CN105618150A - 一种常温催化氧化甲醛植物纤维材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种常温催化氧化甲醛植物纤维材料及其制备方法，所述催化材料采用物理胞腔填充技术将活性组分粒子填入植物纤维细胞腔内，植物纤维为活性组分粒子的载体，活性组分选用纳米级二氧化锰粉体。本发明制备的常温催化氧化甲醛植物纤维材料，应用形式灵活多样；对甲醛的净化容量能够达到5.76mg/g，活性组分的填充度能够达到0.25g/g；内气体污染物在净化材料的催化氧化作用下将甲醛常温转化成无害的水和二氧化碳，不会产生二次污染；本发明制备常温催化氧化甲醛植物纤维材料的方法，制备工艺简单、低能耗、成本低；应用到的原材料及制备过程采用的化学助剂性能稳定，可以循环利用，不会造成环境污染。

Description

一种常温催化氧化甲醛植物纤维材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种空气净化材料及其制备方法，特别是涉及一种常温催化氧化甲醛植物纤维材料及制备方法。
背景技术
甲醛是一种无色具有强烈刺激性气味的气体，能与人体内的蛋白结合，使其变性，破坏健康细胞，长时间处于低浓度甲醛环境中可引起胸闷、哮喘、呼吸困难、肺气肿、白血病、甚至癌变，人体一旦吸入高浓度甲醛后会出现呼吸系统的严重刺激和水肿、眼刺痛、头痛等不良反应，对人们的健康造成严重影响，严重的会危及生命。室内空气甲醛污染主要来源于装饰材料中的胶黏剂、涂料、油漆及室内陈列、生活用品，例如：家具、化纤地毯、泡沫塑料等，其甲醛的释放周期一般都在5～15年，甚至更久。因此研制高效、环保、无二次污染的空气净化材料具有重要的应用价值。
经对现有技术的检索发现：文献公开了一种具有除甲醛功能的纤维材料，所述纤维材料是以阳离子交换纤维为基体材料，以所述纤维材料的总体质量为100％计，其中各组分及质量百分含量如下：阳离子交换纤维24.8％～88.95％，表面活性剂0.05％～0.2％，高分子有机胺类化合物11％～75％。该去除甲醛材料在应用过程中容易受到使用环境温度、湿度等诸多外界因素的影响，产生游离的氨挥发到空气中，引入新的污染物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种常温催化氧化甲醛植物纤维材料及其制备方法。植物纤维中含有的纤维素纤维含有大量的细胞腔，细胞腔间壁含有纹孔等通道，通过高速搅拌产生的剪切力、细胞腔内外压差及细胞腔内外溶液的浓度差，使活性组分粒子通过纤维端口和纹孔渗透，扩散到胞腔中，然后采用稳定助剂将填充的活性组分粒子稳定在细胞腔内壁上，从而制得常温催化氧化甲醛植物纤维材料。所述的去除甲醛的常温催化氧化植物纤维材料，可以将气体污染物甲醛催化氧化而转化为无害的水和二氧化碳，不受外界应用环境的影响，没有二次污染，对甲醛的净化容量大，净化效率快。
本发明是通过以下技术方案实现。
一种常温催化氧化甲醛植物纤维材料的制备方法，采用物理胞腔填充法将活性组分粒子经搅拌、疏散、浸渍，填充到预处理过的植物纤维中细胞腔的内壁上，制得常温催化氧化甲醛的植物纤维材料。
进一步地，在上述制备方法中，所述的植物纤维为活性组分的载体，其主要成分为漂白针叶木浆、漂白阔叶木浆、草浆、竹浆、棉浆中的一种或其中几种的组合。
进一步地，在上述制备方法中，所述的活性组分为纳米二氧化锰粉体。
本发明提供了一种常温催化氧化甲醛植物纤维材料的制备方法，包括如下步骤：
第一步、植物纤维预处理：称取一定量的绝干植物纤维，用打浆机进行疏解和轻度打浆；
第二步、活性组分填料制备：将一定量的活性组分粒子分散在硫酸铝水溶液中，搅拌，制得填料悬浮液；
第三步、植物纤维载体的制备：将第一步中配备好的浆料分散在的硫酸铝的水溶液中，分散均匀后，将打浆酶添加到分散的浆液中，继续搅拌、分散；
第四步、活性组分的负载：将第三步中制备好的植物纤维载体加入到活性组分填料悬浮液中，继续搅拌，然后向其中添加稳定助剂，继续对混合浆料处理3～5h。
第五步、植物纤维材料的后处理：用蒸馏水充分洗涤填充处理后的植物纤维，再用硫酸铝溶液洗涤，最后用清水冲洗，烘干，即得到常温催化氧化甲醛植物纤维材料。
进一步地，在上述制备方法中，优选地，包括如下步骤：
第一步、植物纤维预处理：称取一定量的绝干植物纤维，用打浆机进行疏解和轻度打浆，控制打浆度在15～65°SR，备用。其中打浆度优选25-45°SR。
第二步、活性组分填料制备：将一定量的活性组分粒子纳米级二氧化锰粉体(活性组分与绝干植物纤维载体质量比1.5～4.5:1)分散在0.05～0.35g/L硫酸铝水溶液中，控制活性组分粒子的质量浓度10～50g/L，在转速500～1500r/min的条件下搅拌，制得填料悬浮液，其中，活性组分与绝干植物纤维载体质量比优选为2.1-3.8:1。
第三步、植物纤维载体的制备：将第一步中配备好的浆料分散在0.05～0.35g/L的硫酸铝的水溶液中，植物纤维质量浓度控制在5～35g/L的范围内，在转速为500～1500r/min的条件下分散10min后，按打浆酶与绝干植物纤维质量比为0.1～1.5mL：1kg将打浆酶添加到分散的浆液中，继续搅拌、分散20～60min。
第四步、活性组分的负载：将第三步中制备好的植物纤维载体加入到活性组分填料悬浮液中，提高搅拌速度至1800～3200r/min，继续搅拌，分散25～45min，然后降低搅拌速度350～850r/min，并向其中添加稳定助剂，继续对混合浆料处理3～5h。
第五步、植物纤维纳米材料的后处理：用蒸馏水充分洗涤填充处理后的植物纤维，再用硫酸铝溶液洗涤1～3h，最后用清水冲洗，直至PH为6～8，在50～105℃条件下烘干，即得到常温催化氧化甲醛植物纤维材料。其中，烘干温度优选为70～90℃。
进一步地，在上述制备方法中，第一步中应用到的植物纤维长度要控制在0.10～4.15mm的范围内。
进一步地，在上述制备方法中，第四步中应用到稳定剂其组分为聚乙烯亚氨(PEI)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚氧化乙烯(PEO)、改性淀粉中的一种或其组合。稳定助剂与绝干植物纤维质量比为2～8mg：1g。
本发明提供上述述制备方法得到的常温催化氧化甲醛植物纤维材料。
发明有益效果
1、本发明制备的常温催化氧化甲醛植物纤维材料，其应用形式可以是絮状、添加到无纺布中、或是加工成纸、布等形式，直接黏贴或放置在家具，家电，汽车驾驶室的隐蔽处，可以做成工艺品摆放在家中，可以直接制作为空气净化器的滤芯材料，应用形式灵活多样。
2、本发明制备的常温催化氧化甲醛植物纤维材料，将纳米级活性组分填充到植物纤维细胞腔内壁上，大幅度的提升净化材料本身的比表面积，增加了室内气态污染物与活性组分的接触面积及碰撞概率，因而甲醛的去除速度快、净化效率高。
3、本发明制备的常温催化氧化甲醛植物纤维材料，是将室内气体污染物在净化材料的催化氧化作用下将甲醛常温转化成无害的水和二氧化碳，不会产生二次污染。
4、本发明制备的常温催化氧化甲醛植物纤维材料对甲醛的穿透容量能够达到5.76mg/g，活性组分的填充度能够达到0.25g/g。
5、本发明制备常温催化氧化甲醛植物纤维材料的方法，制备工艺简单、低能耗、成本低。应用到的原材料及制备过程采用的化学助剂性能稳定，可以循环利用，不会造成环境污染。
6、本发明常温催化氧化甲醛植物纤维材料制备工艺中添加了打浆酶，在植物纤维载体的制备过程中改变纤维细胞外壁的微观结构，使活性组分纳米粒子更容易填充到纤维细胞腔内，因而增加了有效组分在植物纤维细胞腔内的填充度。同时，加快浆料的处理速度，提升浆料的处理效果，降低了生产工艺的能耗。
具体实施方式：
下面对本发明的实施案例作详细说明：本实施案例均以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施案例方式和具体的实施过程，但是本发明的保护范围不限于下述的实施案例。
本发明的常温催化氧化植物纤维材料对甲醛的净化性能评价在Φ5mm、长280mm直型石英反应管反应器中进行，催化材料测试质量为0.2g，甲醛动态检测系统的甲醛发生浓度为2.40～3.60ppm，载气为空气。检测试验在室内温度18～35℃，相对湿度35～70％RH，常压环境条件下进行，反应气体积流量为500mL/min，由英国PPM公司htv-m记录型甲醛检测仪检测出甲醛浓度并计算得到甲醛穿透容量。
甲醛穿透容量为1g的常温催化氧化甲醛植物纤维材料净化的甲醛气体污染物的质量。
本发明的常温催化氧化植物纤维材料对活性组分粒子填充量的判定是将植物纤维材料样品在105℃条件下干燥6h，然后在575℃高温灼烧8h，测试其灰分含量。
灰分含量为1g的常温催化氧化甲醛植物纤维材料焙烧完后剩余的灰分质量。
实施例1
一种常温催化氧化甲醛植物纤维材料的制备方法，包括如下步骤：
所述填充载体植物纤维为漂白云杉化学浆，活性组分粒子为纳米二氧化锰粉体；
1、植物纤维预处理：称取一定质量的漂白云杉化学浆，用打浆机进行疏解和轻度打浆，控制打浆度在30°SR，备用；
2、活性组分填料制备：称取55g二氧化锰活性组分粒子(活性组分与绝干植物纤维载体质量比2.5:1)，分散在0.15g/L硫酸铝水溶液中，控制活性组分粒子的质量浓度15g/L，在转速800r/min的条件下搅拌，制得填料悬浮液；
3、植物纤维载体的制备：将第1步中配备好的浆料分散在0.15g/L的硫酸铝的水溶液中，植物纤维质量浓度控制在10g/L的范围内，在转速为1000r/min的条件下分散10min后，将打浆酶与绝干植物纤维按照质量比0.3mL：1kg将打浆酶添加到分散的浆液中，继续搅拌、分散30min；
4、活性组分的负载：将第3步中制备好的植物纤维载体加入到活性组分的填料悬浮液中，提高搅拌速度至1800r/min，继续搅拌，分散25min，然后降低搅拌速度500r/min，并向其中添加稳定助剂聚乙烯亚氨(PEI)110mg，对混合浆料处理3h；
5、植物纤维材料的后处理：用蒸馏水充分洗涤填充处理后的植物纤维，再用硫酸铝溶液洗涤1.5h，最后用清水冲洗，直至PH为7.5，在85℃条件下烘干，即得到常温催化氧化甲醛植物纤维材料。
上述制备方法得到的常温催化氧化甲醛植物纤维材料，其甲醛穿透容量为5.76mg/g，灰分含量为0.25g/g。
实施例2
一种常温催化氧化甲醛植物纤维材料的制备方法，包括如下步骤：
所述填充载体植物纤维为漂白马尾松化学浆与漂白杨木化学浆混合配制，活性组分粒子为纳米二氧化锰粉体；
1、植物纤维预处理：称取一定质量的漂白马尾松化学浆与漂白杨木化学浆(质量比1:2)，用打浆机进行疏解和轻度打浆，控制打浆度在35°SR，备用。
2、活性组分填料制备：准确称取65g，纳米级二氧化锰粉体(活性组分与绝干植物纤维载体质量比2.5：1)分散在0.25g/L硫酸铝水溶液中，控制活性组分粒子的质量浓度15g/L，在转速800r/min的条件下搅拌，制得填料悬浮液；
3、植物纤维载体的制备：将第1步中配备好的浆料分散在0.25g/L的硫酸铝的水溶液中，植物纤维质量浓度控制在25g/L的范围内，在转速为1200r/min的条件下分散10min后，按打浆酶与绝干植物纤维质量比0.15mL：1kg将打浆酶添加到分散的浆液中，继续搅拌、分散40min；
4、活性组分的负载：将第3步中制备好的植物纤维载体加入到活性组分的填料悬浮液中，提高搅拌速度至1800r/min，继续搅拌，分散30min，然后降低搅拌速度500r/min，并向其中添加稳定剂聚乙烯亚氨(PEI)130mg，对混合浆料处理3.5h；
5、植物纤维材料的后处理：用蒸馏水充分洗涤填充处理后的纸浆纤维，再用硫酸铝溶液洗涤2.5h，最后用清水冲洗，直至PH为7，在75℃条件下烘干，即得到常温催化氧化甲醛植物纤维材料。
上述制备方法得到的常温催化氧化甲醛植物纤维材料，其甲醛穿透容量是6.12mg/g，灰分含量0.36g/g。

Claims (9)

1.一种常温催化氧化甲醛植物纤维材料的制备方法，其特征在于，所述催化材料采用物理胞腔填充技术将活性组分粒子填入植物纤维细胞腔内。
2.根据权利要求1所述常温催化氧化甲醛植物纤维材料的制备方法，其特征在于，所述的植物纤维为活性组分粒子的载体，植物纤维选自针叶木浆、阔叶木浆、草浆、竹浆、棉浆中的一种或其中几种的组合。
3.根据权利要求1所述常温催化氧化甲醛植物纤维材料的制备方法，其特征在于，所述的活性组分选用纳米级二氧化锰粉体。
4.根据权利要求1～3任意一项所述常温催化氧化甲醛植物纤维材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
第一步、植物纤维预处理：称取一定量的绝干植物纤维，用打浆机进行疏解和轻度打浆；
第二步、活性组分填料制备：将一定量的活性组分粒子分散在硫酸铝水溶液中，搅拌，制得填料悬浮液；
第三步、植物纤维载体的制备：将第一步中配备好的浆料分散在的硫酸铝的水溶液中，分散均匀后，将打浆酶添加到分散的浆液中，继续搅拌、分散；
第四步、活性组分的负载：将第三步中制备好的植物纤维载体加入到活性组分填料悬浮液中，继续搅拌，然后向其中添加稳定助剂，继续对混合浆料处理3～5h；
第五步、植物纤维材料的后处理：用蒸馏水充分洗涤填充处理后的植物纤维，再用硫酸铝溶液洗涤，最后用清水冲洗，烘干，即得到常温催化氧化甲醛植物纤维材料。
5.根据权利要求4所述常温催化氧化甲醛植物纤维材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
第一步、植物纤维预处理：称取一定量的绝干植物纤维，用打浆机进行疏解和轻度打浆，控制打浆度在15～65°SR，备用；
第二步、活性组分填料制备：将一定量的活性组分二氧化锰粉体分散在0.05～0.35g/L硫酸铝水溶液中，控制活性组分粒子的质量浓度10～50g/L，在转速500～1500r/min的条件下搅拌，制得填料悬浮液；
所述活性组分与绝干植物纤维质量比为1.5～4.5:1；
第三步、植物纤维载体的制备：将第一步中配备好的浆料分散在0.05～0.35g/L的硫酸铝的水溶液中，植物纤维质量浓度控制在5～35g/L的范围内，在转速为500～1500r/min的条件下分散10min后，按打浆酶与绝干植物纤维质量比0.1～1.5mL：1kg将打浆酶添加到分散的浆液中，继续搅拌、分散20～60min；
第四步、活性组分的负载：将第三步中制备好的植物纤维载体加入到活性组分填料悬浮液中，提高搅拌速度至1800～3200r/min，继续搅拌，分散25～45min，然后降低搅拌速度350～850r/min，并向其中添加稳定助剂，继续对混合浆料处理3～5h；
第五步、植物纤维材料的后处理：用蒸馏水充分洗涤填充处理后的植物纤维，再用硫酸铝溶液洗涤1～3h，最后用清水冲洗，直至PH为6～8，在50～105℃条件下烘干，即得到常温催化氧化甲醛植物纤维材料。
6.根据权利要求4所述常温催化氧化甲醛植物纤维材料的制备方法，其特征在于，第一步中应用到的植物纤维长度要控制在0.10～4.15mm的范围内。
7.根据权利要求4所述常温催化氧化甲醛植物纤维材料的制备方法，其特征在于，第四步中稳定助剂选自聚乙烯亚氨、聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、改性淀粉中的一种或其组合。
8.根据权利要求4所述常温催化氧化甲醛植物纤维材料的制备方法，其特征在于，第四步中稳定助剂与绝干植物纤维质量比为2～8mg：1g。
9.如权利要求1～8任意一项所述制备方法得到的常温催化氧化甲醛植物纤维材料。
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