CN105413658B - 一种甲醛净化多孔吸附膜及其制备方法 - Google Patents

一种甲醛净化多孔吸附膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于空气净化领域，具体公开了一种甲醛净化多孔吸附膜及其制备方法。甲醛净化多孔吸附膜，其结构特征为多孔的氨基酸接枝碳氢聚合物膜。所述制备方法是：由碳氢聚合物在烷基链紫外交联剂作用下与氨基酸交联，之后在非离子表面活性剂作用下反相形成胶束结构，流延成膜后水洗去除表面活性剂获得一种甲醛净化用多孔的氨基酸接枝碳氢聚合物膜。本发明制备的甲醛净化多孔吸附膜孔隙率高，而且功能基团‑NH具有室温下与甲醇快速反应的能力，甲醛去除效率高，甲醛与‑NH反应后室温不会解离导致二次污染的特点。此外，氨基酸为原料制备的甲醛净化剂生物安全性好，具有良好的环保性。

Description

一种甲醛净化多孔吸附膜及其制备方法
技术领域
本发明属于空气净化领域，具体涉及一种甲醛净化多孔吸附膜及其制备方法。
背景技术
甲醛是合成树脂、油漆、人造纤维的重要原料，特别是家居、办公场所所使用的人造板及其胶粘剂，其甲醛释放期长达15年，是室内空气中主要污染物之一。作为一种原生质毒物，甲醛对人体健康的危害具有长期性、潜伏性和隐蔽性。世界卫生组织己将甲醛列为重要的环境污染物，规定室内甲醛的最高容许浓度不得超过80ppb，我国也规定居室空气中甲醛的最高容许浓度不超过60ppb(GB/T 16127-1995)。
现有主流的甲醛净化材料为活性炭，如专利CN201310425845.0公开了具有复合吸附功能的甲醛吸附包及其制备方法，包括过氧化氢浸渍活性炭吸附包和植物提取液浸渍活性炭吸附包，其中过氧化氢浸渍活性炭吸附包制备方法为将过氧化氢溶液加入盛有颗粒状活性炭的容器内搅拌、浸渍，将浸渍后的活性炭过滤，晾干、烘干，包装获得。专利CN201510116852.1公开了一种氨气处理多孔碳材料及其甲醛吸附应用，制备方法为将多孔碳材料放入加热炉中，通入氨气作为保护气氛热处理后真空脱气获得。专利CN201410511926.7公开了一种用于甲醛吸附的改性活性炭纤维的制备方法，制备方法为将活性炭纤维在20-40％过氧化氢溶液中浸泡2-4h，风干后在120℃下烘干，即得改性活性炭纤维。然而，炭材料对甲醛的消除仅仅通过物理吸附进行，吸附量较低，而且在室温下可脱附，从而造成二次污染。
光催化触媒消除甲醛是一种先进的消除甲醛的方法，如专利CN201410831921.2公开了一种可见光光催化的甲醛净化剂及其制备方法，所述的可见光光催化的甲醛净化剂，包括钒酸铋和二氧化钛，钒酸铋加载于二氧化钛中，通过将钒酸铋与二氧化钛相结合，利用二者的协同效应，在可见光和紫外光的范围内能有效降解甲醛。专利CN201410104099.X公开了一种用于降解甲醛气体的TiO2光催化涂料及其制备方法，该涂料包含光催化填料、成膜物质、分散剂、稳定剂、润湿剂、防霉剂、消泡剂以及增稠剂等，所述光催化填料为Cu-La/TiO2，粒径为110nm～150nm。但是，这些甲醛净化材料依赖于对可见光或紫外光的吸收，而且活性光催化剂表面在使用一段时间后容易被化学杂质或者粉尘覆盖，失去光催化活性。
氨基酸中的-NH基团具有良好的与甲醛反应的特性，从而生成稳定的脲醛树脂，专利CN201210037079.6公开了一种脲醛树脂的生产方法，以通过胶黏剂中的不稳定化学键发生断裂产生的甲醛和游离甲醛与氨基酸发生缩合反应，步消除残留的游离甲醛。同时，氨基酸具有可溶解流失特性，在粉末状态下其与甲醛反应的活性表面较小。
发明内容
为克服现有甲醛净化材料中甲醛清除效率低、容易脱附、甲醛清除能力失效快的问题，本发明的首要目的在于提供一种甲醛净化多孔吸附膜。
本发明的另一目的在于提供一种甲醛净化多孔吸附膜的制备方法。该方法由碳氢聚合物在烷基链紫外交联剂作用下与氨基酸交联，之后在非离子表面活性剂作用下反相形成胶束结构，流延成膜后水洗去除表面活性剂获得一种甲醛净化用多孔的氨基酸接枝碳氢聚合物膜。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种甲醛净化多孔吸附膜，其结构特征为多孔的氨基酸接枝碳氢聚合物膜。
一种甲醛净化多孔吸附膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)碳氢聚合物与氨基酸交联：取碳氢聚合物加入四氢呋喃溶剂中，形成碳氢聚合物浓度为1wt％-20wt％的溶液，之后按照碳氢聚合物：烷基链紫外交联剂：氨基酸的重量比为100:1-10:5-50加入烷基链紫外交联剂和氨基酸；在搅拌条件下紫外照射制得氨基酸接枝碳氢聚合物溶液；
(2)多孔氨基酸接枝碳氢聚合物甲醛吸附膜的制备：在步骤(1)制备的氨基酸接枝碳氢聚合物溶液中加入非离子表面活性剂，使非离子表面活性剂与步骤(1)所述的碳氢聚合物的重量比达到0.4-1:1，搅拌；之后流延或者刮涂成膜，干燥，热处理；最后水洗，得到多孔氨基酸接枝碳氢聚合物甲醛吸附膜即本发明所述甲醛净化多孔吸附膜。
本发明中所述的四氢呋喃溶剂是指含有四氢呋喃的有机溶剂，所述有机溶剂包括能溶解碳氢聚合物的有机溶剂，例如环己酮、二氯乙烷、乙酸乙酯、苯、氯仿、乙酸、丙酮等。
步骤(1)所述的碳氢聚合物为聚氯乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯和聚异丁烯中的一种。
步骤(1)所述的氨基酸结构通式如式(1)所示：
(1)，式中R1、R2、R3均为C原子个数为0-3的烷基链。
步骤(1)所述的氨基酸优选是α-氨基酸中的甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸、苯并丙氨酸中的一种。
步骤(1)所述的烷基链紫外交联剂为苯乙酮和二苯甲酮中的一种。
步骤(1)所述紫外照射的强度为100-500mJ/cm2，时间为10-60s。
步骤(2)所述的非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、山梨醇酐油酸酯和环氧乙烷环氧丙烷嵌段聚醚中的一种。
步骤(2)所述干燥的温度为40-60℃，干燥的时间为10-30min；步骤(2)所述热处理的温度为80-100℃，热处理的时间为10-30min。
步骤(2)所述搅拌转速为1000-4000转/分钟，搅拌的时间为10-60分钟；步骤(2)所述水洗是指在室温用水清洗1-3次。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
本发明制备的甲醛净化多孔吸附膜孔隙率高，而且功能基团-NH具有室温下与甲醇快速反应的能力，甲醛去除效率高，甲醛与-NH反应后室温不会解离导致二次污染的特点。此外，氨基酸为原料制备的甲醛净化剂生物安全性好，具有良好的环保性。
附图说明
图1为实施例1制得的多孔甘氨酸接枝聚氯乙烯甲醛吸附膜的截面扫描电镜图。
图2为实施例1制得的多孔甘氨酸接枝聚氯乙烯甲醛吸附膜对甲醛的吸附速度曲线。
图3为实施例2制得的多孔丙氨酸接枝聚丙烯酸酯甲醛吸附膜对甲醛的吸附速度曲线。
图4为实施例3制得的多孔谷氨酸接枝聚甲基丙烯酸酯甲醛吸附膜对甲醛的吸附速度曲线。
图5为实施例4制得的多孔苯并丙氨酸接枝聚异丁烯甲醛吸附膜对甲醛的吸附速度曲线。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)取聚氯乙烯粉末加入四氢呋喃溶剂中，形成聚氯乙烯浓度为10wt％的溶液，之后按照聚氯乙烯：苯乙酮：甘氨酸的重量比为100:5:30加入苯乙酮和甘氨酸；在搅拌条件下300mJ/cm2紫外照射30s获得氨基酸接枝碳氢聚合物溶液；
(2)向步骤(1)制得的氨基酸接枝碳氢聚合物溶液中加入脂肪醇聚氧乙烯醚非离子表面活性剂，使脂肪醇聚氧乙烯醚与聚氯乙烯的重量比达到0.5:1，在3000转/分钟的转速下搅拌30分钟；之后流延成膜、50℃干燥20min、90℃热处理20min；最后在去离子水中室温清洗2次，获得多孔甘氨酸接枝聚氯乙烯甲醛吸附膜(即本发明所述的甲醛净化多孔吸附膜)。
图1为本实施例制得的多孔甘氨酸接枝聚氯乙烯甲醛吸附膜的截面扫描电镜图片。
采用气相色谱测试本实施例制得的多孔甘氨酸接枝聚氯乙烯甲醛吸附膜对甲醛吸附速度，结果如图2所示，70min后甲醛含量由100ppm下降到32ppm。
实施例2
(1)取聚丙烯酸酯粉末加入四氢呋喃溶剂中，形成聚丙烯酸酯浓度为1wt％％的溶液，之后按照聚丙烯酸酯：二苯甲酮：丙氨酸的重量比为100:1:5加入二苯甲酮和丙氨酸；在搅拌条件下100mJ/cm2紫外照射10s获得丙氨酸接枝聚丙烯酸酯溶液；
(2)向步骤(1)制得的丙氨酸接枝聚丙烯酸酯溶液中加入非离子表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚，使烷基酚聚氧乙烯醚与聚丙烯酸酯的重量比达到0.4:1，在1000转/分钟的转速下搅拌10分钟；之后刮涂成膜、40-60℃干燥10min、80℃热处理10min；最后在去离子水中室温清洗1次，获得多孔丙氨酸接枝聚丙烯酸酯甲醛吸附膜(即本发明所述的甲醛净化多孔吸附膜)。
采用气相色谱测试本实施例制得的多孔丙氨酸接枝聚丙烯酸酯甲醛吸附膜对甲醛吸附速度，结果如图3所示，70min后甲醛含量由100ppm下降到68ppm。
实施例3
(1)取聚甲基丙烯酸酯粉末加入四氢呋喃溶剂中，形成聚甲基丙烯酸酯浓度为12wt％的溶液，之后按照聚甲基丙烯酸酯：苯乙酮：谷氨酸的重量比为100:7:35加入苯乙酮和谷氨酸；在搅拌条件下500mJ/cm2紫外照射10s获得谷氨酸接枝聚甲基丙烯酸酯溶液；
(2)向步骤(1)制得的谷氨酸接枝聚甲基丙烯酸酯溶液中加入非离子表面活性剂山梨醇酐油酸酯，使山梨醇酐油酸酯与聚甲基丙烯酸酯的重量比达到0.8:1，在3000转/分钟的转速下搅拌30分钟；之后流延或者刮涂成膜、60℃干燥30min、80℃热处理20min；最后在去离子水中室温清洗2次，获得多孔谷氨酸接枝聚甲基丙烯酸酯甲醛吸附膜(即本发明所述的甲醛净化多孔吸附膜)。
采用气相色谱测试本实施例制得的多孔谷氨酸接枝聚甲基丙烯酸酯甲醛吸附膜对甲醛吸附速度，结果如图4所示，70min后甲醛含量由100ppm下降到24ppm。
实施例4
(1)取聚异丁烯粉末加入四氢呋喃溶剂中，形成聚异丁烯浓度为20wt％的溶液，之后按照聚异丁烯：二苯甲酮：苯并丙氨酸的重量比为100:10:50加入二苯甲酮和苯并丙氨酸；在搅拌条件下500mJ/cm2紫外照射60s获得苯并丙氨酸接枝聚异丁烯溶液；
(2)向步骤(1)制得的苯并丙氨酸接枝聚异丁烯溶液中加入非离子表面活性剂环氧乙烷环氧丙烷嵌段聚醚，使环氧乙烷环氧丙烷嵌段聚醚与聚异丁烯的重量比达到1:1，在4000转/分钟的转速下搅拌60分钟；之后流延或者刮涂成膜、60℃干燥30min、100℃热处理30min；最后在去离子水中室温清洗3次，获得多孔苯并丙氨酸接枝聚异丁烯甲醛吸附膜(即本发明所述的甲醛净化多孔吸附膜)。
采用气相色谱测试本实施例制得的多孔苯并丙氨酸接枝聚异丁烯甲醛吸附膜对甲醛吸附速度，结果如图5所示，70min后甲醛含量由100ppm下降到8ppm。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种甲醛净化多孔吸附膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取碳氢聚合物加入四氢呋喃溶剂中，形成碳氢聚合物浓度为1wt％-20wt％的溶液，之后按照碳氢聚合物：烷基链紫外交联剂：氨基酸的重量比为100:1-10:5-50加入烷基链紫外交联剂和氨基酸；在搅拌条件下紫外照射制得氨基酸接枝碳氢聚合物溶液；
(2)在步骤(1)制备的氨基酸接枝碳氢聚合物溶液中加入非离子表面活性剂，使非离子表面活性剂与步骤(1)所述的碳氢聚合物的重量比达到0.4-1:1，搅拌；之后流延或者刮涂成膜，干燥，热处理；最后水洗，制得所述甲醛净化多孔吸附膜，所述甲醛净化多孔吸附膜为多孔的氨基酸接枝碳氢聚合物膜。
2.根据权利要求1所述的甲醛净化多孔吸附膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的碳氢聚合物为聚氯乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯和聚异丁烯中的一种。
3.根据权利要求1所述的甲醛净化多孔吸附膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的氨基酸结构通式如式(1)所示：式中R1、R2、R3均为C原子个数为0-3的烷基链。
4.根据权利要求1所述的甲醛净化多孔吸附膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的氨基酸为甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸和苯丙氨酸中的一种。
5.根据权利要求1所述的甲醛净化多孔吸附膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的烷基链紫外交联剂为苯乙酮和二苯甲酮中的一种。
6.根据权利要求1所述的甲醛净化多孔吸附膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述紫外照射的强度为100-500mJ/cm2，时间为10-60s。
7.根据权利要求1所述的甲醛净化多孔吸附膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、山梨醇酐油酸酯和环氧乙烷环氧丙烷嵌段聚醚中的一种。
8.根据权利要求1所述的甲醛净化多孔吸附膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述干燥的温度为40-60℃，干燥的时间为10-30min；步骤(2)所述热处理的温度为80-100℃，热处理的时间为10-30min。
9.根据权利要求1所述的甲醛净化多孔吸附膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述搅拌转速为1000-4000转/分钟，搅拌的时间为10-60分钟；步骤(2)所述水洗是指在室温用水清洗1-3次。
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