CN105727905A - 一种具有除甲醛功能的空气净化新材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有除甲醛功能的空气净化新材料，包括基体材料、表面活性剂、高分子有机胺类化合物和稀土金属催化剂；所述基体材料为阳离子交换纤维，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，所述高分子有机胺类化合物为三乙烯四胺，所述稀土金属催化剂为金属钬和金属镨的混合物；该空气净化新材料中各成分的重量份之比为：基体材料80～120份，表面活性剂4～6份，高分子有机胺类化合物20～30份，稀土金属催化剂2～4份，其中，稀土金属催化剂中金属钬和金属镨的重量份之比为1～3:1。本发明提供的具有除甲醛功能的空气净化新材料具有优异的甲醛清除效果，清除速率高，且对甲醛的吸附容量大。

Description

一种具有除甲醛功能的空气净化新材料
技术领域
本发明属于新材料领域，涉及一种空气净化新材料，具体涉及一种具有除甲醛功能的空气净化新材料及其制备方法。
背景技术
甲醛是一种带有窒息性气味的无色气体，对人的眼睛和呼吸系统有着强烈的刺激作用。现代科学研究表明，甲醛对人体健康有负面影响。其危害程度与它在空气中的浓度和接触时间的长短密切相关。人体各器官对甲醛感受的个体差异比较大，其中，眼睛对甲醛的感受最敏感，嗅觉和呼吸道次之。空气中甲醛的浓度较低时，刺激作用轻微，稍高时，刺激作用增强。一般认为气态甲醛对眼睛产生刺激作用的最低值为0.06mg/m3，当浓度为6mg/m3时会引起肺部的刺激效应，其作用症状主要是流泪、打喷嚏、咳嗽，甚至出现结膜炎、咽喉炎、支气管痉挛等；甲醛又是致敏物质，它对皮肤有很强的刺激作用，能引起皮肤的过敏。当空气中甲醛的浓度为0.5-1.0mg/m3时，会引起皮肤的肿胀、发红。低浓度的甲醛能抑制汗腺分泌、使皮肤干燥开裂；甲醛能使蛋白质变性，对细胞具有强大的破坏作用。人类长期接触低浓度甲醛可以引起慢性呼吸道疾病、女性月经紊乱，妊娠综合症，引起新生儿体质降低，染色体异常，甚至引起鼻咽癌，高浓度的甲醛对神经系统、免疫系统、肝脏等都有毒害。世界卫生组织(WHO)及美国环境保护局(EPA)均将甲醛列为潜在的危险致癌物与重要的环境污染物加以研究和对待。国际癌症研究中心将甲醛列为人类可疑致癌物，在我国有毒化学品优先控制的名单上它居第二位。
人们在室内长期接触低浓度甲醛会带来很大的危害，所以，消除密闭空间低浓度甲醛是一个亟待解决的问题。目前市面除甲醛材料主要有以下几种：(1)活性炭是市面常见的甲醛吸附剂。因常散落细粉，需要压制成块或者装在一定的包装袋或者盒子里，应用形式单一、单位质量活性炭与气流的接触面积有限，不能起到快速清除甲醛的效果。而且极性的气态甲醛在表面为非极性或者弱极性的活性炭表面吸附一般较弱，不能满足使用要求。(2)胺类化合物其本身是极性化合物，对甲醛的清除量大，因而成为一种常用的甲醛清除剂。申请号为200510035029.4的专利《一种消除甲醛及室内有机挥发物的纸或布》中所用的胺类试剂是尿素，作为一种小分子的胺类化合物，容易挥发出氨气，带入新的污染。(3)申请号为200710306026.9的专利中将有机胺类负载在含羧基的聚丙烯腈纤维基体上，使用了聚乙二醇或聚丙二醇作为添加剂，利用其羟基增强材料表面的吸湿性能，从而促进甲醛在吸附剂表面的吸附、富集，加快反应速度和提高净化速率。据此可以得知，该吸附剂对甲醛的吸附效果受到空气湿度的影响，环境湿度下降时，吸附甲醛的性能下降。实际上，胺基是清除甲醛的主要功能基团。结合的胺基量越大，吸附速率和吸附量越大，就可以避免气候干湿度的影响。而高分子有机胺和含羧基的聚丙烯腈纤维基体都是大分子，在溶液中都呈现卷曲状态，反应时空间位阻较大，两者分子间并不能充分接触，致使部分羧基不能结合上胺基，因而限制了其甲醛吸附容量和吸附速率。此外该发明采用的制备方法比较复杂：反应高于常温，需要加热，反应时间较长，后期需要真空干燥，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有除甲醛功能的空气净化新材料，该新材料具有优异的吸附甲醛的功能，对甲醛的吸附容量大，吸附速率高。
本发明的上述目的是通过下面的技术方案得以实现的：
一种具有除甲醛功能的空气净化新材料，包括基体材料、表面活性剂、高分子有机胺类化合物和稀土金属催化剂；所述基体材料为阳离子交换纤维，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，所述高分子有机胺类化合物为三乙烯四胺，所述稀土金属催化剂为金属钬和金属镨的混合物；该空气净化新材料中各成分的重量份之比为：基体材料80～120份，表面活性剂4～6份，高分子有机胺类化合物20～30份，稀土金属催化剂2～4份，其中，稀土金属催化剂中金属钬和金属镨的重量份之比为1～3:1。
进一步地，所述的具有除甲醛功能的空气净化新材料包括基体材料、表面活性剂、高分子有机胺类化合物和稀土金属催化剂；所述基体材料为阳离子交换纤维，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，所述高分子有机胺类化合物为三乙烯四胺，所述稀土金属催化剂为金属钬和金属镨的混合物；该空气净化新材料中各成分的重量份之比为：基体材料100份，表面活性剂5份，高分子有机胺类化合物25份，稀土金属催化剂3份，其中，稀土金属催化剂中金属钬和金属镨的重量份之比为2:1。
进一步地，所述的具有除甲醛功能的空气净化新材料包括基体材料、表面活性剂、高分子有机胺类化合物和稀土金属催化剂；所述基体材料为阳离子交换纤维，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，所述高分子有机胺类化合物为三乙烯四胺，所述稀土金属催化剂为金属钬和金属镨的混合物；该空气净化新材料中各成分的重量份之比为：基体材料80份，表面活性剂4份，高分子有机胺类化合物20份，稀土金属催化剂2份，其中，稀土金属催化剂中金属钬和金属镨的重量份之比为1:1。
进一步地，所述的具有除甲醛功能的空气净化新材料包括基体材料、表面活性剂、高分子有机胺类化合物和稀土金属催化剂；所述基体材料为阳离子交换纤维，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，所述高分子有机胺类化合物为三乙烯四胺，所述稀土金属催化剂为金属钬和金属镨的混合物；该空气净化新材料中各成分的重量份之比为：基体材料120份，表面活性剂6份，高分子有机胺类化合物30份，稀土金属催化剂4份，其中，稀土金属催化剂中金属钬和金属镨的重量份之比为3:1。
本发明的优点：
本发明提供的具有除甲醛功能的空气净化新材料具有优异的吸附甲醛的功能，对甲醛的吸附容量大，吸附速率高，与现有技术相比具有突出的实质性特点和显著的进步。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明保护范围。尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
本发明中所用的阳离子交换纤维为羧基聚丙烯腈阳离子交换纤维，是采用聚丙烯腈纤维进行水解得到的端基为羧基的纤维，羧基量为1.0mmol/g。聚丙烯腈纤维为日本东丽公司生产。
实施例1：具有除甲醛功能的空气净化新材料的制备
原料配比：
包括基体材料、表面活性剂、高分子有机胺类化合物和稀土金属催化剂；所述基体材料为阳离子交换纤维，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，所述高分子有机胺类化合物为三乙烯四胺，所述稀土金属催化剂为金属钬和金属镨的混合物；该空气净化新材料中各成分的重量份之比为：基体材料100份，表面活性剂5份，高分子有机胺类化合物25份，稀土金属催化剂3份，其中，稀土金属催化剂中金属钬和金属镨的重量份之比为2:1。金属钬和金属镨为纳米级细粉。
制备方法：
步骤S1，按配方称取高分子有机胺类化合物三乙烯四胺加入到水中，搅拌均匀后加入表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚和稀土金属催化剂金属钬和金属镨的纳米级细粉，搅拌均匀得到浸渍液；水的体积为配方中阳离子交换纤维重量的80倍；
步骤S2，将阳离子交换纤维加入到浸渍液中并搅拌均匀；
步骤S3，室温条件下使阳离子交换纤维在浸渍液中浸泡3小时，每隔15分钟搅拌一次，每次搅拌2分钟；
步骤S4，将浸泡后的材料捞出后，用50℃热风烘干，即得到所述的具有除甲醛功能的空气净化新材料。
实施例2：具有除甲醛功能的空气净化新材料的制备
原料配比：
包括基体材料、表面活性剂、高分子有机胺类化合物和稀土金属催化剂；所述基体材料为阳离子交换纤维，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，所述高分子有机胺类化合物为三乙烯四胺，所述稀土金属催化剂为金属钬和金属镨的混合物；该空气净化新材料中各成分的重量份之比为：基体材料80份，表面活性剂4份，高分子有机胺类化合物20份，稀土金属催化剂2份，其中，稀土金属催化剂中金属钬和金属镨的重量份之比为1:1。金属钬和金属镨为纳米级细粉。
制备方法：
步骤S1，按配方称取高分子有机胺类化合物三乙烯四胺加入到水中，搅拌均匀后加入表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚和稀土金属催化剂金属钬和金属镨的纳米级细粉，搅拌均匀得到浸渍液；水的体积为配方中阳离子交换纤维重量的80倍；
步骤S2，将阳离子交换纤维加入到浸渍液中并搅拌均匀；
步骤S3，室温条件下使阳离子交换纤维在浸渍液中浸泡3小时，每隔15分钟搅拌一次，每次搅拌2分钟；
步骤S4，将浸泡后的材料捞出后，用50℃热风烘干，即得到所述的具有除甲醛功能的空气净化新材料。
实施例3：具有除甲醛功能的空气净化新材料的制备
原料配比：
包括基体材料、表面活性剂、高分子有机胺类化合物和稀土金属催化剂；所述基体材料为阳离子交换纤维，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，所述高分子有机胺类化合物为三乙烯四胺，所述稀土金属催化剂为金属钬和金属镨的混合物；该空气净化新材料中各成分的重量份之比为：基体材料120份，表面活性剂6份，高分子有机胺类化合物30份，稀土金属催化剂4份，其中，稀土金属催化剂中金属钬和金属镨的重量份之比为3:1。金属钬和金属镨为纳米级细粉。
制备方法：
步骤S1，按配方称取高分子有机胺类化合物三乙烯四胺加入到水中，搅拌均匀后加入表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚和稀土金属催化剂金属钬和金属镨的纳米级细粉，搅拌均匀得到浸渍液；水的体积为配方中阳离子交换纤维重量的80倍；
步骤S2，将阳离子交换纤维加入到浸渍液中并搅拌均匀；
步骤S3，室温条件下使阳离子交换纤维在浸渍液中浸泡3小时，每隔15分钟搅拌一次，每次搅拌2分钟；
步骤S4，将浸泡后的材料捞出后，用50℃热风烘干，即得到所述的具有除甲醛功能的空气净化新材料。
实施例4：实施例1的对比，稀土金属催化剂中金属钬和金属镨的重量份之比为0.5:1
原料配比：
包括基体材料、表面活性剂、高分子有机胺类化合物和稀土金属催化剂；所述基体材料为阳离子交换纤维，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，所述高分子有机胺类化合物为三乙烯四胺，所述稀土金属催化剂为金属钬和金属镨的混合物；该空气净化新材料中各成分的重量份之比为：基体材料100份，表面活性剂5份，高分子有机胺类化合物25份，稀土金属催化剂3份，其中，稀土金属催化剂中金属钬和金属镨的重量份之比为0.5:1。金属钬和金属镨为纳米级细粉。
制备方法：
步骤S1，按配方称取高分子有机胺类化合物三乙烯四胺加入到水中，搅拌均匀后加入表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚和稀土金属催化剂金属钬和金属镨的纳米级细粉，搅拌均匀得到浸渍液；水的体积为配方中阳离子交换纤维重量的80倍；
步骤S2，将阳离子交换纤维加入到浸渍液中并搅拌均匀；
步骤S3，室温条件下使阳离子交换纤维在浸渍液中浸泡3小时，每隔15分钟搅拌一次，每次搅拌2分钟；
步骤S4，将浸泡后的材料捞出后，用50℃热风烘干，即得到所述的具有除甲醛功能的空气净化新材料。
实施例5：实施例1的对比，稀土金属催化剂中金属钬和金属镨的重量份之比为3.5:1
原料配比：
包括基体材料、表面活性剂、高分子有机胺类化合物和稀土金属催化剂；所述基体材料为阳离子交换纤维，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，所述高分子有机胺类化合物为三乙烯四胺，所述稀土金属催化剂为金属钬和金属镨的混合物；该空气净化新材料中各成分的重量份之比为：基体材料100份，表面活性剂5份，高分子有机胺类化合物25份，稀土金属催化剂3份，其中，稀土金属催化剂中金属钬和金属镨的重量份之比为3.5:1。金属钬和金属镨为纳米级细粉。
制备方法：
步骤S1，按配方称取高分子有机胺类化合物三乙烯四胺加入到水中，搅拌均匀后加入表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚和稀土金属催化剂金属钬和金属镨的纳米级细粉，搅拌均匀得到浸渍液；水的体积为配方中阳离子交换纤维重量的80倍；
步骤S2，将阳离子交换纤维加入到浸渍液中并搅拌均匀；
步骤S3，室温条件下使阳离子交换纤维在浸渍液中浸泡3小时，每隔15分钟搅拌一次，每次搅拌2分钟；
步骤S4，将浸泡后的材料捞出后，用50℃热风烘干，即得到所述的具有除甲醛功能的空气净化新材料。
实施例6：效果实施例
将实施例1～5制备好的材料按照国标QB-T2761-2006《室内空气净化产品净化效果测定方法》搭建实验装置，进行实验测试。24小时后，分别测定空白舱和样品舱中的甲醛浓度(毫克/立方米)，结果见下表。在实验装置内继续通入浓度为1克/立方米的甲醛气体，甲醛浓度采用同样的测试方法，测定各试验样品的甲醛清除容量(毫摩尔/克)，结果见下表。
24小时后浓度 24小时清除率 甲醛清除容量
空白舱 4.2 ＜60％ —
样品舱1(实施例1) 0.01 ＞99％ 4.8
样品舱2(实施例2) 0.02 ＞99％ 4.2
样品舱3(实施例3) 0.02 ＞99％ 4.4
样品舱4(实施例4) 3.7 ＜60％ 0.7
样品舱5(实施例5) 3.2 ＜60％ 0.9
上述试验结果表明，本发明提供的具有除甲醛功能的空气净化新材料具有优异的甲醛清除效果，清除速率高，且对甲醛的吸附容量大。国标GB/T18883-2002规定的室内甲醛浓度为0.1毫克/立方米，24小时后样品舱的甲醛浓度低于0.1毫克/立方米，说明该材料适宜清除室内甲醛污染。本发明提供的空气净化新材料的技术效果可能与配方中金属钬和金属镨的重量份之比有关，二者在一定的重量份之比范围内才能发挥有益的协同催化作用。
上述实施例的作用在于说明本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明的保护范围。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和保护范围。

Claims (4)

1.一种具有除甲醛功能的空气净化新材料，其特征在于：包括基体材料、表面活性剂、高分子有机胺类化合物和稀土金属催化剂；所述基体材料为阳离子交换纤维，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，所述高分子有机胺类化合物为三乙烯四胺，所述稀土金属催化剂为金属钬和金属镨的混合物；该空气净化新材料中各成分的重量份之比为：基体材料80～120份，表面活性剂4～6份，高分子有机胺类化合物20～30份，稀土金属催化剂2～4份，其中，稀土金属催化剂中金属钬和金属镨的重量份之比为1～3:1。
2.根据权利要求1所述的具有除甲醛功能的空气净化新材料，其特征在于：包括基体材料、表面活性剂、高分子有机胺类化合物和稀土金属催化剂；所述基体材料为阳离子交换纤维，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，所述高分子有机胺类化合物为三乙烯四胺，所述稀土金属催化剂为金属钬和金属镨的混合物；该空气净化新材料中各成分的重量份之比为：基体材料100份，表面活性剂5份，高分子有机胺类化合物25份，稀土金属催化剂3份，其中，稀土金属催化剂中金属钬和金属镨的重量份之比为2:1。
3.根据权利要求1所述的具有除甲醛功能的空气净化新材料，其特征在于：包括基体材料、表面活性剂、高分子有机胺类化合物和稀土金属催化剂；所述基体材料为阳离子交换纤维，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，所述高分子有机胺类化合物为三乙烯四胺，所述稀土金属催化剂为金属钬和金属镨的混合物；该空气净化新材料中各成分的重量份之比为：基体材料80份，表面活性剂4份，高分子有机胺类化合物20份，稀土金属催化剂2份，其中，稀土金属催化剂中金属钬和金属镨的重量份之比为1:1。
4.根据权利要求1所述的具有除甲醛功能的空气净化新材料，其特征在于：包括基体材料、表面活性剂、高分子有机胺类化合物和稀土金属催化剂；所述基体材料为阳离子交换纤维，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，所述高分子有机胺类化合物为三乙烯四胺，所述稀土金属催化剂为金属钬和金属镨的混合物；该空气净化新材料中各成分的重量份之比为：基体材料120份，表面活性剂6份，高分子有机胺类化合物30份，稀土金属催化剂4份，其中，稀土金属催化剂中金属钬和金属镨的重量份之比为3:1。
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