CN106390669A - 一种纤维素雾霾沉降剂的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纤维素雾霾沉降剂的制备方法及其应用。所述纤维素雾霾沉降剂的制备方法包括如下步骤：将粘度为300‑4500mPa·s的改性纤维素溶解在水溶液中，配制成含改性纤维素的质量百分浓度为0.05‑1％的溶液，充分溶解，制得纤维素雾霾沉降剂。本发明的改性纤维素为生物可降解材料，安全环保，具有低毒性，无二次污染的特点。
Description
技术领域
本发明涉及大气污染处理领域，尤其是涉及一种纤维素雾霾沉降剂的制备方法及其应用。
背景技术
大气污染、雾霾天气，已经成为生物圈“杀手”。雾霾是漂浮大气中的PM2.5等尺寸微粒、粉尘、气溶胶等粒子，在一定的湿度、温度等天气条件，在相对稳定状态下产生的天气现象。再具体讲雾霾是雾和霾的混合物。其中雾是自然天气现象，空气中水汽氤氲。虽然以灰尘作为凝结核，但总体无毒无害；霾的核心物质是悬浮在空气中的烟、灰尘等物质，空气相对湿度低于80％，颜色发黄。气体能直接进入并粘附在人体下呼吸道和肺叶中，对人体健康有伤害。雾霾天气的形成主要是人为的环境污染，再加上气温低、风小等自然条件导致污染物不易扩散。
近年来，中国京、津、冀、华北、东北地区、长三角、珠三角区域的雾霾，已呈全国性的大区域大面积严重的爆发趋势。雾霾致使人人受害，对孩子发育健康的影响更大，没人能够躲过。给人民生命财产、身心健康和经济社会可持续发展，造成严重的负面影响。2013年10月17日，世界卫生组织下属国际癌症研究机构发布报告，首次指认大气污染对人类致癌，并视其为普遍和主要的环境致癌物。当空气中PM2.5的浓度长期高于10，就会带来死亡风险的上升。浓度每增加10，总死亡风险上升4％，心肺疾病带来的死亡风险上升6％，肺癌带来的死亡风险上升8％。此外，PM2.5极易吸附多环芳烃等有机污染物和重金属，使致癌、致畸、致突变的机率明显升高。此外，人们一般认为，PM2.5只是空气污染。其实，PM2.5对整体气候的影响可能更糟糕。PM2.5能影响成云和降雨过程，间接影响着气候变化。因此，治理雾霾，是大气问题，天气问题，环境问题，民生问题，经济社会可持续发展和国际影响问题。
雾霾灾害，是大气长期污染造成的结果。如何治理大气污染，是全人类面临急需解决的重要问题之一。减少污染源，削减大气污染物是解决雾霾的根本之道。主要是减少汽车尾气排放的污染物、工业企业排放的污染物，以及家庭生活排放的污染物等等。美国，英国，德国等世界各国均颁布了相应的法律法规，限制污染物排放量、改善空气质量并预防空气污染对人类健康造成危害。我国自2011年1月1日开始，环保部发布的《环境空气PM10和PM2.5的测定重量法》开始实施，首次对PM2.5的测定进行了规范。2012年10月11日，中国国家环境保护部副部长吴晓青表示，新的《环境空气质量标准》颁布后，环保部明确提出了新标准实施的“三步走”目标。
然而相关法律法规的出台和实施，尽管对大气污染的控制及预警起到积极作用，但近些年来，雾霾天气仍然频繁爆发，人工主动干预治理雾霾势在必行。一般而言，在室内可采用空调、加湿器、空气清新器等过滤方法，可明显降低PM2.5的浓度，但滤膜需要清洗或更换；此外，还有水吸附法和植物吸收法，超声雾化器、室内水帘、水池、鱼缸等，能够吸收空气中的亲水性PM2.5，缺点是增加湿度，憎水性PM2.5不能有效去除。而植物叶片具有较大的表面积，能够吸收有害气体和吸附PM2.5，优点是能产生有利气体，缺点是吸收效率低，有些植物也会产生有害气体。然而对于室外大面积雾霾，上述方法很难有效实施。最近，有人提出采用城市人工高空喷水机组，为城市“环境”降温、减霾，无疑是一种有效手段。但各大城市本身就严重缺水，收集雨水、污水净化，目前仍是难题；而且根据推算，对一个大城市来讲，其用电量就不是一个小数目，而现在城市供电本身就不足，如何具体解决实施还需进一步探讨。
然而考虑到PM2.5尺寸微粒、粉尘和气溶胶等粒子表面大多带有电荷，在采用城市人工高空喷水时，适当加入一些带相反电荷的纯天然物质作为沉降剂，可大大加速PM2.5的聚集沉降速度，大幅提高除霾效率，减少用水，降低能耗。
天然高分子材料(如：纤维素、壳聚糖、淀粉和海藻酸等)是自然界中动、植物以及微生物资源中的大分子，它们在被废弃后很容易分解成水、二氧化碳等，且来源广、无毒害，是环境友好材料。此外，更为值得一提的是，天然高分子材料是完全脱离石油资源的一类可再生资源，可以说是取之不尽用之不竭。正是由于天然高分子材料具有上述的优异性能，其目前在生物、医药及食品加工等诸多领域中已有着广泛的应用。此外，由于天然高分子分子链上分布着大量的游离羟基、氨基等活性基团，可通过电中和和黏结架桥双重作用，与PM2.5粒子作用，进一步提高PM2.5的聚集沉降速度，以及净化空气效率。本发明具体采用系列水溶性改性纤维素为大气雾霾沉降剂，纤维素是性能最为优异的天然高分子材料之一，同时也是世界上第一大类天然高分子化合物，，其结构如式1所示。经过改性后的纤维素，如：羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素及甲基纤维素等，增强了水溶性，并保留了纤维素原有的吸附性能，显示出良好的聚集沉降性能。纤维素结构式如式1所示：
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种可降解的纤维素雾霾沉降剂的制备方法及其应用。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本发明的一种纤维素雾霾沉降剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将粘度为300-4500mPa·s的改性纤维素溶解在水溶液中，配制成含改性纤维素的质量百分浓度为0.05-1％的溶液，充分溶解，制得纤维素雾霾沉降剂。
进一步地，所述改性纤维素为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素或甲基纤维素中的任意一种。
本发明的纤维素雾霾沉降剂在大气雾霾污染的应用。
本发明所述的纤维素雾霾沉降剂的雾霾治理方法，包括以下步骤：
(1)在雾霾环境模拟箱中燃烧烟饼模拟大气雾霾，烟饼燃烧气化后在雾霾环境模拟箱中的浓度为50-2000μg/m3,进行雾霾沉降实验；
(2)将纤维素雾霾沉降剂喷入模拟箱中，清除模拟雾霾。
有益效果：本发明的改性纤维素为生物可降解材料，安全环保，具有低毒性，无二次污染的特点。此外，由于改性纤维素分子链上带有大量的羟基和羧基等活性基团，对大气中的PM2.5悬浮粒子，所述PM2.5悬浮粒子为亲水性和非亲水性，均具有良好的吸附聚集性能，其适用范围也广。
(1)本发明操作简单、所用主要原料为来源丰富的天然高分子材料：纤维素，成本低廉，适合处理室外大面积雾霾处理，且纤维素是一种天然材料，兼具有安全环保、经济高效的高品质雾霾沉降剂材料。
具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明。
实施例1
将粘度为300-800mPa·s的羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素或甲基纤维素，分别溶解在水溶液中，配制成含改性纤维素的质量百分浓度为0.1％的水溶液，充分溶解，制备得到一系列改性纤维素雾霾沉降剂材料。然后在实验室自制雾霾环境模拟箱中燃烧烟饼模拟大气雾霾，烟饼燃烧气化后在雾霾环境模拟箱中的浓度为500μg/m3,分别进行雾霾沉降实验。具体步骤：将雾化的改性纤维素沉降剂直接喷入模拟箱中，喷洒量为100mL，不同改性纤维素材料清除雾霾效果如表1所示。
不同改性纤维素材料清除雾霾时间为60-150min，烟雾残留率8-25％；而喷入相同体积的纯水，清除雾霾时间为240min，烟雾残留率50％；而不加入任何沉降剂，雾霾自由沉降，所需平衡时间为270min，烟雾残留率70％。由此可见，加入不同纤维素改性沉降剂后，PM2.5的聚集沉降速度均大幅加速，净化空气效率得以提高。不同改性纤维素沉降剂(质量百分浓度为0.1％，喷洒量100mL)，检测相关性能数据如表1所示，
表1
| 沉降剂 | 沉降平衡时间(分钟) | 烟雾残留率(％) |
| 无 | 270 | 70 |
| 纯水 | 240 | 50 |
| 羧甲基纤维素 | 150 | 25 |
| 羟乙基纤维素 | 160 | 15 |
| 羟丙基甲基纤维素 | 60 | 10 |
| 甲基纤维素 | 60 | 8 |
由表1所示，本发明的沉降剂具有良好的吸附聚集性能，可以很好的将雾霾中的烟雾除去，沉降平衡时间短，烟雾残留率低。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于：将粘度为300mPa·s的羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素或甲基纤维素，分别溶解在水溶液中，配制成含改性纤维素的质量百分浓度为1％的水溶液，充分溶解，制备得到纤维素雾霾沉降剂材料。然后在实验室自制雾霾环境模拟箱中燃烧烟饼模拟大气雾霾，烟饼燃烧气化后在雾霾环境模拟箱中的浓度为50μg/m3,将雾化的纤维素沉降剂直接喷入模拟箱中，喷洒量为100mL，不同改性纤维素材料清除雾霾时间为80-180min，烟雾残留率10-30％。检测其相关性能数据类同实施例1。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于：将粘度为4500mPa·s的羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素或甲基纤维素，分别溶解在水溶液中，配制成含改性纤维素的质量百分浓度为0.05％的水溶液，充分溶解，制备得到纤维素雾霾沉降剂材料。然后在实验室自制雾霾环境模拟箱中燃烧烟饼模拟大气雾霾，烟饼燃烧气化后在雾霾环境模拟箱中的浓度为2000μg/m3,将雾化的纤维素沉降剂直接喷入模拟箱中，喷洒量为100mL，不同改性纤维素材料清除雾霾时间为65-160min，烟雾残留率10-35％。检测其相关性能数据类同实施例1。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于：将粘度为800-1200mPa·s的羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素或甲基纤维素，分别溶解在水溶液中，配制成改性基纤维素的质量百分浓度为0.5％的水溶液，充分溶解，制备得到纤维素雾霾沉降剂材料。然后在实验室自制雾霾环境模拟箱中燃烧烟饼模拟大气雾霾，烟饼燃烧气化后在雾霾环境模拟箱中的浓度为1000μg/m3,将雾化的纤维素沉降剂直接喷入模拟箱中，喷洒量为100mL，不同改性纤维素材料清除雾霾时间为60-160min，烟雾残留率8-30％。检测其相关性能数据同实施例1。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于：将粘度为1200-2500mPa·s的羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素或甲基纤维素，分别溶解在水溶液中，配制成含改性纤维素的质量百分浓度为0.2％的水溶液，充分溶解，制备得到纤维素雾霾沉降剂材料。然后在实验室自制雾霾环境模拟箱中燃烧烟饼模拟大气雾霾，烟饼燃烧气化后在雾霾环境模拟箱中的浓度为200μg/m3,将雾化的纤维素沉降剂直接喷入模拟箱中，喷洒量为100mL，不同改性纤维素材料清除雾霾时间为65-155min，烟雾残留率8-35％。检测其相关性能数据同实施例1。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (4)
1.一种纤维素雾霾沉降剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
将粘度为300-4500mPa·s的改性纤维素溶解在水溶液中，配制成含改性纤维素的质量百分浓度为0.05-1％的溶液，充分溶解，制得纤维素雾霾沉降剂。
2.根据权利要求1所述的纤维素雾霾沉降剂的制备方法，其特征在于：所述改性纤维素为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素或甲基纤维素中的任意一种。
3.权利要求1所述的纤维素雾霾沉降剂在大气雾霾污染的应用。
4.权利要求1或2所述的纤维素雾霾沉降剂的雾霾治理方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)在雾霾环境模拟箱中燃烧烟饼模拟大气雾霾，烟饼燃烧气化后在雾霾环境模拟箱中的浓度为50-2000μg/m3,进行雾霾沉降实验；
(2)将纤维素雾霾沉降剂喷入模拟箱中，清除模拟雾霾。
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|---|---|---|---|---|
| CN110057984A (zh) * | 2019-05-24 | 2019-07-26 | 吉林大学 | 一种植物用空气污染模拟装置及其使用方法 |
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