CN102989417B - 一种Gemini表面活性剂改性的活性炭纤维空气净化剂材料、制备方法及其用途 - Google Patents

一种Gemini表面活性剂改性的活性炭纤维空气净化剂材料、制备方法及其用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种Gemini表面活性剂改性的活性炭纤维空气净化剂材料、制备方法及其用途，属于空气净化领域。所述空气净化剂材料具有良好的有机污染物吸附和细菌杀灭性能，在室内空气净化方面具有良好的应用前景。

Description

一种Gemini表面活性剂改性的活性炭纤维空气净化剂材料、制备方法及其用途
技术领域
本发明涉及一种空气净化剂材料，特别地涉及Gemini表面活性剂改性的活性炭纤维空气净化剂材料、制备方法及其用途，属于空气净化领域。
背景技术
目前，在我国，随着人民生活水平的提高和大量室内装修化工原料的使用，大量有机污染物也随之进入室内，这些有机挥发性化合物(VOCs)的含量远高于室外，对居民的身心健康造成了严重威胁，使得人们在长期呼吸、接触这些污染物时，能诱发头疼、呼吸不畅、皮肤瘙痒、身体乏力等诸多症状，除此之外，这些污染物也是诱发多种恶性肿瘤疾病的重要因素之一。
VOCs的去除方法主要有活性炭吸附法、草木植物净化法、静电除尘、光催化等方法，但这些方法普遍存在一些缺陷，例如去除效率低、速度慢、制备复杂等。
施文健等(施文健、陈轩、钟晓永、韩悦，“季铵盐型阳离子纤维素对空气的净化作用研究”，功能材料，2010年第8期)公开了一种在碱性纤维布上用季铵盐进行处理，得到季铵盐型阳离子纤维素，发现具有良好的微生物、甲醛吸附和去除性能。但该产品对甲醛的去除效率仍比较低，不能很好地消除室内污染中最为常见的甲醛污染。
活性炭纤维是上个世纪70年代发展起来的一种新型炭质吸附材料，具有直径细、比表面积大等优点，但迄今为止，对于Gemini表面活性剂改性的活性炭纤维空气净化剂材料，仍未见有报道。同时，对于开发新的空气净化材料仍存有急切需求和要求，也是空气净化领域的研究课题之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高室内有机污染物去除和细菌杀灭性能的新型空气净化剂材料，以及其制备方法和用途。
第一方面，本发明提供了一种Gemini表面活性剂改性的活性炭纤维空气净化剂材料。
第二方面，本发明提供了该空气净化剂材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
(1).将活性炭纤维浸泡于NaOH水溶液中2-3小时，滤出，蒸馏水洗涤，然后加入清洁剂水溶液，超声震荡，蒸馏水漂洗，然后干燥；
(2).将步骤(1)中干燥后的活性炭纤维放于乙醇水溶液中，然后加入Gemini表面活性剂，并任选地进行酸化处理，室温下反应2-4小时；
(3).反应完后，过滤，蒸馏水洗涤，真空干燥，得到本发明的空气净化剂材料。
其中：所述活性炭纤维是由有机纤维经过如下步骤制得的：有机纤维用NaOH浸渍0.5-2小时，干燥得到可炭化纤维；然后将其置于氮气中加热至500-600℃达3-4小时，得到炭化纤维；将炭化纤维在氮气保护下，用H2O/CO2进行活化，温度为800-900℃，时间为2-4小时，得到活性炭纤维。
所述有机纤维可为人造丝纤维、聚丙烯腈纤维、酚醛树脂纤维、沥青纤维、聚乙烯醇纤维、粘胶纤维、生物质纤维等。
所述活性炭纤维与Gemini表面活性剂的摩尔比为2-5∶1，例如可为2∶1、3∶1、4∶1和5∶1。
所述NaOH水溶液的浓度为1-2mol/l。
所述清洁剂为常规使用的具有去污功能的任何清洁剂。
所述Gemini表面活性剂为现有技术中的任何Gemini表面活性剂，例如可为下式(I)-(II)中的任何一种：
优选为式(II)的Gemini表面活性剂。
所述酸化处理，是加入无机酸水溶液，例如盐酸、硫酸、硝酸或磷酸以及任何两种或多种的混合物，所述酸水溶液的质量浓度为10-30％，例如可为10％、20％和30％。
所述真空干燥是在60-90℃的真空烘箱中干燥2-4小时，从而得到本发明的空气净化剂材料。
本发明的有益效果：
1.季铵盐表面活性剂的阳离子具有一定的杀菌作用，可有效地杀灭空气中病菌；
2.通过将季铵盐表面活性剂负载在活性炭纤维上，利用活性炭纤维的强吸附作用，将有机污染物和病菌吸附到其表面上，从而利用季铵盐表面活性剂的分解和杀菌作用，消除了空气污染；
通过这些手段和处理，使得最终的空气净化材料对空气中的有机污染物和病菌有着良好的降解效率和杀灭效果。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明，但这些例举性实施方式并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定。
实施例1
(1).向2.5mol活性炭纤维浸泡于1.5mol/l的NaOH水溶液中2.5小时，然后滤出，蒸馏水洗涤；然后加入清洁剂水溶液，超声震荡，蒸馏水漂洗，室温干燥3小时；
(2).将干燥的活性炭纤放于100ml质量浓度为50％的乙醇水溶液中，加入1mol上式(I)中n=10的Gemini表面活性剂水溶液，并滴加质量浓度为20％的盐酸水溶液，室温下反应3小时；
(2).反应完后，过滤，蒸馏水洗涤，在80℃的真空烘箱中干燥3小时，即得本发明的空气净化剂材料。
实施例2
除步骤(2)中Gemini表面活性剂为n=14的式(I)化合物外，以与实施例1的相同方式实施本实施例。
实施例3
除步骤(2)中Gemini表面活性剂为n=18的式(I)化合物外，以与实施例1的相同方式实施本实施例。
实施例4
除步骤(2)中Gemini表面活性剂为n=10的式(II)化合物外，以与实施例1的相同方式实施实施例4-7。
实施例5
除步骤(2)中Gemini表面活性剂为n=14的式(II)化合物外，以与实施例1的相同方式实施实施例4-7。
实施例6
除步骤(2)中Gemini表面活性剂为n=18的式(II)化合物外，以与实施例1的相同方式实施实施例4-7。
对比例1
未进行步骤(2)和步骤(3)，即仅仅为活性炭纤维。
对比例2-4
除步骤(2)中未加入盐酸水溶液外，分别以与实施例1-3的相同方式实施对比例2-4。
对比例5-7
除步骤(2)中未加入盐酸水溶液外，分别以与实施例4-6的相同方式实施对比例5-7。
对比例8
除步骤(2)中使用常规的季铵盐表面活性剂3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CHPT)外，以与实施例1的相同方式实施本实施例。即最终空气净化剂材料中未使用Gemini表面活性剂而是常规的单长链单季铵基表面活性剂。
降解性能测试测试
如下测定了上述实施例的本发明空气净化材料与对比例中获得的空气净化材料对污染物和细菌的降解性能与杀灭性能。
分别将上述实施例和对比例获得的空气净化剂材料纺织成活性炭纤维布，然后放置于空气净化器中的过滤网之前或之后，但为了防止被灰尘等所堵塞，而优选放置于过滤网之后。
在分别盛有甲醛和微生物细菌的密闭容器中，其中甲醛的初始浓度为90mg/l，将其中的气体导入空气净化器中，并将空气净化器净化后的空气再次导入到该密闭容器中，如此循环往复进行降解测试，2个小时后，测量密闭容器中的甲醛浓度和微生物密度，并根据甲醛始浓度与最终浓度的差值以及微生物细菌起始密度与最终密度的差值分别来计算其降解率和杀灭率，具体数据见下表1。
表1降解性能测试数据
Figure BDA00002697742200051
由上表可看出：本发明的空气净化材料有着优良的污染物降解性能和细菌杀灭率，其中式(II)化合物的性能明显要优于式(I)化合物，这是因为式(II)化合物中，还存在其他的两个氨基，这两个氨基也能起到部分的细菌杀灭作用，这可从式(I)化合物酸化时和未酸化时得到证明(式(I)化合物不再含有其他氨基，因此酸化与否并不能增加季铵基的数量，所以性能没有发生显著改变)，而式(II)当酸化时，其季铵基的数量得以增多，从而增强了其降解性能和细菌杀灭能力。上表还可以证明，当使用Gemini表面活性剂时，无论是有机污染物的降解性能还是细菌杀灭能力，都要明显优于普通的单长链季铵盐表面活性剂，从而证明了本发明空气净化剂材料的优良降解能力和细菌杀灭能力，在室内空气净化领域具有着良好的应用前景。
应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种Gemini表面活性剂改性的活性炭纤维空气净化剂材料的制备方法，其包括如下步骤：
(1).将活性炭纤维浸泡于NaOH水溶液中2-3小时，滤出，蒸馏水洗涤，然后加入清洁剂水溶液，超声震荡，蒸馏水漂洗，然后干燥；
(2).将步骤(1)中干燥后的活性炭纤维放于乙醇水溶液中，然后加入Gemini表面活性剂，进行酸化处理，室温下反应2-4小时；
(3).反应完后，过滤，蒸馏水洗涤，真空干燥，即得到空气净化剂材料；
所述活性炭纤维是由有机纤维经过如下步骤制得的：有机纤维用NaOH浸渍0.5-2小时，干燥得到可炭化纤维；然后将其置于氮气中加热至500-600℃达3-4小时，得到炭化纤维；将炭化纤维在氮气保护下，用H2O/CO2进行活化，温度为800-900℃，时间为2-4小时，得到活性炭纤维；
所述Gemini表面活性剂为下式(I)-(II)中的任何一种：
Figure FDA0000467210010000011
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述有机纤维为人造丝纤维、聚丙烯腈纤维、酚醛树脂纤维、沥青纤维、聚乙烯醇纤维、粘胶纤维或生物质纤维。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中的酸化处理是加入无机酸水溶液。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述无机酸为盐酸、硫酸、硝酸或磷酸以及任何两种或多种的混合物，质量浓度为10-30％。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中的真空干燥是在60-90℃的真空烘箱中干燥2-4小时。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中的NaOH水溶液的浓度为1-2mol/l。
7.根据权利要求1所述的制备方法而制得的空气净化剂材料。
8.权利要求7所述的空气净化剂材料用于净化空气的用途。
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Gemini表面活性剂改性蒙脱土的制备及其对水中苯酚的吸附;王攀等;《武汉大学学报(理学版)》;20120229;第58卷(第1期);第1-4页 *
王攀等.Gemini表面活性剂改性蒙脱土的制备及其对水中苯酚的吸附.《武汉大学学报(理学版)》.2012,第58卷(第1期),第1-4页.
表面活性剂改性活性炭对高氯酸盐的吸附和再生;陈维芳等;《中国环境科学》;20120320;第32卷(第3期);第461-466页 *
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