CN107754513A - 一种快速消除空气中pm2.5颗粒的除霾剂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂及制备方法。先制备纳米磁液，与大豆蛋白基天然高分子水凝胶、壳聚糖及相变储能剂混合均匀后，与糊化淀粉一起进行喷雾干燥，即可得到可快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂。该方法通过纳米磁微粒和壳聚糖的正电荷快速聚集PM2.5颗粒，通过大豆蛋白基天然高分子水凝胶使PM2.5颗粒快速成为大颗粒，通过相变储能剂使PM2.5颗粒快速冷却形成液滴，可实现空气的快速高效净化，并且制备过程简单，成本低，无污染，可推广。
Description
技术领域
本发明涉及空气净化领域，具体涉及通过除霾剂消除空气中PM2.5颗粒，特别是涉及一种快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂及制备方法。
背景技术
雾，本来是一种较为常见的自然现象，然而随着我国人口的增加、经济社会以及城市化的快速发展，大气气溶胶污染日益严重。雾霾天气严重影响空气质量、危害民众健康、引发交通事故，进而危害经济社会的可持续发展。近年来随着我国经济的发展、城市人口的过快增长以及城市化进程的加快，雾霾已成为一种环境污染，甚至是环境灾害。它对人体健康、生产生活、交通安全等方面带来诸多危害。
在雾霾成分中，PM2.5危害较为严重。PM2.5指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质，例如，重金属、微生物等，且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。
通常情况下，粒径在10微米以上的较大颗粒物会被口罩阻挡在人的鼻子之外；而粒径在2.5微米至10微米之间的颗粒物难以过滤，而且极易悬浮在空气中。将PM2.5细颗粒物快速聚集成大颗粒，可以有效消除雾霾的影响。目前去除PM2.5的技术有HEPA过滤网、负离子技术、IFD技术和其他新型空气净化媒介等。
中国发明专利申请号201220149345.X公开了颗粒物聚并装置和PM2.5聚并除尘系统，将PM2.5聚并，即将小尺度颗粒物聚集成较大尺度的颗粒物，以利于提高除尘系统的颗粒物数量脱除效率，这类颗粒物是可入肺大气颗粒物，对大气环境的污染极其恶劣，装置包括荷电聚并段，包括并列的至少两组荷电聚并叶片组，每组荷电聚并叶片组均包括沿颗粒物通道流向分布的若干个聚并叶片，相邻两组荷电聚并叶片组中一组连接高频正高压静电电源，另一组连接高频负高压静电电源。
中国发明专利申请号201510995813.3公开了一种去除PM2.5的方法，通过扫频器对空气中PM2.5频率进行扫描，并通过检测电路给电源信号，电源驱动扫频激荡电路和PM2.5频率一致，形成共振，PM2.5小颗粒变成大颗粒，在重力作用下沉积下来。
中国发明专利申请号201610792474.3公开了一种用橘子皮制备去除PM2.5生物吸附剂的方法，步骤为：处理原料；洗涤；碱液浸泡：将洗涤至中性的的橘子皮放入pH＝12的NaOH溶液中浸泡；漂洗；酸水解；漂洗至中性；二次酸水解；(8)漂洗至中性；(9)烘干至恒重；(10)粉碎，即得到目标物。
中国发明专利申请号201611223852.2公开了一种人工肺表面活性物质用于去除PM2.5的方法，包括丝素蛋白的改性、纤维膜的制备和粉尘的吸附，通过静电纺丝技术将丝素蛋白和人工肺表面活性物质的纺丝液制备成纳米纤维膜，用于去除重金属离子本发明通过静电纺丝制备纳米纤维膜，能有效控制纤维膜的孔隙率，去除不同粒径的PM2.5的颗粒。
根据上述，现有使用最广泛的口罩只能将粒径在10微米以上的较大颗粒物会被阻挡在人的鼻子之外。而粒径在2.5微米至10微米之间的颗粒物难以过滤，而且极易悬浮在空气中，同时而现有技术难以有效将PM2.5细颗粒物快速聚集，因而无法有效去除PM2.5颗粒。鉴于此，本发明提出了一种创新性的快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂及制备方法，可有效解决上述技术问题。
发明内容
针对目前PM2.5颗粒极易悬浮在空气中，口罩难以过滤，另外将PM2.5细颗粒物聚集成大颗粒消除的技术中，难以有效将PM2.5细颗粒物快速聚集的问题，本发明提出一种快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂及制备方法，从而实现有效快速地聚集PM2.5颗粒，并将其消除。
本发明涉及的具体技术方案如下：
一种快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂，特征是除霾剂由包含以下重量份的原料制备而成：
纳米磁微粒3~5份
表面活性剂1-2份
大豆蛋白基天然高分子水凝胶5~10份
壳聚糖3~5份
相变储能剂2~3份
糊化淀粉77~87份；
优选的，所述纳米磁微粒为粒径10nm以下的强磁性微粒，选用四氧化三铁微粒或三氧化二铁微粒；
优选的，所述表面活性剂采用十二烷酸、二辛基磺化丁二酸钠、二丁基萘磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠；
优选的，所述大豆蛋白基天然高分子水凝胶的孔隙率为18~25%；
优选的，所述壳聚糖的数均分子量为3~6×105，粘度为0.25~0.65Pa·s；
优选的，所述相变储能剂为金属钠、钾、铝、锌或铁的硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐、碳酸盐或醋酸盐；
优选的，所述糊化淀粉是指已在60~80℃下采用滚筒法、喷雾法或挤压法进行预糊化的淀粉；
一种快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂的制备方法，制备的步骤为：
（1）将纳米磁微粒与表面活性剂、水混合，强力搅拌至稳定悬浮，制得纳米磁液；
（2）将大豆蛋白基天然高分子水凝胶、壳聚糖及相变储能剂加入步骤（1）的纳米磁液中，搅拌混合均匀，再加入糊化淀粉，在喷雾干燥机中雾化为微小液滴，液滴遇高温空气水分蒸发，迅速干燥，即得可快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂。
优选的，所述除霾剂干燥后的粒径为0.2~0.8mm。
通过纳米磁颗粒及壳聚糖带有的正电荷使空气中的PM2.5颗粒快速聚集，大豆蛋白基天然高分子水凝胶进一步使聚集的PM2.5颗粒成为大颗粒，并在相变储能剂的控温作用下急剧冷凝，形成液滴降落，从而实现快速消除雾霾。由于空气中的颗粒物表面常常带有负电荷，根据静电吸附原理，PM2.5颗粒会向带正电荷的颗粒中心聚集。因此，本发明采用纳米磁颗粒及壳聚糖来形成正电荷中心，使PM2.5颗粒快速聚集起来。同时，由于大豆蛋白基天然高分子水凝胶具有很大的孔隙率，其特殊的结构可使聚集的PM2.5颗粒凝聚成为大颗粒而吸附在凝胶表面或孔隙内部。
相变储能剂的作用原理是利用物质液-气相变或固-气相变的潜热实现对能量的转换及对温度的控制。本发明中采用金属钠、钾、铝、锌或铁的硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐、碳酸盐或醋酸盐，是由于它们通常与水缔合，形成结晶水，可通过结晶水的失去、蒸发或冷凝、再结合来实现热量的吸收与释放，从而实现对温度的控制。PM2.5颗粒变为大颗粒后，在储能剂的温控作用下，可急剧冷却，并形成液滴，从而从空气中除去。
将本发明制得的除霾剂用于含PM2.5颗粒的空气净化，并与静电除尘法及负离子法进行对比，在净化时间，颗粒清除率及净化成本上，具有明显的优势，如表1所示。
表1：
| 性能指标 | 本发明 | 静电除尘法 | 负离子法 |
| 净化时间（min） | 2~5 | 10~20 | 5~10 |
| PM2.5清除率（%） | 95~98 | 90~95 | 90~95 |
| 净化成本 | 低 | 较高 | 高 |
本发明提供了一种快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1、提出了采用纳米磁微粒、大豆蛋白基天然高分子水凝胶、壳聚糖、相变储能剂及糊化淀粉制备除霾剂的方法。
2、通过纳米磁微粒和壳聚糖的正电荷快速聚集PM2.5颗粒，通过大豆蛋白基天然高分子水凝胶使PM2.5颗粒快速成为大颗粒，通过相变储能剂使PM2.5颗粒快速冷却形成液滴，可实现空气的快速净化。
3、该除霾剂对PM2.5的清除率较高，可实现空气的高效净化。
4、本发明方法制备除霾剂，制备简单，成本低，无污染，可推广。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
可快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂由以下重量份的组分制备而成：纳米磁微粒四氧化三铁微粒5份、二丁基萘磺酸钠1份、大豆蛋白基天然高分子水凝胶5份、壳聚糖5份、相变储能剂碳酸钾2份、糊化淀粉83份；
制备的步骤为：
（1）将纳米磁微粒与表面活性剂、水混合，强力搅拌至稳定悬浮，制得纳米磁液；表面活性剂采用二丁基萘磺酸钠；
（2）将大豆蛋白基天然高分子水凝胶、壳聚糖及相变储能剂加入步骤（1）的纳米磁液中，搅拌混合均匀，再加入糊化淀粉，在喷雾干燥机中雾化为微小液滴，液滴遇高温空气水分蒸发，迅速干燥，除霾剂干燥后的粒径为0.2mm，得可快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂；
实施例1制得的除霾剂用于含PM2.5颗粒的空气净化，其净化时间、清除率及净化成本，如表2所示。
实施例2
可快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂由以下重量份的组分制备而成：纳米磁微粒3份、表面活性剂2份、大豆蛋白基天然高分子水凝胶10份、壳聚糖3份、相变储能剂3份、糊化淀粉81份；
纳米磁微粒为三氧化二铁微粒；表面活性剂采用十二烷基苯磺酸钠；大豆蛋白基天然高分子水凝胶的孔隙率为25%；相变储能剂为硫酸铝；
制备的步骤为：
（1）将纳米磁微粒与表面活性剂、水混合，强力搅拌至稳定悬浮，制得纳米磁液；
（2）将大豆蛋白基天然高分子水凝胶、壳聚糖及相变储能剂加入步骤（1）的纳米磁液中，搅拌混合均匀，再加入糊化淀粉，在喷雾干燥机中雾化为微小液滴，液滴遇高温空气水分蒸发，迅速干燥，除霾剂干燥后的粒径为0.8mm，得可快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂；
实施例2制得的除霾剂用于含PM2.5颗粒的空气净化，其净化时间、清除率及净化成本，如表2所示。
实施例3
可快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂由以下重量份的组分制备而成：纳米磁微粒4份、表面活性剂1.5份、大豆蛋白基天然高分子水凝胶10份、壳聚糖3份、相变储能剂3份、糊化淀粉80份；
纳米磁微粒为四氧化三铁微粒；表面活性剂采用二丁基萘磺酸钠；大豆蛋白基天然高分子水凝胶的孔隙率为25%；相变储能剂为硫酸锌；
制备的步骤为：
（1）将纳米磁微粒与表面活性剂、水混合，强力搅拌至稳定悬浮，制得纳米磁液；
（2）将大豆蛋白基天然高分子水凝胶、壳聚糖及相变储能剂加入步骤（1）的纳米磁液中，搅拌混合均匀，再加入糊化淀粉，在喷雾干燥机中雾化为微小液滴，液滴遇高温空气水分蒸发，迅速干燥，除霾剂干燥后的粒径为0.7mm，得可快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂；
实施例3制得的除霾剂用于含PM2.5颗粒的空气净化，其净化时间、清除率及净化成本，如表2所示。
实施例4
可快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂由以下重量份的组分制备而成：纳米磁微粒5份、表面活性剂1份、大豆蛋白基天然高分子水凝胶10份、壳聚糖3份、相变储能剂2份、糊化淀粉80份；
纳米磁微粒为三氧化二铁微粒；表面活性剂采用十二烷酸；大豆蛋白基天然高分子水凝胶的孔隙率为20%；相变储能剂为磷酸铁；
制备的步骤为：
（1）将纳米磁微粒与表面活性剂、水混合，水的用量为纳米磁微粒质量的30倍，强力搅拌至稳定悬浮，制得纳米磁液；
（2）将大豆蛋白基天然高分子水凝胶、壳聚糖及相变储能剂加入步骤（1）的纳米磁液中，搅拌混合均匀，再加入糊化淀粉，在喷雾干燥机中雾化为微小液滴，液滴遇高温空气水分蒸发，迅速干燥，除霾剂干燥后的粒径为0.5mm，得可快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂；
实施例4制得的除霾剂用于含PM2.5颗粒的空气净化，其净化时间、清除率及净化成本，如表2所示。
实施例5
可快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂由以下重量份的组分制备而成：纳米磁微粒3份、表面活性剂1份、大豆蛋白基天然高分子水凝胶10份、壳聚糖5份、相变储能剂3份、糊化淀粉79份；
纳米磁微粒为四氧化三铁微粒；表面活性剂采用二辛基磺化丁二酸钠；大豆蛋白基天然高分子水凝胶的孔隙率为25%；相变储能剂为硝酸钾；
制备的步骤为：
（1）将纳米磁微粒与表面活性剂、水混合，水用量的纳米磁微粒质量的25倍，搅拌至稳定悬浮，制得纳米磁液；
（2）将大豆蛋白基天然高分子水凝胶、壳聚糖及相变储能剂加入步骤（1）的纳米磁液中，搅拌混合均匀，再加入糊化淀粉，在喷雾干燥机中雾化为微小液滴，液滴遇高温空气水分蒸发，迅速干燥，除霾剂干燥后的粒径为0.4mm，得可快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂；
实施例5制得的除霾剂用于含PM2.5颗粒的空气净化，其净化时间、清除率及净化成本，如表2所示。
对比例1
可消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂由以下重量份的组分制备而成：表面活性剂1份、大豆蛋白基天然高分子水凝胶10份、壳聚糖5份、相变储能剂3份、糊化淀粉79份；
表面活性剂采用二辛基磺化丁二酸钠；大豆蛋白基天然高分子水凝胶的孔隙率为25%；相变储能剂为硝酸钾；
制备的步骤为：
（1）将大豆蛋白基天然高分子水凝胶、壳聚糖及相变储能剂搅拌混合均匀，再加入糊化淀粉，在喷雾干燥机中雾化为微小液滴，液滴遇高温空气水分蒸发，迅速干燥，除霾剂干燥后的粒径为0.4mm，得可快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂；
对比例1制得的除霾剂用于含PM2.5颗粒的空气净化，其净化时间、清除率及净化成本，如表2所示。
对比例2
可消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂由以下重量份的组分制备而成：纳米磁微粒3份、表面活性剂1份、壳聚糖5份、相变储能剂3份、糊化淀粉79份；
纳米磁微粒为四氧化三铁微粒；表面活性剂采用二辛基磺化丁二酸钠；相变储能剂为硝酸钾；
制备的步骤为：
（1）将纳米磁微粒与表面活性剂、水混合，水用量的纳米磁微粒质量的25倍，搅拌至稳定悬浮，制得纳米磁液；
（2）将壳聚糖及相变储能剂加入步骤（1）的纳米磁液中，搅拌混合均匀，再加入糊化淀粉，在喷雾干燥机中雾化为微小液滴，液滴遇高温空气水分蒸发，迅速干燥，除霾剂干燥后的粒径为0.4mm，得可快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂；
对比例2制得的除霾剂用于含PM2.5颗粒的空气净化，其净化时间、清除率及净化成本，如表2所示。
表2：
| 性能指标 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对比例1 | 对比例2 |
| 净化时间（min） | 4 | 3 | 3 | 4 | 5 | 9 | 8 |
| PM2.5清除率（%） | 97 | 98 | 95 | 97 | 97 | 91 | 92 |
| 净化成本 | 低 | 低 | 低 | 低 | 低 | 一般 | 一般 |
Claims (7)
1.一种快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂，特征是所述除霾剂由包含以下重量份的原料制备而成：
纳米磁微粒3~5份
表面活性剂1-2份
大豆蛋白基天然高分子水凝胶5~10份
壳聚糖3~5份
相变储能剂2~3份
糊化淀粉77~87份；
所述除霾剂的由如下方法制备得到：
（1）将纳米磁微粒与表面活性剂、水混合，强力搅拌至稳定悬浮，制得纳米磁液；
（2）将大豆蛋白基天然高分子水凝胶、壳聚糖及相变储能剂加入步骤（1）的纳米磁液中，搅拌混合均匀，再加入糊化淀粉，在喷雾干燥机中雾化为微小液滴，液滴遇高温空气水分蒸发，迅速干燥，即得可快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂。
2.根据权利要求1所述一种快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂，其特征在于：所述纳米磁微粒为粒径10nm的四氧化三铁微粒或三氧化二铁微粒。
3.根据权利要求1所述一种快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂，其特征在于：所述表面活性剂采用十二烷酸、二辛基磺化丁二酸钠、二丁基萘磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠。
4.根据权利要求1所述一种快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂，其特征在于：所述大豆蛋白基天然高分子水凝胶的孔隙率为18~25%。
5.根据权利要求1所述一种快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂，其特征在于：所述壳聚糖的数均分子量为3~6×105，粘度为0.25~0.65Pa·s。
6.根据权利要求1所述一种快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂，其特征在于：所述相变储能剂为金属钠、钾、铝、锌或铁的硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐、碳酸盐或醋酸盐。
7.一种如权利要求1-6任一项所述快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂的制备方法，制备的步骤为：
（1）将纳米磁微粒与表面活性剂、水混合，强力搅拌至稳定悬浮，制得纳米磁液；
（2）将大豆蛋白基天然高分子水凝胶、壳聚糖及相变储能剂加入步骤（1）的纳米磁液中，搅拌混合均匀，再加入糊化淀粉，在喷雾干燥机中雾化为微小液滴，液滴遇高温空气水分蒸发，迅速干燥，即得可快速消除空气中PM2.5颗粒的除霾剂。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180306 |
|
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