CN107999032A - 可高效降解多种异味有机物的绿色环保高分子除味剂，及其在空气净化中的应用 - Google Patents

可高效降解多种异味有机物的绿色环保高分子除味剂，及其在空气净化中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及可高效降解多种异味有机物的绿色环保高分子除味剂，该所述净化器包括空气通道，所述空气通道内表面涂覆有高分子除味剂，所述高分子除味剂由100重量份的水性超支化高分子聚合物、1‑5重量份的聚乙二醇、6‑30重量份的多孔二氧化硅、0.03‑0.3重量份的过氧化氢以及3‑10重量份的改性纳米氧化铌制备而成，所述水性超支化高分子聚合物的固含量为5‑15%。本发明的绿色环保高分子除味剂可高效降解多种异味有机物。

Description

可高效降解多种异味有机物的绿色环保高分子除味剂，及其 在空气净化中的应用
技术领域
本发明涉及可高效降解多种异味有机物的绿色环保高分子除味剂，本发明还涉及可高效降解多种异味有机物的绿色环保高分子除味剂在空气净化中的应用。
背景技术
家居环境中的异味不仅给人们带来感官上的不良刺激，而且对身体有着较大的伤害。如二手烟有焦油、阿摩尼亚、尼古丁、悬浮微粒、PM2.5、钋-210 等超过4000 种有害化学物质及数十种致癌物质，味道刺激性大，是危害最广泛、最严重的室内空气污染，是全球重大死亡原因；家居装修带入的甲醛异味，有着刺激、致敏、致突变等负面作用，极大地危害人们的健康；环境中的霉味、厨房异味（油烟、酸臭味等）、厕所异味等则极大地影响家居品质，其中携带的细菌孢子、酸败油、甲硫醇、甲基胺、NH3 等对人们造成致病、致癌等危害。由于异味物质的复杂多变，目前针对各种不同异味皆有着一定的治理方法，如吸附法、芳香剂掩盖法、植物吸收、二氧化氯氧化、臭氧氧化、白醋熏蒸、光催化等方法等。
吸附法多采用活性炭、粘土、分子筛及相应改性物作为吸附材料对异味物质吸附去除，具有较广的适用性，但存在被动吸附去除效率低下等缺点，需和净化设备（带风机）联用才能发挥较好的去除效果；芳香剂掩盖法是目前较为常用的一类去除异味方法，使用芳香组分或植物、水果等提取物达到对异味的掩盖，但存在治标不治本等缺点，异味物被稀释而非去除，对人体伤害并未得到消除；植物吸收法则多采用虎皮兰、吊兰等植株、菠萝等热带水果、茶叶或柚子皮等实现异味的去除，兼具吸收和芳香掩盖等特点，廉价有效，但去除速度较为缓慢；二氧化氯氧化法多见于除异味材料中，以二氧化氯自身的强氧化性实现对异味物质的去除，但存在去除不彻底，对较多异味物质无效，自身有毒等缺点；臭氧氧化法类似于二氧化氯氧化法，有一些有机挥发组分造成的异味有着较好的去除效果，但臭氧本身亦有着较大的异味，且对人体有着一定的伤害；新兴的光催化方法多以光触媒材料在光的激发下（多为紫外光才有效）达到去除异味的效果，一般对部分有机物及细菌有着一定的去除和灭杀效果，由于室内家居多无紫外源，所以实用性及其有限。
所以急需一种可高效降解多种异味有机物的绿色环保高分子除味剂。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了可高效降解多种异味有机物的绿色环保高分子除味剂，所述高分子除味剂由100重量份的水性超支化高分子聚合物、1-5重量份的聚乙二醇、6-30重量份的多孔二氧化硅、0.03-0.3重量份的过氧化氢以及3-10重量份的改性纳米氧化铌制备而成，所述水性超支化高分子聚合物的固含量为5-15%。
所述水性超支化高分子聚合物为端氨基超支化聚酰胺，所述端氨基超支化聚酰胺的分子量为800-1000g/mol，所述端氨基超支化聚酰胺的氨基数为7-9mol/mol。
所述高分子除味剂通过以下步骤制备得到：
将100重量份的水性超支化高分子聚合物、6-30重量份的多孔二氧化硅和氧化锆球加入至容器中，2000-5000转速搅拌保持1-3小时后过滤去除氧化锆球，加入0.03-0.3重量份的过氧化氢，在500-1200转速下搅拌1-3小时；
加入3-10重量份的纳米氧化铌，在500-1200转速下搅拌1-3小时后，加入1-5重量份的聚乙二醇搅拌均匀，得到高分子除味剂。
所述多孔二氧化硅的平均粒径为50-500纳米。
所述氧化锆球的粒径为400-800微米。
所述改性纳米氧化铌通过以下步骤制备得到：
室温下，将3-10重量份的五氯化铌溶解于100重量份无水乙醇中，得到五氯化铌乙醇溶液，静置5-30分钟；
将5-15重量份的钒酸铋，0.01-0.1重量份的封闭异氰酸酯加入至五氯化铌乙醇溶液，合均匀，得到第一混合液；
保持搅拌第一混合液，将100重量份乙醇水溶液以3-10ml/min的速度滴入第一混合液中；
加入N，N-二甲基甲酰胺，保持搅拌第一混合液30分钟，室温静置得到第二混合液；
将第二混合液与30-45摄氏度下用水浸泡6-24小时后，升温至40-45摄氏度干燥12-48小时后，升温至封闭异氰酸酯封温度并保持3-10小时，升温至100-160摄氏度干燥至恒重，得到干燥物，所述封闭异氰酸酯的解封温度大于50摄氏度，小于100摄氏度；
将干燥物在马弗炉中，于400-500温度下煅烧，得到纳米改性氧化铌。
所述封闭异氰酸酯为亚硫酸氢钠封闭HDI。
本发明的水性超支化高分子聚合物能够有效地吸附材料表面以及空气中的有机物异味，破碎的多孔二氧化硅在水性超支化高分子聚合物内均匀分布，吸附的异味很快就能够被纳米氧化铌分解，从而可以实现高效降解多种异味有机物。本发明将多孔二氧化硅在高转速下进行破碎，使得多孔二氧化硅的比表面积进一步增大，破碎后的多孔二氧化硅表面的凹凸不平有利于发生机械化学反应，在较低的转速下，过氧化氢可以在多孔二氧化硅表面发生机械化学反应，使得多孔二氧化硅表面产生更多的电子与空穴，表面附着的纳米氧化铌能够产生更多的负氧离子，获得了长效释放负氧离子的效果，并有效去除多种异味有机物，本发明采用了能够在弱光甚至在暗光条件下均有很好催化效果的改性纳米氧化铌，使得异味有机物去除效果更佳显著。本发明使用亚硫酸氢钠封闭异氰酸酯和钒酸铋作为掺杂改性化合物，得制备得到的光谱长效媒具有在弱光下分解有机物的高效能力。从催化效率角度看，亚硫酸氢钠作为杂化的硫元素来源优于硫酸钠和硫化钠。
附图说明
图1为氧化铌光催化氧化剂的SEM图。
具体实施方式
在下文中，通过实施例对本发明进行更详细地描述，但应理解，这些实施例仅仅是例示的而非限制性的。如果没有其它说明，所用原料都是市售的。
下面参照几个例子详细描述本发明。
多孔二氧化硅，上海羧菲，MSNs-90，平均粒径：90 ±15 nm；比表面积：>500 m2/g，孔径（NLDFT法）3-4 nm；孔容积，>0.5 cm3/g。
纳米二氧化硅，北京德科岛金，硅含量（%）：99.9；平均粒径: 30nm；比表面积: 600m2/g
颗粒形态：球形；外观：白色；松装密度：0.08g/cm3；真实密度：2.2g/cm3 。
水性超支化高分子聚合物A1 HyPer N101 10wt%水溶液，HyPer N101来自武汉超支化树脂公司，氨基数3-4mol/mol，分子量350-370g/mol。
水性超支化高分子聚合物A2 HyPer N102 10wt%水溶液，来自武汉超支化树脂公司，氨基数7-9mol/mol，分子量800-1000g/mol。
水性超支化高分子聚合物A3 HyPer N103 10wt%水溶液，来自武汉超支化树脂公司，氨基数12-16mol/mol，分子量1900-2200g/mol。
聚乙二醇 聚乙二醇400，来自盛景化工。
纳米改性氧化铌
钒酸铋的制备
将0.0015mol的钒酸钠和0.006mol的硝酸铋分别溶解于去离子水中，将钒酸钠溶液逐滴滴入硝酸铋溶液中，搅拌30分钟后，静置5小时后，放入恒温干燥箱中，与160摄氏度下反应12小时后，冷却至室温后，继续保持搅拌并加入0.01mol的双氧水，抽滤、洗涤、干燥，得到钒酸铋粉末。
室温下，将8重量份的五氯化铌溶解于100重量份无水乙醇中，得到五氯化铌乙醇溶液，静置15分钟；将15重量份的钒酸铋，0.08重量份的亚硫酸氢钠封闭HDI加入至五氯化铌乙醇溶液，合均匀，得到第一混合液；保持搅拌第一混合液，将100重量份乙醇水溶液以4ml/min的速度滴入第一混合液中；加入30重量份的N，N-二甲基甲酰胺，保持搅拌第一混合液30分钟，室温静置得到第二混合液；将第二混合液与40摄氏度下用水浸泡12小时后，升温至45摄氏度干燥24小时后，升温至60摄氏度并保持4小时，升温至150摄氏度干燥至恒重，得到干燥物；将干燥物在马弗炉中，于450温度下煅烧，得到纳米改性氧化铌光催化氧化剂。氧化铌光催化氧化剂的SEM图如图1所示。
实施例1
在搅拌装置的容器中，将100重量份的水性超支化高分子聚合物A2、15重量份的多孔二氧化硅和氧化锆球加入至容器中，3000转速搅拌保持2小时后过滤去除氧化锆球，加入0.12重量份的过氧化氢，在1000转速下搅拌2小时；加入6重量份的前述制备得到的改性纳米氧化铌，在1000转速下搅拌1小时后，加入3重量份的聚乙二醇搅拌均匀，得到高分子除味剂。
实施例2
在搅拌装置的容器中，将100重量份的水性超支化高分子聚合物A2、24重量份的多孔二氧化硅和氧化锆球加入至容器中，3000转速搅拌保持2小时后过滤去除氧化锆球，加入0.27重量份的过氧化氢，在1000转速下搅拌2小时；加入9重量份的前述制备得到的改性纳米氧化铌，在1000转速下搅拌1小时后，加入3重量份的聚乙二醇搅拌均匀，得到高分子除味剂。
实施例3
在搅拌装置的容器中，将100重量份的水性超支化高分子聚合物A2、27重量份的多孔二氧化硅和氧化锆球加入至容器中，3000转速搅拌保持2小时后过滤去除氧化锆球，加入0.27重量份的过氧化氢，在1000转速下搅拌2小时；加入3重量份的前述制备得到的改性纳米氧化铌，在1000转速下搅拌1小时后，加入3重量份的聚乙二醇搅拌均匀，得到高分子除味剂。
实施例4
在搅拌装置的容器中，将100重量份的水性超支化高分子聚合物A2、27重量份的多孔二氧化硅和氧化锆球加入至容器中，3000转速搅拌保持2小时后过滤去除氧化锆球，加入0.27重量份的过氧化氢，在1000转速下搅拌2小时；加入3重量份的P25纳米氧化钛（平均粒径100纳米），在1000转速下搅拌1小时后，加入3重量份的聚乙二醇搅拌均匀，得到高分子除味剂。
对比例1
与实施例1相同，不加入多孔二氧化硅和过氧化氢，具体实施方式如下：
在搅拌装置的容器中，将100重量份的水性超支化高分子聚合物A2、6重量份的前述制备得到的改性纳米氧化铌混合，在1000转速下搅拌1小时后，加入3重量份的聚乙二醇搅拌均匀，得到高分子除味剂。
对比例2
与实施例1相同，不加入过氧化氢和没有机械化学反应步骤，具体实施方式如下：
在搅拌装置的容器中，将100重量份的水性超支化高分子聚合物A2、15重量份的多孔二氧化硅和氧化锆球加入至容器中，3000转速搅拌保持2小时后过滤去除氧化锆球；加入6重量份的前述制备得到的改性纳米氧化铌，在1000转速下搅拌1小时后，加入3重量份的聚乙二醇搅拌均匀，得到高分子除味剂。
对比例3
与实施例1相同，加入普通纳米二氧化硅（北京德科岛金）替代多孔二氧化硅，具体实施方式如下：
在搅拌装置的容器中，将100重量份的水性超支化高分子聚合物A2、15重量份的纳米二氧化硅（北京德科岛金）和氧化锆球加入至容器中，3000转速搅拌保持2小时后过滤去除氧化锆球，加入0.12重量份的过氧化氢，在1000转速下搅拌2小时；加入6重量份的前述制备得到的改性纳米氧化铌，在1000转速下搅拌1小时后，加入3重量份的聚乙二醇搅拌均匀，得到高分子除味剂。
对比例4
与实施例1相同，没有高速破碎步骤，具体实施方式如下：
在搅拌装置的容器中，将100重量份的水性超支化高分子聚合物A2、15重量份的多孔二氧化硅和0.122重量份的过氧化氢加入至容器中，在1000转速下搅拌2小时；加入6重量份的前述制备得到的改性纳米氧化铌，在1000转速下搅拌1小时后，加入3重量份的聚乙二醇搅拌均匀，得到高分子除味剂。
对比例5
与实施例1相同，不加入改性纳米氧化铌，具体实施方式如下：
在搅拌装置的容器中，将100重量份的水性超支化高分子聚合物A2、15重量份的多孔二氧化硅和氧化锆球加入至容器中，3000转速搅拌保持2小时后过滤去除氧化锆球，加入0.12重量份的过氧化氢，在1000转速下搅拌2小时；加入6重量份的前述制备得到的改性纳米氧化铌，在1000转速下搅拌1小时后，加入3重量份的聚乙二醇搅拌均匀，得到高分子除味剂。
实施例5
与实施例1相同，将将100重量份的水性超支化高分子聚合物A2替换为将100重量份的水性超支化高分子聚合物A1。
在搅拌装置的容器中，将100重量份的水性超支化高分子聚合物A1、15重量份的多孔二氧化硅和氧化锆球加入至容器中，3000转速搅拌保持2小时后过滤去除氧化锆球，加入0.12重量份的过氧化氢，在1000转速下搅拌2小时；加入6重量份的前述制备得到的改性纳米氧化铌，在1000转速下搅拌1小时后，加入3重量份的聚乙二醇搅拌均匀，得到高分子除味剂。
实施例6
与实施例1相同，将将100重量份的水性超支化高分子聚合物A2替换为将100重量份的水性超支化高分子聚合物A3。
在搅拌装置的容器中，将100重量份的水性超支化高分子聚合物A3、15重量份的多孔二氧化硅和氧化锆球加入至容器中，3000转速搅拌保持2小时后过滤去除氧化锆球，加入0.12重量份的过氧化氢，在1000转速下搅拌2小时；加入6重量份的前述制备得到的改性纳米氧化铌，在1000转速下搅拌1小时后，加入3重量份的聚乙二醇搅拌均匀，得到高分子除味剂。
评价方法：
实验方法：市购一整块胶合板，将一整块胶合板分割成数块30mm×30mm的小块，将5块胶合板小块作为异味释放源，胶合板小块的所有表面喷涂实施例和对比例中的高分子除味剂，自然风干后，放入小型环境舱底部，然后将小型环境舱密封, 小型环境舱内温度45摄氏度，照明200lux。作为对照试验，准备空白胶合板样品(未做任何处理)，同样条件下，密闭放置。4小时后打开环境舱，由6名参与者根据以下基准判断所闻到的异味，取6名参与者的平均数作为异味的评价，同时采用酚试剂法测定了环境舱内的甲醛浓度(mg/m3)。
评价基准:
0分：难以闻到异味
1分：闻到稍微弱的异味
2分：闻到微弱的异味
3分：闻到稍浓烈的异味
4分：闻到浓烈的异味
通过上述实验可以看出，本发明的高分子除味剂可高效降解多种异味有机物。将实施例1的高分子除味剂在环境舱内的照明强度提高至1000lux后，异味评价为0.5，甲醛浓度为0.15。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡是根据本发明内容所做的均等变化与修饰，均涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (8)

1.可高效降解多种异味有机物的绿色环保高分子除味剂，其特征在于，所述高分子除味剂由100重量份的水性超支化高分子聚合物、1-5重量份的聚乙二醇、6-30重量份的多孔二氧化硅、0.03-0.3重量份的过氧化氢以及3-10重量份的改性纳米氧化铌制备而成，所述水性超支化高分子聚合物的固含量为5-15%。
2.根据权利要求1所述的可高效降解多种异味有机物的绿色环保高分子除味剂，其特征在于，所述水性超支化高分子聚合物为端氨基超支化聚酰胺，所述端氨基超支化聚酰胺的分子量为800-1000g/mol，所述端氨基超支化聚酰胺的氨基数为7-9mol/mol。
3.根据权利要求1所述的可高效降解多种异味有机物的绿色环保高分子除味剂，其特征在于，所述高分子除味剂通过以下步骤制备得到：
将100重量份的水性超支化高分子聚合物、6-30重量份的多孔二氧化硅和氧化锆球加入至容器中，2000-5000转速搅拌保持1-3小时后过滤去除氧化锆球，加入0.03-0.3重量份的过氧化氢，在500-1200转速下搅拌1-3小时；
加入3-10重量份的纳米氧化铌，在500-1200转速下搅拌1-3小时后，加入1-5重量份的聚乙二醇搅拌均匀，得到高分子除味剂。
4.根据权利要求1所述的可高效降解多种异味有机物的绿色环保高分子除味剂，其特征在于，所述多孔二氧化硅的平均粒径为50-500纳米。
5.根据权利要求1所述的可高效降解多种异味有机物的绿色环保高分子除味剂，其特征在于，所述氧化锆球的粒径为400-800微米。
6.根据权利要求1所述的可高效降解多种异味有机物的绿色环保高分子除味剂，其特征在于，所述改性纳米氧化铌通过以下步骤制备得到：
室温下，将3-10重量份的五氯化铌溶解于100重量份无水乙醇中，得到五氯化铌乙醇溶液，静置5-30分钟；
将5-15重量份的钒酸铋，0.01-0.1重量份的封闭异氰酸酯加入至五氯化铌乙醇溶液，合均匀，得到第一混合液；
保持搅拌第一混合液，将100重量份乙醇水溶液以3-10ml/min的速度滴入第一混合液中；
加入N，N-二甲基甲酰胺，保持搅拌第一混合液30分钟，室温静置得到第二混合液；
将第二混合液与30-45摄氏度下用水浸泡6-24小时后，升温至40-45摄氏度干燥12-48小时后，升温至封闭异氰酸酯封温度并保持3-10小时，升温至100-160摄氏度干燥至恒重，得到干燥物，所述封闭异氰酸酯的解封温度大于50摄氏度，小于100摄氏度；
将干燥物在马弗炉中，于400-500温度下煅烧，得到纳米改性氧化铌。
7.根据权利要求1所述的可高效降解多种异味有机物的绿色环保高分子除味剂，其特征在于，所述封闭异氰酸酯为亚硫酸氢钠封闭HDI。
8.权利要求1-7中任意一项权利要求所述的可高效降解多种异味有机物的绿色环保高分子除味剂在空气净化中的应用。
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