CN103706337A - 一种除甲醛纳米混合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于空气处理领域，提供了一种除甲醛纳米混合物及其制备方法，通过选用光触媒-复合纳米二氧化钛、超吸附性石墨烯、纳米负离子电气石，以及环糊精包覆生物多酚，通过超临界二氧化碳技术制备纳米气凝胶，萃取芦荟、天然樟科等植物提取的生物多酚，利用高分子聚合方法制备，具有长效除甲醛及吸附PM2.5颗粒的功效，而且成本低，方便日常使用。

Description

一种除甲醛纳米混合物及其制备方法

技术领域

本发明属于空气处理领域，尤其涉及一种除甲醛纳米混合物及其制备方法。 

背景技术

由于大气环境污染、家庭装修、汽车装饰等，人们的健康受到越来越多的有毒有害气体、微小颗粒的侵蚀，例如家庭装修后，室内会残留甲醛、苯等有害气体，或者被直接吸入人体，或者这些物质吸附在PM2.5颗粒上，通过肺部的毛细血管进入人体，比单纯的PM2.5或单纯的甲醛带来的危害更加严重。 

目前，人们不断致力于开发吸附甲醛（包括苯等有机气体）、分解甲醛、除去甲醛等的产品，有的吸附剂添加在装饰木板中，有的吸附剂浸轧在各种纺织品织物上。这些施加方式在一定程度上能有效地除去甲醛等有害气体，但是需要在企业里进行加工，附着在一定的产品上，给人们的选择带来局限性。 

有的产品主要使用活性炭吸附，利用孔隙的碳分子与被吸附分子的范德华力而形成吸附势。但是，需要暴晒来挥发活性炭中污染物，会导致其吸附能力变弱。有的空气清新剂产品使用香薰油等化学合成品，仅是掩盖臭味，没有去除甲醛、杀菌和分解致臭源的能力，释放於空气中形成VOC，构成健康威胁。 

在生活、工作环境中，除了甲醛、苯等有机气体外，PM2.5颗粒对人体健康也容易造成危害。目前，市场上开发了一些空气净化器产品，通过高压静电电离技术产生负离子，与漂浮在空气中带正电荷的粉尘中和，使其自然沉淀。但是会产生微量的臭氧，对细菌和人体正常细胞有一定影响。净化器的隔尘网是细菌的温床，如果清理不当，会造成严重二次污染。 

所以，人们希望有一些使用简单方便、物美价廉的产品，同时具有较好的除甲醛和吸附PM2.5颗粒的功能，并具有长效、耐久性特点。现有的除甲醛产品中有的价格较贵，有的比较偏重空气净化，还有的产品主要以地板砖等建筑装饰材料出现。在除去甲醛、吸附PM2.5颗粒时，单独靠一种方法或材料很难去除有害气体，需要结合多种材料，选择新的技术。  

发明内容

本发明的目的在于：提供一种除甲醛纳米混合物，旨在解决现有的除甲醛产品不能满足日常家用的市场需求的问题。 

本发明的目的是这样实现的： 

一种除甲醛纳米混合物，所述混合物包括以下质量百分比的物质：纳米二氧化钛0.5%-10%，超吸附性石墨烯0.2%-15%，超细粉负离子电气石0.2%-5%，环糊精包合物0.5%-15%，非离子表面活性剂0.2%-5%，阴离子表面活性剂0.2%-5%，有机硅聚合物2%-15%，聚丙烯酸酯10%-30%，去离子水10%-80%。

    本发明的另一目的在于：提供一种除甲醛纳米混合物的制备方法，其特征在于，包括：采用超临界二氧化碳流体制备纳米二氧化钛，采用超临界二氧化碳流体剥离石墨烯纳米片层，采用超临界二氧化碳流体萃取天然植物获得生物多酯、生物多酚提取物，采用环糊精饱和水溶液法包合生物多酯、生物多酚提取物，将所述纳米二氧化钛、石墨烯纳米片层、环糊精包合物、超细粉负离子电气石、非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、有机硅聚合物、聚丙烯酸酯、去离子水利用高分子聚合方法制备出除甲醛纳米混合物。 

    所述采用超临界二氧化碳流体制备纳米二氧化钛的具体方法为： 

取10g-30g98%的钛酸四丁酯溶液和20g-40g99.5%的异丙醇,配制成150ml-250ml的水溶液，将此溶液加入高压釜内，通入二氧化碳液体加压到10MPa-30MPa，升温到45℃- 80℃，保持2h -8h后，缓慢释放气体，逐渐减少压力，持续时间8h-36h，取出产物，掺入少量稀土粉末，锻烧，获得纳米级的锐钛型二氧化钛。

所述采用超临界二氧化碳流体剥离石墨烯纳米片层的具体方法为： 

取1-100g氧化石墨超声分散在有机醇-水溶液中,加入一定量的表面活性剂，放入高压釜中，通入二氧化碳液体加压到10MPa-30MPa，恒温到45℃-80℃，缓慢释放气体，逐渐减少压力，持续时间8h-36h，利用超临界二氧化碳流体进入石墨层间，有效地剥离石墨层，获得石墨烯纳米片层。

所述采用超临界二氧化碳流体萃取天然植物获得生物多酯、生物多酚提取物的具体方法为： 

分别取天然植物中的一种或多种，净制切薄片低温干燥，粉碎至40～100目粉放入超临界二氧化碳萃取釜中进行萃取，萃取压力20 MPa -26MPa，萃取温度20℃- 50℃，萃取时间1h-4h，分离釜分离压力2MPa-6MPa, 分离温度30℃-60℃,获得各种生物多酯、生物多酚萃取液。

所述采用环糊精饱和水溶液法包合生物多酯、生物多酚提取物的具体方法为： 

取4g-8g环糊精粉末加热溶解制成饱和水溶液, 按照环糊精：包合物为4-8:1的质量比缓慢加入1g-2g的各种生物多酯、生物多酚提取物, 置于30℃-60℃恒温水浴锅中,搅拌2-5h,取出放入冰箱中冷藏12h -36h，进行抽滤，并用少量无水乙醇洗涤滤饼,干燥,粉碎,获得环糊精包合物。

本发明的突出优点是：本发明通过选用光触媒-复合纳米二氧化钛、超吸附性石墨烯、纳米负离子电气石，以及环糊精包覆生物多酚，通过超临界二氧化碳技术制备纳米气凝胶，萃取芦荟、天然樟科等植物提取的生物多酚，利用高分子聚合方法制备，具有长效除甲醛及吸附PM2.5颗粒的功效，而且成本低，方便日常使用。 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

本发明提供的除甲醛纳米混合物及制备方法，通过选用光触媒-复合纳米二氧化钛、超吸附性石墨烯、纳米负离子电气石，以及环糊精包覆生物多酚，通过超临界二氧化碳技术制备纳米气凝胶，萃取芦荟、天然樟科等植物提取的生物多酚，利用高分子聚合方法制备，具有长效除甲醛及吸附PM2.5颗粒的功效。 

所述除甲醛纳米混合物的有效质量配方如下：纳米二氧化钛质量0.5%-10%，超吸附性石墨烯质量0.2%-15%，超细粉负离子电气石0.2%-5%，环糊精包合物0.5%-15%，非离子表面活性剂0.2%-5%，阴离子表面活性剂0.2%-5%，有机硅聚合物2%-15%，聚丙烯酸酯10%-30%，去离子水10%-80%。 

上述配方充分利用有效物质的协同效应，提高混合物的高效性，提升混合物的多功能性。如果仅有纳米二氧化钛，甲醛去除率很难所需要求，如果没有环糊精包合物，则达不到长效的效果。 

光触媒-复合纳米二氧化钛是在锐钛型纳米二氧化钛中掺杂部分特定的稀土材料（例如等ZrO₂），具有在可见光下进行光催化作用的性质，其价带上的电子（eˉ）被激发跃迁，在价带上产生相应的空穴（h+），h+和eˉ与吸附在纳米二氧化钛表面上的空气、水等发生作用，生成OHˉ、Oˉ、OOHˉ等氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，可氧化分解甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨、TVOC等有毒有机污染物，生成水（H₂O）和二氧化碳（CO₂），同时能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质，具有极强的除甲醛、除臭、杀菌、防霉、防污自洁、净化空气等功能。 

本发明中，利用超临界二氧化碳流体制备纳米二氧化钛，具体制备工艺为:取10g-30g的钛酸四丁酯（98%，C₁₆H₃₈O₄Ti）溶液和20g-40g异丙醇（99.5%，CH₃CHOHCH）,配制成约150ml-250ml的水溶液，将此溶液加入高压釜内，通入二氧化碳液体加压到10MPa-30MPa，升温到45℃- 80℃，保持2h -8h后，缓慢释放气体，逐渐减少压力，持续时间8h-36h，取出产物，掺入少量稀土粉末，锻烧，获得纳米级的锐钛型二氧化钛。 

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型蜂巢晶格的单层片状结构二维材料。石墨烯是迄今为止世界上导电性最好的材料和强度最大的材料。石墨烯可以吸附和脱附各种原子和分子。细菌的细胞在石墨烯上无法生长。通过超临界二氧化碳技术制备石墨烯气溶胶，可以获得超轻、超吸附性、纳米级石墨烯。利用其特性可以除去甲醛、除臭、杀菌、消除静电等。 

本发明中，利用超临界二氧化碳流体剥离石墨烯纳米片层，具体工艺为: 取1-100g氧化石墨超声分散在有机醇-水溶液中,加入一定量的表面活性剂等，放入高压釜中，通入二氧化碳液体加压到10MPa-30MPa，恒温到45℃- 80℃，缓慢释放气体，逐渐减少压力，持续时间8h-36h，利用超临界流体进入石墨层间，有效地剥离石墨层，可以批量生产石墨烯纳米片层。 

负离子电气石粉体的成分是B₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO等，属三方晶系的一族环状结构硅酸盐矿物。由于其热电性和压电性，使其极性离子在平衡位置振动而引起偶极矩变化产生远红外波段的电磁辐射，形成较强的辐射宽带，能增加空气中带负电荷的以游离状态存在的气体离子，当负电荷离子与细菌、灰尘、烟雾微粒等碰撞时，由于静电作用聚集成球而下沉，达到净化空气的目的。同时，空气负离子都能有效地分解甲醛、苯、氨、香烟异味等刺激性气体。 

儿茶素类化合物含有间苯三酚型结构,与甲醛的反应活性较强，是一种良好的甲醛捕获剂。从茶叶、古兰香、芦荟、杨树、山刺槐等植物中精炼萃取倍半萜多酯类、多酚类化合物，能有效分解甲醛，苯、TVOC等有毒气体。通过环糊精预先包合天然的生物多酯、生物多酚等，与被吸附的有机有毒气体进行中和和加成反应，除去甲醛、苯等，消除恶臭。 

本发明中，利用超临界二氧化碳萃取生物多酯、生物多酚的具体工艺为:分别取茶叶、古兰香、芦荟、杨树、山刺槐等植物中的一种或多种，净制切薄片低温干燥，粉碎至(40～100)目粉放入超临界二氧化碳萃取釜中进行萃取，萃取压力20 MPa -26MPa，萃取温度20℃- 50℃，萃取时间1h-4h，分离釜分离压力2MPa-6MPa, 分离温度30℃-60℃,获得各种生物多酯、生物多酚萃取液。 

环糊精(Cyclodextrin，简称CD)一般含有6-8个葡萄糖单元分子，各葡萄糖单元均以1,4-糖苷键结合成呈锥形的圆环。由于环糊精的外缘亲水而内腔疏水，能够作为主体(Host)包络各种适当的客体(Guest)，如有机分子、无机离子以及气体分子等。例如，包合甲醛、苯等有机有毒气体，包合氨、胺、硫化氢等气体进行除臭。 

本发明中，利用环糊精饱和水溶液法包合生物多酯、生物多酚提取物的具体工艺为：取4g-8g环糊精粉末加热溶解制成饱和水溶液, 按照环糊精：包合物=（4-8）:1的质量比缓慢加入1g-2g的各种生物多酯、生物多酚提取物, 置于30℃-60℃恒温水浴锅中,中等强度搅拌2-5h,取出放入冰箱中冷藏(4℃)12h -36h，进行抽滤，并用少量无水乙醇洗涤滤饼,置于40℃烘箱中干燥4 h -8h,粉碎,获得微黄色粉末,即环糊精包合物，该包合物具有缓慢释放，长效持久的杀菌效果。 

最终，通过选用非离子-阴离子表面活性剂有效地分散纳米颗粒、选用有机硅聚合物有效地避免纳米颗粒凝聚、选用聚丙烯酸酯、聚氨酯等聚合物在物体表面形成透明薄膜有效粘附各种纳米颗粒，将上述配方中的各种化合物复配形成分散液，可以采用涂抹、喷洒、浸轧等多种方式处理到相应的物体，例如分别罐装高压气瓶、塑料喷雾瓶等，可喷涂于窗帘、沙发布、墙纸等家用纺织品，或墙体、地板、家具等物体表面，以及汽车内座椅、地面、车内顶篷等表面，具有长期有效除甲醛的功效，并且无二次污染。 

以下为上述除甲醛纳米混合物及其制备方法的几种具体实施例。 

实施例1 

采用超临界二氧化碳流体制备纳米二氧化钛，采用超临界二氧化碳流体剥离石墨烯纳米片层，采用超临界二氧化碳萃取天然植物，采用环糊精饱和水溶液法包合生物多酯、生物多酚提取物，采用新型复配技术制备长效除甲醛及吸附PM2.5颗粒的喷雾剂，有效质量配方如下：纳米二氧化钛质量0.5%-10%，超吸附性石墨烯质量0.2%-15%，超细粉负离子电气石0.2%-5%，环糊精包合物0.5%-15%，非离子表面活性剂0.2%-5%，阴离子表面活性剂0.2%-5%，有机硅聚合物2%-15%，聚丙烯酸酯10%-20%，去离子水10%-80%。

实施例2 

采用超临界二氧化碳流体制备纳米二氧化钛，采用超临界二氧化碳流体剥离石墨烯纳米片层，采用超临界二氧化碳萃取天然植物，采用环糊精饱和水溶液法包合生物多酯、生物多酚提取物，采用新型复配技术制备长效除甲醛及吸附PM2.5颗粒的喷雾剂，有效质量配方如下：纳米二氧化钛质量1%-5%，超吸附性石墨烯质量0.2%-8%，超细粉负离子电气石0.5%-5%，环糊精包合物0.5%-10%，非离子表面活性剂0.2%-4%，阴离子表面活性剂0.2%-5%，有机硅聚合物2%-12%，聚丙烯酸酯10%-18%，去离子水10%-80%。

实施例3 

采用超临界二氧化碳流体制备纳米二氧化钛，采用超临界二氧化碳流体剥离石墨烯纳米片层，采用超临界二氧化碳萃取天然植物，采用环糊精饱和水溶液法包合生物多酯、生物多酚提取物，采用新型复配技术制备长效除甲醛及吸附PM2.5颗粒的喷雾剂，有效质量配方如下：纳米二氧化钛质量0.5%-2%，超吸附性石墨烯质量0.2%-2%，超细粉负离子电气石0.5%-2%，环糊精包合物0.5%-5%，吐温-80为 0.2%-4%，阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠0.2%-5%，有机硅聚合物2%-5%，聚丙烯酸酯聚合物10%-30%，去离子水10%-70%。

实施例4 

采用超临界二氧化碳流体制备纳米二氧化钛，采用超临界二氧化碳流体剥离石墨烯纳米片层，采用超临界二氧化碳萃取天然植物，采用环糊精饱和水溶液法包合生物多酯、生物多酚提取物，采用新型复配技术制备长效除甲醛及吸附PM2.5颗粒的喷雾剂，有效质量配方如下：纳米二氧化钛质量0.5%-2%，超吸附性石墨烯质量0.2%-2%，超细粉负离子电气石0.5%-2%，环糊精包合物0.5%-5%，吐温-80为 0.2%-4%，阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠0.2%-5%，有机硅聚合物2%-5%，聚丙烯酸酯聚合物10%-30%，去离子水10%-70%。

本发明集合多种吸附材料、光催化作用材料、负离子材料、天然环状空腔材料，利用高科技超临界二氧化碳制备技术，制造出低成本、方便使用的日常家用除甲醛产品。根据国家标准检测，使用本发明提供的除甲醛纳米混合物48小时后，实现去除甲醛85%、苯90%、挥发性有机化合物（TVOC）90%、空气中细菌90%。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种除甲醛纳米混合物，其特征在于，所述混合物包括以下质量百分比的物质：纳米二氧化钛0.5%-10%，超吸附性石墨烯0.2%-15%，超细粉负离子电气石0.2%-5%，环糊精包合物0.5%-15%，非离子表面活性剂0.2%-5%，阴离子表面活性剂0.2%-5%，有机硅聚合物2%-15%，聚丙烯酸酯10%-30%，去离子水10%-80%。

2.一种除甲醛纳米混合物的制备方法，其特征在于，包括：采用超临界二氧化碳流体制备纳米二氧化钛，采用超临界二氧化碳流体剥离石墨烯纳米片层，采用超临界二氧化碳流体萃取天然植物获得生物多酯、生物多酚提取物，采用环糊精饱和水溶液法包合生物多酯、生物多酚提取物，将所述纳米二氧化钛、石墨烯纳米片层、环糊精包合物、超细粉负离子电气石、非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、有机硅聚合物、聚丙烯酸酯、去离子水利用高分子聚合方法制备出除甲醛纳米混合物。

3.如权利要求2所述的除甲醛纳米混合物的制备方法，其特征在于，所述采用超临界二氧化碳流体制备纳米二氧化钛的具体方法为：

取10g-30g98%的钛酸四丁酯溶液和20g-40g99.5%的异丙醇,配制成150ml-250ml的水溶液，将此溶液加入高压釜内，通入二氧化碳液体加压到10MPa-30MPa，升温到45℃- 80℃，保持2h -8h后，缓慢释放气体，逐渐减少压力，持续时间8h-36h，取出产物，掺入少量稀土粉末，锻烧，获得纳米级的锐钛型二氧化钛。

4.如权利要求2所述的除甲醛纳米混合物的制备方法，其特征在于，所述采用超临界二氧化碳流体剥离石墨烯纳米片层的具体方法为：

取1-100g氧化石墨超声分散在有机醇-水溶液中,加入一定量的表面活性剂，放入高压釜中，通入二氧化碳液体加压到10MPa-30MPa，恒温到45℃-80℃，缓慢释放气体，逐渐减少压力，持续时间8h-36h，利用超临界二氧化碳流体进入石墨层间，有效地剥离石墨层，获得石墨烯纳米片层。

5.如权利要求2所述的除甲醛纳米混合物的制备方法，其特征在于，所述采用超临界二氧化碳流体萃取天然植物获得生物多酯、生物多酚提取物的具体方法为：

分别取天然植物中的一种或多种，净制切薄片低温干燥，粉碎至40～100目粉放入超临界二氧化碳萃取釜中进行萃取，萃取压力20 MPa -26MPa，萃取温度20℃- 50℃，萃取时间1h-4h，分离釜分离压力2MPa-6MPa, 分离温度30℃-60℃,获得各种生物多酯、生物多酚萃取液。

6.如权利要求2所述的除甲醛纳米混合物的制备方法，其特征在于，所述采用环糊精饱和水溶液法包合生物多酯、生物多酚提取物的具体方法为：

取4g-8g环糊精粉末加热溶解制成饱和水溶液, 按照环糊精：包合物为4-8:1的质量比缓慢加入1g-2g的各种生物多酯、生物多酚提取物, 置于30℃-60℃恒温水浴锅中,搅拌2-5h,取出放入冰箱中冷藏12h -36h，进行抽滤，并用少量无水乙醇洗涤滤饼,干燥,粉碎,获得环糊精包合物。