CN106833094A - 一种生物质基高吸湿量复合调湿材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物质基高吸湿量复合调湿材料的制备方法，属于调湿材料制备技术领域。本发明首先将山竹壳用碱活化，使其层间晶格裂开，层间距扩大，再经“冰劈”作用进一步扩大层间距，增大吸附容量，再与甲醇、乙酸溶液处于兼氧状态，使微生物生长并分泌极性物质，并在微生物作用下，进一步增大山竹壳的孔径、比表面积和吸附容量，再与强极性物质一同蒸煮，使其表面负载强极性物质，增加其极性基团，再与蛋白粉进行交联，降低调湿材料内部结构连续度，并增加调湿材料的极性基团，最后冷冻干燥即可得到生物质基高吸湿量复合调湿材料。本发明制备的调湿材料对水的吸附能力强，吸湿容量和吸放湿速度得到明显提升，具有极佳的调湿性能。

Description

一种生物质基高吸湿量复合调湿材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种生物质基高吸湿量复合调湿材料的制备方法，属于调湿材料制备技术领域。

背景技术

目前，湿度调节的主要方式是依靠空调技术，但空调系统耗能大、污染环境，且易引发“建筑综合症”，不符合建筑节能和可持续发展战略。利用调湿材料的吸放湿特性来合理调控室内湿度，耗能低无污染，是一种生态性控制调节方式。调节湿度具有丰富的多孔结构，可以吸附大量水蒸气分子，在一定条件下水蒸气分子也可以脱附离开材料，从而达到调湿效果，调湿过程伴随有热量传递，对湿度也能进行一定程度的调节。

调湿材料的具体作用机理因种类差别而不同。材料对水分子的吸附主要分为物理吸附和化学吸附两种。物理吸附主要取决于极性的相似性，发生在固体的整个自由表面。化学吸附一般为单分子层吸附，吸附稳定，不易脱附，调湿材料经化学吸湿过程而吸附的水分子容易滞留在结构内部。有机类调湿材料调湿作用主要是有机分子表面与水分子间范德华力的相互作用，如偶极-偶极作用、氢键作用等。水分子是极性分子，有机材料分子的极性越大，其与水分子的作用力就越大，吸湿能力越强。理论上来说，分子内只要含有亲水性基团（如胺基、羧基、羟基等）的有机类材料，都具有吸湿能力，都有可能成为调湿材料，亲水性基团越多吸湿能力越强。无机矿物材料，如蒙脱土、硅藻土、海泡石等，该材料具有分布广、成本低、加工简单等优点，然而湿容量低、孔道结构以及大小的不可控等问题严重限制了其应用。

生物质材料代替石油、煤炭和矿产等不可再生资源，已成为世界基础原料领域的重大课题。所谓生物质材料是指由动物、植物及微生物等生命体衍生得到的材料，主要由有机高分子物质组成，在化学成分上生物质材料主要由碳、氢和氧三种元素组成。以废弃而廉价的可再生资源作为多孔活性炭制备原料的研究工作早已引起许多学者的广泛关注。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前单一的无机矿物调湿材料吸湿容量低，而有机高分子吸湿材料的放湿性能很差，被吸附的水很难脱附的缺陷，提供了一种将山竹壳用碱活化后，再经“冰劈”作用后，经兼氧发酵对山竹壳改性，接着与蛋白质进行交联获得生物质基高吸湿量复合调湿材料的方法，本发明首先将山竹壳粉碎后用碱活化，使其层间晶格裂开，层间距扩大，再经“冰劈”作用进一步扩大层间距，增大吸附容量，然后再与甲醇、乙酸溶液处于兼氧状态，使微生物生长并分泌极性物质，并在微生物作用下，进一步增大山竹壳的孔径、比表面积和吸附容量，再与强极性物质一同蒸煮，使其表面负载强极性物质，增加其极性基团，再与蛋白粉进行交联，降低调湿材料内部结构连续度，并增加调湿材料的极性基团，最后冷冻干燥即可得到生物质基高吸湿量复合调湿材料。本发明制备的调湿材料含有羧基、季胺基、羟基等多种极性基团，对水的吸附能力强，且材料的吸湿容量和吸放湿速度得到明显提升，具有极佳的调湿性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

（1）称取500～600g山竹皮并用水清洗3～5次，将洗净的山竹皮置于太阳下暴晒2～3天后，移入粉碎机中粉碎40～50min，将得到的粉碎物用浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液浸泡1～2h，将浸泡后的粉碎物取出并用液氮进行喷淋冷冻处理30～40s，将冷冻处理后的粉碎物放入烘箱中干燥40～50min，控制烘箱温度在80～90℃，得到预处理山竹皮颗粒；

（2）将上述预处理山竹皮颗粒加入到盛有300～400mL水的烧杯中，再加入3～5g硫代硫酸钠，搅拌混合30～40min后，再向烧杯中加入300～400mL甲醇和400～500mL质量分数为38%醋酸溶液，搅拌混合3～5min后，曝气处理15～20天，使溶液中的溶解氧维持在0.5～0.8mg/L，处于兼氧状态；

（3）待曝气处理完成后，将烧杯中的物料过滤，收集滤渣，取3～4LN,N-二甲基甲酰胺加入到蒸锅中，再放入蒸屉，同时向蒸屉上覆盖一层玻纤滤纸，并将滤渣平铺到玻纤滤纸上，再盖上锅盖，并对蒸锅大火加热至沸腾，再用文火蒸煮30～40min；

（4）待蒸煮结束，将滤渣取出，并待其自然冷却至室温后，放入到盛有600～700mL水的烧杯中，再加入30～40g蛋白粉和3～5g十六烷基三甲基溴化铵，搅拌混合2～3min后，将烧杯移入超声波振荡器中，在40～45KHz下超声分散30～40min，得到分散液；

（5）向上述分散液中加入5～8mL二甲氨基丙胺和1～3g硫酸铝，并将分散液移入集热式磁力搅拌器中，调节搅拌器温度为50～60℃，转速为280～300r/min，搅拌反应2～3h，待反应结束，将反应产物移入离心机中，以3500～4000r/min的转速离心20～25min，收集沉淀，并将沉淀置于冷冻干燥箱中冻干，即可得到生物质基高吸湿量复合调湿材料。

本发明的应用方法：将本发明制备的生物质高吸湿量复合调湿材料应用建筑内墙粉刷涂料中，其中掺入量为涂料质量的6～8%，然后涂抹到需要对湿度要求较高的内墙上，晾干即可。经检测，本发明制备的调湿材料在相对湿度为75～80%的环境下最大平衡含湿量达到98.5%以上，在相对湿度为30～35%的环境下的饱和放湿率为33.2～35.1%，调湿速度是单一组分调湿材料的16～18倍，具有极佳的调湿效果。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明通过微生物的作用来改变山竹壳的表面性能，使其孔径和比表面积增大，同时微生物产生的极性分泌物遗留在山竹壳上，增强山竹壳的吸湿能力；

（2）本发明通过强极性物质对山竹壳进行处理，使其附着大量的羟基、氨基等极性基团，强化其调湿能力，

（3）本发明以山竹壳为原料制备调湿材料，价格低廉，经济实惠。

具体实施方式

首先称取500～600g山竹皮并用水清洗3～5次，将洗净的山竹皮置于太阳下暴晒2～3天后，移入粉碎机中粉碎40～50min，将得到的粉碎物用浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液浸泡1～2h，将浸泡后的粉碎物取出并用液氮进行喷淋冷冻处理30～40s，将冷冻处理后的粉碎物放入烘箱中干燥40～50min，控制烘箱温度在80～90℃，得到预处理山竹皮颗粒；然后将上述预处理山竹皮颗粒加入到盛有300～400mL水的烧杯中，再加入3～5g硫代硫酸钠，搅拌混合30～40min后，再向烧杯中加入300～400mL甲醇和400～500mL质量分数为38%醋酸溶液，搅拌混合3～5min后，曝气处理15～20天，使溶液中的溶解氧维持在0.5～0.8mg/L，处于兼氧状态；待曝气处理完成后，将烧杯中的物料过滤，收集滤渣，取3～4LN,N-二甲基甲酰胺加入到蒸锅中，再放入蒸屉，同时向蒸屉上覆盖一层玻纤滤纸，并将滤渣平铺到玻纤滤纸上，再盖上锅盖，并对蒸锅大火加热至沸腾，再用文火蒸煮30～40min；待蒸煮结束，将滤渣取出，并待其自然冷却至室温后，放入到盛有600～700mL水的烧杯中，再加入30～40g蛋白粉和3～5g十六烷基三甲基溴化铵，搅拌混合2～3min后，将烧杯移入超声波振荡器中，在40～45KHz下超声分散30～40min，得到分散液；向上述分散液中加入5～8mL二甲氨基丙胺和1～3g硫酸铝，并将分散液移入集热式磁力搅拌器中，调节搅拌器温度为50～60℃，转速为280～300r/min，搅拌反应2～3h，待反应结束，将反应产物移入离心机中，以3500～4000r/min的转速离心20～25min，收集沉淀，并将沉淀置于冷冻干燥箱中冻干，即可得到生物质基高吸湿量复合调湿材料。

实例1

首先称取500g山竹皮并用水清洗3次，将洗净的山竹皮置于太阳下暴晒2天后，移入粉碎机中粉碎40min，将得到的粉碎物用浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液浸泡1h，将浸泡后的粉碎物取出并用液氮进行喷淋冷冻处理30s，将冷冻处理后的粉碎物放入烘箱中干燥40min，控制烘箱温度在80℃，得到预处理山竹皮颗粒；然后将上述预处理山竹皮颗粒加入到盛有300mL水的烧杯中，再加入3g硫代硫酸钠，搅拌混合30min后，再向烧杯中加入300mL甲醇和400mL质量分数为38%醋酸溶液，搅拌混合3min后，曝气处理15天，使溶液中的溶解氧维持在0.5mg/L，处于兼氧状态；待曝气处理完成后，将烧杯中的物料过滤，收集滤渣，取3LN,N-二甲基甲酰胺加入到蒸锅中，再放入蒸屉，同时向蒸屉上覆盖一层玻纤滤纸，并将滤渣平铺到玻纤滤纸上，再盖上锅盖，并对蒸锅大火加热至沸腾，再用文火蒸煮30min；待蒸煮结束，将滤渣取出，并待其自然冷却至室温后，放入到盛有600mL水的烧杯中，再加入30g蛋白粉和3g十六烷基三甲基溴化铵，搅拌混合2min后，将烧杯移入超声波振荡器中，在40KHz下超声分散30min，得到分散液；向上述分散液中加入5mL二甲氨基丙胺和1g硫酸铝，并将分散液移入集热式磁力搅拌器中，调节搅拌器温度为50℃，转速为280r/min，搅拌反应2h，待反应结束，将反应产物移入离心机中，以3500r/min的转速离心20min，收集沉淀，并将沉淀置于冷冻干燥箱中冻干，即可得到生物质基高吸湿量复合调湿材料。

将本发明制备的生物质高吸湿量复合调湿材料应用建筑内墙粉刷涂料中，其中掺入量为涂料质量的6%，然后涂抹到需要对湿度要求较高的内墙上，晾干即可。经检测，本发明制备的调湿材料在相对湿度为75%的环境下最大平衡含湿量达到98.6%，在相对湿度为30%的环境下的饱和放湿率为33.2%，调湿速度是单一组分调湿材料的16倍，具有极佳的调湿效果。

实例2

首先称取600g山竹皮并用水清洗5次，将洗净的山竹皮置于太阳下暴晒3天后，移入粉碎机中粉碎50min，将得到的粉碎物用浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液浸泡2h，将浸泡后的粉碎物取出并用液氮进行喷淋冷冻处理40s，将冷冻处理后的粉碎物放入烘箱中干燥50min，控制烘箱温度在90℃，得到预处理山竹皮颗粒；然后将上述预处理山竹皮颗粒加入到盛有400mL水的烧杯中，再加入5g硫代硫酸钠，搅拌混合40min后，再向烧杯中加入400mL甲醇和500mL质量分数为38%醋酸溶液，搅拌混合5min后，曝气处理20天，使溶液中的溶解氧维持在0.8mg/L，处于兼氧状态；待曝气处理完成后，将烧杯中的物料过滤，收集滤渣，取4LN,N-二甲基甲酰胺加入到蒸锅中，再放入蒸屉，同时向蒸屉上覆盖一层玻纤滤纸，并将滤渣平铺到玻纤滤纸上，再盖上锅盖，并对蒸锅大火加热至沸腾，再用文火蒸煮40min；待蒸煮结束，将滤渣取出，并待其自然冷却至室温后，放入到盛有700mL水的烧杯中，再加入40g蛋白粉和5g十六烷基三甲基溴化铵，搅拌混合3min后，将烧杯移入超声波振荡器中，在45KHz下超声分散40min，得到分散液；向上述分散液中加入8mL二甲氨基丙胺和3g硫酸铝，并将分散液移入集热式磁力搅拌器中，调节搅拌器温度为60℃，转速为300r/min，搅拌反应3h，待反应结束，将反应产物移入离心机中，以4000r/min的转速离心25min，收集沉淀，并将沉淀置于冷冻干燥箱中冻干，即可得到生物质基高吸湿量复合调湿材料。

将本发明制备的生物质高吸湿量复合调湿材料应用建筑内墙粉刷涂料中，其中掺入量为涂料质量的7%，然后涂抹到需要对湿度要求较高的内墙上，晾干即可。经检测，本发明制备的调湿材料在相对湿度为78%的环境下最大平衡含湿量达到98.9%，在相对湿度为33%的环境下的饱和放湿率为34.6%，调湿速度是单一组分调湿材料的17倍，具有极佳的调湿效果。

实例3

首先称取550g山竹皮并用水清洗4次，将洗净的山竹皮置于太阳下暴晒2天后，移入粉碎机中粉碎45min，将得到的粉碎物用浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液浸泡1h，将浸泡后的粉碎物取出并用液氮进行喷淋冷冻处理35s，将冷冻处理后的粉碎物放入烘箱中干燥45min，控制烘箱温度在85℃，得到预处理山竹皮颗粒；然后将上述预处理山竹皮颗粒加入到盛有350mL水的烧杯中，再加入4g硫代硫酸钠，搅拌混合35min后，再向烧杯中加入350mL甲醇和450mL质量分数为38%醋酸溶液，搅拌混合4min后，曝气处理18天，使溶液中的溶解氧维持在0.6mg/L，处于兼氧状态；待曝气处理完成后，将烧杯中的物料过滤，收集滤渣，取3LN,N-二甲基甲酰胺加入到蒸锅中，再放入蒸屉，同时向蒸屉上覆盖一层玻纤滤纸，并将滤渣平铺到玻纤滤纸上，再盖上锅盖，并对蒸锅大火加热至沸腾，再用文火蒸煮35min；待蒸煮结束，将滤渣取出，并待其自然冷却至室温后，放入到盛有650mL水的烧杯中，再加入35g蛋白粉和4g十六烷基三甲基溴化铵，搅拌混合2min后，将烧杯移入超声波振荡器中，在43KHz下超声分散35min，得到分散液；向上述分散液中加入6mL二甲氨基丙胺和2g硫酸铝，并将分散液移入集热式磁力搅拌器中，调节搅拌器温度为55℃，转速为290r/min，搅拌反应2h，待反应结束，将反应产物移入离心机中，以3800r/min的转速离心23min，收集沉淀，并将沉淀置于冷冻干燥箱中冻干，即可得到生物质基高吸湿量复合调湿材料。

将本发明制备的生物质高吸湿量复合调湿材料应用建筑内墙粉刷涂料中，其中掺入量为涂料质量的8%，然后涂抹到需要对湿度要求较高的内墙上，晾干即可。经检测，本发明制备的调湿材料在相对湿度为80%的环境下最大平衡含湿量达到99.2%，在相对湿度为35%的环境下的饱和放湿率为35.1%，调湿速度是单一组分调湿材料的18倍，具有极佳的调湿效果。

Claims (1)

1.一种生物质基高吸湿量复合调湿材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）称取500～600g山竹皮并用水清洗3～5次，将洗净的山竹皮置于太阳下暴晒2～3天后，移入粉碎机中粉碎40～50min，将得到的粉碎物用浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液浸泡1～2h，将浸泡后的粉碎物取出并用液氮进行喷淋冷冻处理30～40s，将冷冻处理后的粉碎物放入烘箱中干燥40～50min，控制烘箱温度在80～90℃，得到预处理山竹皮颗粒；

（2）将上述预处理山竹皮颗粒加入到盛有300～400mL水的烧杯中，再加入3～5g硫代硫酸钠，搅拌混合30～40min后，再向烧杯中加入300～400mL甲醇和400～500mL质量分数为38%醋酸溶液，搅拌混合3～5min后，曝气处理15～20天，使溶液中的溶解氧维持在0.5～0.8mg/L，处于兼氧状态；

（3）待曝气处理完成后，将烧杯中的物料过滤，收集滤渣，取3～4LN,N-二甲基甲酰胺加入到蒸锅中，再放入蒸屉，同时向蒸屉上覆盖一层玻纤滤纸，并将滤渣平铺到玻纤滤纸上，再盖上锅盖，并对蒸锅大火加热至沸腾，再用文火蒸煮30～40min；

（4）待蒸煮结束，将滤渣取出，并待其自然冷却至室温后，放入到盛有600～700mL水的烧杯中，再加入30～40g蛋白粉和3～5g十六烷基三甲基溴化铵，搅拌混合2～3min后，将烧杯移入超声波振荡器中，在40～45KHz下超声分散30～40min，得到分散液；

（5）向上述分散液中加入5～8mL二甲氨基丙胺和1～3g硫酸铝，并将分散液移入集热式磁力搅拌器中，调节搅拌器温度为50～60℃，转速为280～300r/min，搅拌反应2～3h，待反应结束，将反应产物移入离心机中，以3500～4000r/min的转速离心20～25min，收集沉淀，并将沉淀置于冷冻干燥箱中冻干，即可得到生物质基高吸湿量复合调湿材料。