CN105879557A - 一种pm2.5空气滤芯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PM2.5空气滤芯及其制备方法，涉及空气净化领域，所述PM2.5空气滤芯包括滤芯及喷涂在滤芯上的PM2.5捕捉剂，PM2.5捕捉剂采用水溶性中性或弱碱性氨基酸、多肽或小分子量蛋白质为主要原料，辅以亲水性聚合物和盐，复合表面活性剂及多胺类有机物制备而成，可有效过滤粉尘，对有机有害物和气溶胶类的PM2.5捕捉效果明显，净化空气效果佳，且其成本低，更换或清洗滤芯操作简单，可广泛应用于汽车空气滤清器或空气净化器等设备中，具有很好的实用价值。

Description

一种PM2.5空气滤芯及其制备方法
技术领域
本发明属于空气净化领域，涉及一种PM2.5空气滤芯及其制备方法。
背景技术
PM2.5是当前影响人们生活的一种污染物，尤其是在北方地区，经常有PM2.5爆表的报道。PM2.5的主要成分是有机碳化合物、硫酸盐、硝酸盐、铵盐以及钠、镁、钙、铝、铁、铅、锌、砷、镉等元素，这些污染物除诸如花粉、海洋气溶胶等自然过程产生外，主要还是人为排放，比如化石燃料(如煤、石油制品)的燃烧、生物质(农作物秸秆、森林火灾等)的燃烧、垃圾焚烧等，以及工业生产中的粉尘、道路上的扬尘、建筑工地扬尘、厨房油烟等。此外，某些排放的气体污染物也会在空气中转变成PM2.5，例如二氧化硫、氮氧化物、氨气、挥发性有机物等。
当前针对上述PM2.5污染最常采用的方法是过滤，如通过口罩、空气净化器的滤芯等进行防护，但简单的过滤方法具有一定的局限性，一般仅对无机固体小颗粒比较有效，对于有机的PM2.5则效果不佳；德国Trittec防微尘纱窗采用特殊材料，让风吹过纱窗时产生静电，从而可以吸引一些PM2.5颗粒，但其对电中性的PM2.5如气溶胶的处理效果较差；此外，采用水幕隔窗的方法也可过滤PM2.5，但消除效率不高，透气性不好，影响了其推广使用。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种PM2.5空气滤芯及其制备方法，PM2.5空气滤芯包括滤芯及喷涂在滤芯上的PM2.5捕捉剂，其中PM2.5捕捉剂采用水溶性中性或弱碱性氨基酸、多肽或小分子量蛋白质为主要原料，辅以亲水性聚合物和盐，复合表面活性剂及多胺类有机物制备而成，可有效过滤粉尘，对有机有害物和气溶胶类的PM2.5捕捉效果明显，净化空气效果佳。
本发明的技术方案如下：
一种PM2.5空气滤芯，包括滤芯及浸涂或喷涂在滤芯上的PM2.5捕捉剂，其中PM2.5捕捉剂由氨基酸、多肽或小分子量蛋白质、多胺类有机物、防腐剂、亲水性聚合物、盐、表面活性剂、去离子水或蒸馏水组成，为溶液状，pH值为8-11。
PM2.5空气滤芯中的滤芯为化纤滤芯、纸质滤芯、金属滤芯或活性炭滤芯中的一种或多种。
所述PM2.5空气滤芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)在去离子水中加入0.1-1.0wt％的防腐剂，搅拌均匀，加入10-25wt％氨基酸；
(2)继续搅拌，在上述混合溶液中依次加入1.0-15wt％亲水性聚合物、0.2-1.5wt％盐和0.5-4wt％表面活性剂；
(3)然后加入3-8wt％多胺类有机物，调节溶液pH值为8-11，制得PM2.5捕捉剂；
(4)将制备好的PM2.5捕捉剂浸涂或喷涂在滤芯上，在常温或低温下干燥后即得PM2.5空气滤芯。
进一步地，步骤(1)中防腐剂的用量优选为总配方量的0.2-0.5wt％。
步骤(1)中氨基酸为水溶性的，用量为总配方量的12-15wt％。
步骤(2)中亲水性聚合物的用量优选为总配方量的1.5-5wt％。
步骤(2)中盐的用量优选为总配方量的0.5-0.8wt％。
步骤(3)多胺类有机物的用量优选为总配方量的3.5-5wt％。
进一步地，步骤(2)中的表面活性剂包括非离子型表面活性剂和消泡剂，二者质量比为1：3-5，优选为1：4.0-4.5。表面活性剂的用量优选为总配方量的0.8-2.0wt％。
上述防腐剂为异噻唑啉酮衍生物，为5-氯-2-甲基-1-异噻唑啉-3-酮、2-甲基-1-异噻唑啉-3-酮、5-氯-2-甲基-4-异噻唑-3-酮、2-甲基-4-异噻唑-3-酮和卡松中的一种或多种。
上述氨基酸为精氨酸或组氨酸。
上述多胺类有机物为三乙醇胺或2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
上述亲水性聚合物为羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮和水溶性淀粉中的一种或多种。
上述盐为LiCl、K2CO3、CaCl2、NaCl、KCl、KNO3和K2SO4中的一种或多种。
上述非离子型表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚和辛基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种；消泡剂为矿物油、有机硅和金属皂类中的一种或多种。
本发明所述PM2.5空气滤芯针对重污染天气下的空气过滤，在使用时可以通过调整表面活性剂的比例提高负载的效果，该空气滤芯可应用于汽车的空气滤清器、空气净化器等设备，空气通过该滤芯后，能捕捉95-98％的PM2.5污染物，并能通过周围空气中PM2.5浓度梯度引起的扩散进行捕捉。所述PM2.5空气滤芯可有效过滤粉尘，尤其对有机有害物和气溶胶类的PM2.5捕捉效果明显，空气净化效果好。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案进行详细的说明，但如下实施例仅是用以理解本发明，而不能限制本申请，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
取去离子水80克，加入0.5克2-甲基-1-异噻唑啉-3-酮，搅拌均匀后加入精氨酸12克，在搅拌的过程中缓慢加入亲水性聚合物羟乙基纤维素(HEC)1克和CaCl20.5克，搅拌10分钟后加入辛基酚聚氧乙烯醚0.3克，矿物油消泡剂1.2克，然后用三乙醇胺4.5克调pH值为碱性，得到PM2.5捕捉剂，最后将PM2.5捕捉剂浸涂在无纺布材质的滤芯上，常温下干燥后即得PM2.5空气滤芯。
实施例2
取去离子水77克，加入0.3克5-氯-2-甲基-1-异噻唑啉-3-酮，搅拌均匀后加入组氨酸14克，在搅拌的过程中缓慢加入亲水性聚合物羟丙基纤维素(HPC)1.2克和NaCl 0.6克，搅拌10分钟后加入壬基酚聚氧乙烯醚0.4克，有机硅消泡剂1.6克，然后用三乙醇胺5克调pH值为碱性，得到PM2.5捕捉剂，最后将PM2.5捕捉剂喷涂在纸质的滤芯上，常温下干燥后即得PM2.5空气滤芯。
实施例3
取去离子水74克，加入0.2克卡松，搅拌均匀后加入精氨酸15克，在搅拌的过程中缓慢加入冷水溶解型PVA(1788)5克和KCl 0.8克，搅拌10分钟后加入烷基酚聚氧乙烯醚0.2克，金属皂消泡剂0.8克，然后用2-氨基-2-甲基-1-丙醇4克调pH值为碱性，得到PM2.5捕捉剂，最后将PM2.5捕捉剂喷涂在活性炭滤芯上，常温下干燥后即得PM2.5空气滤芯。
实施例4
取去离子水85.2克，加入0.1克5-氯-2-甲基-4-异噻唑-3-酮，搅拌均匀后加入精氨酸10克，在搅拌的过程中缓慢加入羧甲基纤维素1克和K2CO3 0.2克，搅拌10分钟后加入烷基酚聚氧乙烯醚0.1克，金属皂消泡剂0.4克，然后用2-氨基-2-甲基-1-丙醇3克调pH值为碱性，得到PM2.5捕捉剂，最后将PM2.5捕捉剂喷涂在不锈钢滤芯上，常温下干燥后即得PM2.5空气滤芯。
实施例5
取去离子水45.5克，加入1克2-甲基-4-异噻唑-3-酮，搅拌均匀后加入精氨酸25克，在搅拌的过程中缓慢加入聚乙烯吡咯烷酮15克和LiCl 1.5克，搅拌10分钟后加入辛基酚聚氧乙烯醚1克，有机硅消泡剂3克，然后用2-氨基-2-甲基-1-丙醇8克调pH值为碱性，得到PM2.5捕捉剂，最后将PM2.5捕捉剂喷涂在活性炭滤芯上，常温下干燥后即得PM2.5空气滤芯。
将实施例1-5制备PM2.5空气滤芯和对比例(空白无纺布滤芯)进行PM2.5捕捉实验。具体操作方式如下：采用激光PM2.5传感器在密封的体系中测试强制通过空气滤芯前后的PM2.5和PM1.0捕捉率，PM2.5源采用同一种大于500的污染气体，其结果对比如下。
表1 不同负载空气滤芯对PM2.5和PM1.0的捕捉效果
通过实施例1-5和空白无纺布滤芯的实验数据对比可以看出，在相同测试条件下，负载了PM2.5捕捉剂的空气滤芯对PM2.5捕捉效果最好，其捕捉率能达到95％以上，同时对更小的PM1.0也具有80％以上的捕捉效果，相比无处理的滤芯捕捉效率更高。
以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种更改和变换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种PM2.5空气滤芯，其特征在于，所述PM2.5空气滤芯包括滤芯及浸涂或喷涂在滤芯上的PM2.5捕捉剂，所述PM2.5捕捉剂由氨基酸、多肽或小分子量蛋白质、多胺类有机物、防腐剂、亲水性聚合物、盐、表面活性剂、去离子水或蒸馏水组成，为溶液状，pH值为8-11。
2.如权利要求1所述的PM2.5空气滤芯，其特征在于，所述滤芯为化纤滤芯、纸质滤芯、金属滤芯或活性炭滤芯中的一种或多种。
3.一种权利要求1所述的PM2.5空气滤芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在去离子水中加入0.1-1.0wt％的防腐剂，搅拌均匀，加入10-25wt％氨基酸；
(2)继续搅拌，在上述混合溶液中依次加入1.0-15wt％亲水性聚合物、0.2-1.5wt％盐和0.5-4wt％表面活性剂；
(3)然后加入3-8wt％多胺类有机物，调节溶液pH值为8-11，制得PM2.5捕捉剂；
(4)将制备好的PM2.5捕捉剂浸涂或喷涂在滤芯上，在常温或低温下干燥后即得PM2.5空气滤芯。
4.如权利要求3所述的PM2.5空气滤芯的制备方法，其特征在于，步骤(1)中防腐剂用量为0.2-0.5wt％，氨基酸用量为12-15wt％；步骤(2)中亲水性聚合物用量为1.5-5wt％，盐用量为0.5-0.8wt％，表面活性剂用量为0.8-2.0wt％；步骤(3)中多胺类有机物用量为3.5-5wt％。
5.如权利要求3所述的PM2.5空气滤芯的制备方法，其特征在于，
所述防腐剂为异噻唑啉酮衍生物，为5-氯-2-甲基-1-异噻唑啉-3-酮、2-甲基-1-异噻唑啉-3-酮、5-氯-2-甲基-4-异噻唑-3-酮、2-甲基-4-异噻唑-3-酮和卡松中的一种或多种；
所述氨基酸为精氨酸或组氨酸；
所述多胺类有机物为三乙醇胺或2-氨基-2-甲基-1-丙醇；
所述亲水性聚合物为羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮和水溶性淀粉中的一种或多种；
所述盐为LiCl、K2CO3、CaCl2、NaCl、KCl、KNO3和K2SO4中的一种或多种；所述表面活性剂包括非离子型表面活性剂和消泡剂。
6.如权利要求5所述的PM2.5空气滤芯的制备方法，其特征在于，所述非离子型表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚和辛基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种；所述消泡剂为矿物油、有机硅和金属皂类中的一种或多种。
7.如权利要求5所述的PM2.5空气滤芯的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂中非离子型表面活性剂与消泡剂的质量比为1：3-5。
8.如权利要求5所述的PM2.5空气滤芯的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂中非离子型表面活性剂与消泡剂的质量比为1：4.0-4.5。
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