动，并将用于蒸发甲醛的热板置于其中。所述腔室通过导管连接至甲醛测量仪器(VH Sniffer II)。利用夹具将四个活性碳除臭过滤器I和活性碳除臭过滤器II固定在所述腔室的边缘，使得过滤器布置在同一方向上。

首先，将铝碟置于热板上，在铝碟中加入0.4mL的0.4％甲醛稀释液并使其完全蒸发。此处所用的甲醛稀释液是在实验前即时制备的。使用稀释的原溶液并将其冷藏。在甲醛溶液完全蒸发之后，立即利用甲醛测量设备测量初始甲醛水平，并且以10分钟的间隔测量甲醛浓度变化。所得结果示于图2中。

如图2的结果可见，与不使用甲醛脱氢酶的活性碳过滤器相比，根据本发明的含甲醛脱氢酶的空气净化过滤器表现出显著改善的和持续的甲醛去除能力。

工业适用性

从前述内容可见，本发明的空气净化过滤器涂覆有甲醛脱氢酶，由此表现出甲醛去除能力的显著改善。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种空气净化过滤器，其中在载体上涂覆有甲醛脱氢酶，并且所述甲醛脱氢酶由产碱菌获得。

2.根据权利要求1所述的空气净化过滤器，其中所述载体选自玻璃纤维、离子交换纤维、纤维素纤维、石棉纤维、有机纤维和无机纤维。

3.根据权利要求1所述的空气净化过滤器，其中所述载体是金属或塑料。

4.根据权利要求1所述的空气净化过滤器，其中所述载体具有蜂窝、颗粒、网、滤纸、膨化体、筛网、板或泡沫形状。

5.根据权利要求1所述的空气净化过滤器，其中所述载体为活性碳除臭过滤器。

6.根据权利要求1所述的空气净化过滤器，其中所述甲醛脱氢酶为产碱菌FA2-4。

7.一种用于制造根据权利要求1～6中任一项所述的空气净化过滤器的方法，包括将甲醛脱氢酶涂覆到载体上以将所述甲醛脱氢酶固定在所述载体上，其中所述甲醛脱氢酶由产碱菌获得。

8.一种用于制造根据权利要求1～6中任一项所述的空气净化过滤器的方法，包括：

用涂覆溶液涂覆载体；和

干燥所述载体，

其中所述涂覆溶液包含：

选自锌、金、银、铜、铂及其组合的金属；

甲醛脱氢酶；

多酚类化合物；

选自硅改性丙烯酸类树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸类树脂和硅树脂的粘合剂；和

水或醇，

其中所述甲醛脱氢酶由产碱菌获得。

Claims (9)

1.一种空气净化过滤器，其中在载体上涂覆有甲醛脱氢酶。

2.根据权利要求1所述的空气净化过滤器，其中所述载体选自玻璃纤维、离子交换纤维、纤维素纤维、石棉纤维、有机纤维和无机纤维。

3.根据权利要求1所述的空气净化过滤器，其中所述载体是金属或塑料。

4.根据权利要求1所述的空气净化过滤器，其中所述载体具有蜂窝、颗粒、网、滤纸、膨化体、筛网、板或泡沫形状。

5.根据权利要求1所述的空气净化过滤器，其中所述载体为活性碳除臭过滤器。

6.根据权利要求1所述的空气净化过滤器，其中所述甲醛脱氢酶为产碱菌。

7.根据权利要求6所述的空气净化过滤器，其中所述甲醛脱氢酶为产碱菌FA2-4。

8.一种用于制造根据权利要求1～7中任一项所述的空气净化过滤器的方法，包括将甲醛脱氢酶涂覆到载体上以将所述甲醛脱氢酶固定于所述载体上。

9.一种用于制造根据权利要求1～7中任一项所述的空气净化过滤器的方法，包括：

用涂覆溶液涂覆载体；和

干燥所述载体，

其中所述涂覆溶液包含：

选自锌、金、银、铜、铂及其组合的金属；

甲醛脱氢酶；

多酚类化合物；

选自硅改性丙烯酸类树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸类树脂和硅树脂的粘合剂；和

水或醇。

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