CN107748231B

CN107748231B - 活性炭吸附甲醛饱和指示剂及其制备方法

Info

Publication number: CN107748231B
Application number: CN201711084714.5A
Authority: CN
Inventors: 朱作霖; 朱振之; 孙善庆; 解统兴
Original assignee: NINGBO YUCHEN ENVIROCLEAN TECH CO LTD
Current assignee: NINGBO YUCHEN ENVIROCLEAN TECH CO LTD
Priority date: 2017-11-07
Filing date: 2017-11-07
Publication date: 2020-03-27
Anticipated expiration: 2037-11-07
Also published as: CN107748231A

Abstract

本发明的活性炭吸附甲醛饱和指示剂，包括以下重量百分比的组分：活性炭70％～98.5％，吸水膨胀材料0.5％～20％，产水材料1％～20％；所述产水材料与甲醛反应生成水，所述吸水膨胀材料吸水后体积膨胀。该指示剂能够及时有效地指示活性炭失活，便于及时更换；而且该指示剂利用了没有市场价值的活性炭粉末，提高经济效益，降低能耗，减少环境污染；无化学污染，安全环保。

Description

活性炭吸附甲醛饱和指示剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及室内空气净化装置领域，尤其涉及一种甲醛饱和指示剂。

背景技术

挥发性有机物，特别是甲醛，浓度超标后对身体的损害很大，甚至会导致致命的疾病发生，如癌症。目前，活性炭是居家生活最常选的吸附室内和车内挥发性有机物的产品，活性炭价格便宜、没有毒副作用，但是活性炭吸附的甲醛总量有限，而且存在释放吸附挥发性有机物的逆向现象，因此如何快速判断活性炭是否失活具有现实意义。由于活性炭颜色是黑色，人们无法利用颜色变化分辨活性炭是否失活，而且现在也还没有能够判断活性炭是否失活的快速有效方法。

另外，在活性炭生产工艺中会产生很多活性炭粉末。如，氯化锌活化法的活性炭生产过程中产生许多粉末状活性炭；气体活化法的活性炭生产过程，在无定型颗粒炭破碎成一定粒度的工艺过程中，也产生不少量的粉末状活性炭。由于这些粉末状活性炭的市场价值很小、且难以运输，常常用作燃料，经济效益低，造成很大的浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能快速指示活性炭失活的活性炭吸附甲醛饱和指示剂。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

活性炭吸附甲醛饱和指示剂，包括以下重量百分比的组分：活性炭70％～98.5％，吸水膨胀材料0.5％～20％，产水材料1％～20％；所述产水材料与甲醛反应生成水，所述吸水膨胀材料吸水后体积膨胀。

优选地，包括以下重量百分比的原料：活性炭80％～95％，吸水膨胀材料1％～10％，与甲醛反应生成水的产水材料2％～10％。

优选地，所述活性炭为粉末状。

优选地，所述吸水膨胀材料包括阴离子交换树脂、阳离子交换树脂或高吸水性树脂。

优选地，所述高吸水性树脂包括聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚丙酰胺、聚丙烯酸或以上述材料为基础的共聚物。

优选地，所述产水材料包括一级有机氨、氨基醇、氨基酸、氨基酸盐或核酸碱基。

制备活性炭吸附甲醛饱和指示剂的方法，将上述指示剂的各组分按照重量百分比混合后采用压塑法压塑成型，所述压塑法的压力为5～20MPa。

与现有技术相比，本发明的优点在于该指示剂能够及时有效地指示活性炭失活，便于及时更换；而且该指示剂利用了没有市场价值的活性炭粉末，提高经济效益，降低能耗，减少环境污染；无化学污染，安全环保。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明的活性炭吸附甲醛饱和指示剂，包括活性炭，吸水膨胀材料和与甲醛接触产生水的产水材料，并且按照以下重量百分比进行配比：活性炭70％～98.5％，吸水膨胀材料0.5％～20％，产水材料1％～20％。活性炭优选采用粉末状活性炭，增加活性炭的比表面积，提高吸收甲醛的速率，而且在生产时便于和其他材料混合，有利于压塑成型，同时可以增加与其他材料的接触面积，提高指示剂的指示效率。活性炭的重量百分比优选为80％～95％。产水材料用于和活性炭吸收的甲醛反应生成水，其优选的重量百分比为2％～10％。产水材料可以选用一级有机氨、氨基醇、氨基酸、氨基酸盐或含有一级氨基的物质等，含有一级氨基的物质包括DNA和RNA的碱基。吸水膨胀材料是与产水材料生成的水结合后膨胀的高分子材料，可以选用阴离子交换树脂、阳离子交换树脂或高吸水性树脂等。其中高吸水性树脂的材质为聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚丙酰胺、聚丙烯酸或以这些聚合物为基础的共聚物。特别是这些聚合物与淀粉、海泡石、纤维素或高岭土等聚合而成的共聚物，和这些聚合物相互聚合的聚合物。吸水膨胀材料的重量百分比优选为1％～10％。

其中，聚丙烯酸钠的制备方法包括下述步骤：首先利用NaOH溶液中和丙烯酸进行中和反应，并调节中和度到65％。接着，先在烧瓶中加入过硫酸钾和N,N-亚甲基双丙烯酰胺混合均匀，其后加入一定量的环己烷作为分散介质，吐温80作为分散剂，置于45℃水浴锅搅拌30min。其中，丙烯酸、过硫酸钾、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、环己烷和吐温80按照100：2：0.1：100～500：2～10的重量比例进行成配比。然后将中和度65％的溶液缓慢滴加到烧瓶中，滴加完后继续搅拌20min，然后升温至70℃，恒温反应3.5h。最后取出产物进行抽滤，再放入无水乙醇中超声洗涤十分钟，放入80℃烘箱中10h，烘干。

另外聚丙烯酸钠与其他物质的共聚物也可以作为吸水膨胀材料，如海泡石聚丙烯酸钠、纤维素聚丙烯酸钠、淀粉聚丙烯酸钠等，其制备方法如下：首先利用NaOH溶液中和丙烯酸进行中和反应，并调节中和度到65％。接着，先在烧瓶中加入过硫酸钾和N,N-亚甲基双丙烯酰胺混合均匀，将用于共聚的其他物质加入到上述溶液中搅拌均匀，其后加入一定量的环己烷作为分散介质，吐温80作为分散剂，置于45℃水浴锅搅拌30min。其中，丙烯酸、过硫酸钾、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、其他物质、环己烷和吐温80按照100：2：0.1：5：100～500：2～10的重量比例进行成配比。然后将步骤1中的溶液缓慢滴加到烧瓶中，滴加完后继续搅拌20min，然后升温至70℃，恒温反应3.5h。最后取出产物进行抽滤，再放入无水乙醇中超声洗涤十分钟，放入80℃烘箱中10h，烘干。

活性炭吸附甲醛饱和指示剂通过将活性炭、吸水膨胀材料和产水材料压制成型，如立方体、圆锥体、球体、圆柱体等。活性炭用于吸附甲醛，产水材料与吸附后的甲醛反应生成水，吸水膨胀材料吸收水分后膨胀，直至活性炭吸附饱和后，吸水膨胀材料将压制成型的指示剂胀碎。

活性炭吸附甲醛饱和指示剂采用压塑法压制成型，其制备方法包括下述步骤：

分别秤取87克的活性炭粉末、3克的精氨酸、10克的聚丙烯酸钠，混合均匀后放入压塑模具内，在5～20MPa的压力下，压塑成型，取出成型固体产品即可使用。

以下是不同组分的活性炭吸附甲醛饱和指示剂吸收甲醛的能力测试，均以食品级活性炭为对比参照物。

下述为不同吸水膨胀材料的活性炭吸附甲醛饱和指示剂吸收甲醛的能力测试，测试样品仅吸水膨胀材料不同，其他均相同：

取两个三立方米的实验舱同步对比进行，使用甲醛测量仪(PPMFormaldehydemeter400，分辨率为0.01ppm)连接到实验舱检测器接口，以测定实验舱内甲醛浓度的变化情况，实验舱内可放置小鼓风机，使实验舱内甲醛浓度均匀。其中一个实验舱内放入活性炭吸附甲醛饱和指示剂500克，另一个实验舱放入用于吸附甲醛的食品级活性炭500克。密封实验舱，由实验舱进气口向实验舱内不断送入含甲醛1.0ppm的空气，当实验舱内的甲醛浓度降低时，继续向实验舱内补充含有甲醛的空气，使实验舱内的空气始终含有甲醛。最后，当实验舱内的甲醛的浓度不再降低时，记录输入实验舱内的空气体积总量。

本次实验共进行6组，每组放入的活性炭吸附甲醛饱和指示剂的吸水膨胀材料不同，具体如表1所述，每组实验组重复实验3次。通过输入实验舱内的空气体积总量，可以计算出被吸收的甲醛总量，继而计算出食品级活性炭和不同吸水膨胀材料的活性炭吸附甲醛饱和指示剂除空气中甲醛的能力，实验结果为每组实验组3次实验的平均值，如表1所示。

表1不同吸水膨胀材料的活性炭吸附甲醛饱和指示剂吸收甲醛能力的数据对比表

其中，不同吸水膨胀材料的活性炭吸附甲醛饱和指示剂的理论吸附甲醛量是三种组分各自吸附甲醛量之和。

下述不同产水材料的活性炭吸附甲醛饱和指示剂吸收甲醛的能力测试，测试样品仅产水材料不同，其他均相同：

将表2中的5种含有不同产水材料的活性炭吸附甲醛饱和指示剂分别按照上述实验步骤进行测量，并记录输入实验舱内的空气体积总量，计算出被吸收的甲醛总量，继而计算出食品级活性炭和不同产水材料的活性炭吸附甲醛饱和指示剂除空气中甲醛的能力，实验结果如表2所示。

其中，十六胺属于一级有机氨，苯丙氨醇属于氨基醇，甘氨酸钠属于氨基酸盐，腺嘌呤为DNA和RNA的碱基，属于含有一级氨基的物质。

表2不同产水材料的活性炭吸附甲醛饱和指示剂吸收甲醛能力的数据对比表

结果分析：

由表1可知，不同吸水膨胀材料的活性炭吸附甲醛饱和指示剂吸附甲醛的能力为180mg/g～230mg/g，而食品级活性炭的吸附甲醛能力为0.5mg/g～1.0mg/g，不同吸水膨胀材料的活性炭吸附甲醛饱和指示剂吸附甲醛能力远远超过了食品级活性炭。另外，不同吸水膨胀材料的活性炭吸附甲醛饱和指示剂的理论吸附甲醛能力为4.8mg/g～6.2mg/g，其实际吸附能力为理论吸附能力的30倍以上。

同样地，由表2的实验数据可知，不同产水材料的活性炭吸附甲醛饱和指示剂的实际吸附甲醛能力也远远超过了食品级活性炭，并且为理论吸附能力的20倍以上。

结合表1和表2可知，本发明活性炭吸附甲醛饱和指示剂通过三种组分的合理配比，能够产生协同作用，大大提高吸附甲醛的能力。

以下是活性炭吸附甲醛饱和指示剂指示饱和的判断方法，测试样品仅吸水膨胀材料不同，其他均相同。

取一个三立方米的实验舱，使用甲醛测量仪(PPM Formaldehydemeter 400，分辨率为0.01ppm)连接到实验舱检测器接口，以测定实验舱内甲醛浓度的变化情况，实验舱内可放置小鼓风机，使实验舱内甲醛浓度均匀。在实验舱内放入活性炭吸附甲醛饱和指示剂500克。密封实验舱由实验舱进气口向实验舱内不断送入含甲醛1.0ppm的空气，当实验舱内的甲醛浓度降低时，继续向实验舱内补充含有甲醛的空气，使实验舱内的空气始终含有甲醛。当实验舱内的活性炭吸附甲醛饱和指示剂出现30％解体(明显解体现象)时，记录此时输入实验舱内的空气体积总量，计算出被吸收的甲醛总量。随后继续向实验舱内输入含有甲醛的空气，直到甲醛浓度不再下降，此时活性炭吸附甲醛饱和指示剂100％解体，记录此时输入实验舱内的空气体积总量

本次实验共进行6组，每组放入的活性炭吸附甲醛饱和指示剂的吸水膨胀材料不同，具体如表1所述，每组实验组重复实验3次。通过输入实验舱内的空气体积总量，计算出被吸收的甲醛总量，再分别计算出活性炭吸附甲醛饱和指示剂在不同解体程度时的吸附空气中甲醛的能力，实验结果为每组实验组3次实验的平均值，如表3所示。

表3甲醛吸附量与活性炭吸附甲醛饱和指示剂解体的关系

结果分析：

由表3可知，当活性炭吸附甲醛饱和指示剂出现明显解体时和全部解体时，其对甲醛的吸收量非常接近，因此本发明活性炭吸附甲醛饱和指示剂出现解体现象时即可指示活性炭失活，快速明显。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.活性炭吸附甲醛饱和指示剂，其特征在于：包括以下重量百分比的组分：活性炭70％～98.5％，吸水膨胀材料0.5％～20％，产水材料1％～20％；所述产水材料与甲醛反应生成水，所述吸水膨胀材料吸水后体积膨胀。

2.如权利要求1所述的活性炭吸附甲醛饱和指示剂，其特征在于：包括以下重量百分比的原料：活性炭80％～95％，吸水膨胀材料1％～10％，与甲醛反应生成水的产水材料2％～10％。

3.如权利要求1或2所述的活性炭吸附甲醛饱和指示剂，其特征在于：所述活性炭为粉末状。

4.如权利要求1或2所述的活性炭吸附甲醛饱和指示剂，其特征在于：所述吸水膨胀材料包括阴离子交换树脂、阳离子交换树脂或高吸水性树脂。

5.如权利要求4所述的活性炭吸附甲醛饱和指示剂，其特征在于：所述高吸水性树脂包括聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚丙酰胺、聚丙烯酸或以上述材料为基础的共聚物。

6.如权利要求1或2所述的活性炭吸附甲醛饱和指示剂，其特征在于：所述产水材料包括一级有机氨、氨基醇、氨基酸、氨基酸盐或核酸碱基。

7.制备如权利要求1-6任一所述的活性炭吸附甲醛饱和指示剂的方法，其特征在于：将上述指示剂的各组分按照重量百分比混合后采用压塑法压塑成型，所述压塑法的压力为5～20MPa。