CN106179259A - 一种pm2.5捕捉剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PM2.5捕捉剂及其制备方法,涉及空气净化领域,所述PM2.5捕捉剂包括水溶性中性或弱碱性氨基酸、多肽或小分子量蛋白质、多氨类有机物,为溶液状;所述PM2.5捕捉剂制备方法为:在去离子水中加入防腐剂,搅拌均匀后加入水溶性碱性或中性氨基酸类物质;继续搅拌,在上述混合溶液中加入亲水性聚合物、复合表面活性剂和盐;最后用多胺类pH调节剂调pH值,得到PM2.5捕捉剂。PM2.5捕捉剂可涂布在不同材料表面,如纱窗、空调的网格栅和汽车空气滤清器等,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,且其成本低,涂布操作简单,净化空气效果佳,具有很好的实用价值。

Description

一种PM2.5捕捉剂及其制备方法
技术领域
本发明属于空气净化领域,涉及一种PM2.5捕捉剂及其制备方法。
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捕捉剂,不仅可有效过滤粉尘,而且对有机有害物和气溶胶类的PM2.5捕捉效果明显,具有很好的实用价值。
本发明的技术方案如下:
一种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;所述氨基酸、多肽或小分子量蛋白质为水溶性,其溶液为中性或弱碱性;所述多胺类有机物为复配低分子量多胺类有机物;所述PM2.5捕捉剂为溶液状,pH值为8-11。
PM2.5捕捉剂中防腐剂占比为0.1-1.0wt%,氨基酸占比为10-25wt%,亲水性聚合物占比为1.0-15wt%,表面活性剂占比为0.5-4wt%,盐占比为0.2-1.5wt%,多胺类有机物占比为3-8wt%。
优选地,PM2.5捕捉剂中防腐剂占比为0.2-0.5wt%,氨基酸占比为12-15wt%,亲水性聚合物占比为1.5-5wt%,盐占比为0.5-0.8wt%,表面活性剂占比为0.8-2.0wt%,多胺类有机物占比为3.5-5wt%。
其中,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。
氨基酸为精氨酸或组氨酸。
多胺类有机物为三乙醇胺或2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
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。
盐为LiCl、K2CO3、CaCl2、NaCl、KCl、KNO3和K2SO4中的一种或多种。
表面活性剂包括非离子型表面活性剂和消泡剂。其中,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。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。
优选地,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。
一种PM2.5捕捉剂的制备方法,采用氨基酸类物质为主要原料,辅以亲水性聚合物、盐、多胺类有机物和表面活性剂,步骤如下:
(1)在去离子水中加入防腐剂,搅拌均匀,加入氨基酸;
(2)继续搅拌,在上述混合溶液中依次加入亲水性聚合物、盐和表面活性剂;
(3)最后加入多胺类有机物,调节溶液pH值为8-11,制得PM2.5捕捉剂。
本发明是从PM2.5的多成分污染物出发,通过使用复配的方法得到一种能够对相关污染物进行化学吸附的捕捉剂,该PM2.5捕捉剂中氨基酸上的氨基与羧基和多胺类有机物中的氨基对不同性质的有机物具有较好的化学吸附;碱性体系能捕捉更多的如二氧化硫、氮氧化物等酸性气体;亲水性聚合物与盐可吸附空气中的水分子,维持捕捉界面的湿度;表面活性剂可有效降低溶液的表面张力,利于在不同的材料表面铺展。该PM2.5捕捉剂可负载在不同载体上,如纱窗、空调出风口等,具有很好的捕捉PM2.5的效果。
在污染环境中,负载在不同载体上的PM2.5捕捉剂涂层能够不断捕捉扩散过来的污染物,使得环境中的PM2.5含量减少。将PM2.5捕捉剂负载在纱窗上,能够捕捉通过纱窗的95-98%的PM2.5污染物,而且由于纱窗附近空气中的PM2.5具有明显的浓度差,可通过浓度梯度引起的扩散来主动捕捉周围的PM2.5污染物,是一种自发的化学吸附PM2.5的过程。此外,当捕捉效果变差时,只需要清洗纱窗,重新负载新的PM2.5捕捉剂即可。
本发明所述的PM2.5捕捉剂可有效过滤粉尘,尤其对有机有害物和气溶胶类的PM2.5捕捉效果明显,且其成本低,涂布操作简单,净化空气效果佳,具有很好的实用价值。
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,而不能限制本发明,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,最后用三乙醇胺4.5克调pH值为碱性,得到PM2.5捕捉剂。
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,最后用三乙醇胺5克调pH值为碱性,得到PM2.5捕捉剂。
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,最后用2-氨基-2-甲基-1-丙醇4克调pH值为碱性,得到PM2.5捕捉剂。
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K2CO30.2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捕捉剂喷涂在活性炭滤芯上,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制备的PM2.5捕捉剂分别在40目纱窗上负载后干燥,再和对比例(静电吸附型纱窗)一同进行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纱窗前后的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不同负载纱窗对PM2.5和PM1.0的捕捉效果
通过实施例1-5和静电吸附型纱窗的实验数据对比可以看出,在相同的测试条件下,负载了PM2.5捕捉剂的纱窗实验效果显著,其对PM2.5捕捉率能达到95%以上,同时对更小的PM1.0也具有80%左右的捕捉效果,同静电吸附型纱窗相比,具有更好的捕捉效果。
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捕捉剂,其特征在于,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;所述氨基酸、多肽或小分子量蛋白质为水溶性,其溶液为中性或弱碱性;所述多胺类有机物为复配低分子量多胺类有机物;所述PM2.5捕捉剂为溶液状,pH值为8-11。
2.根据权利要求1所述的PM2.5捕捉剂,其特征在于,PM2.5捕捉剂中防腐剂占比为0.1-1.0wt%,氨基酸占比为10-25wt%,亲水性聚合物占比为1.0-15wt%,表面活性剂占比为0.5-4wt%,盐占比为0.2-1.5wt%,多胺类有机物占比为3-8wt%。
3.根据权利要求1所述的PM2.5捕捉剂,其特征在于,PM2.5捕捉剂中防腐剂占比为0.2-0.5wt%,氨基酸占比为12-15wt%。亲水性聚合物占比为1.5-5wt%,表面活性剂占比为0.8-2.0wt%,盐占比为0.5-0.8wt%,多胺类有机物占比为3.5-5wt%。
4.根据权利要求1-3中所述的任意一种PM2.5捕捉剂,其特征在于,
所述防腐剂为异噻唑啉酮衍生物,防腐剂为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。
5.根据权利要求4所述的PM2.5捕捉剂,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。
6.根据权利要求4所述的PM2.5捕捉剂,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。
7.根据权利要求4所述的PM2.5捕捉剂,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。
8.一种权利要求1所述的PM2.5捕捉剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)在去离子水中加入防腐剂,搅拌均匀,加入氨基酸;
(2)继续搅拌,在上述混合溶液中依次加入亲水性聚合物、盐和表面活性剂;
(3)最后加入多胺类有机物,调节溶液pH值为8-11,制得PM2.5捕捉剂。
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