CN109499547B - 一种甲醛净化材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种甲醛净化材料的制备方法，属于复合材料制备技术领域。本发明采用活性炭对灯芯草纤维进行改性处理，将有机溶剂和活性炭混合而成的活性炭分散体系对洗涤后的灯芯草纤维进行浸渍处理，而后获得改性后的灯芯草纤维。本发明利用灯芯草的三维网状孔道结构对活性炭进行吸附，增加灯芯草纤维对活性炭的负载量，结合灯芯草的高吸附能力，有效改善了传统活性炭净化时间长的问题。本发明的活性炭改性后灯芯草纤维，生产工艺简单，生产流程短，降低了对环境的污染，安全节能，经济环保，具有显著的社会和经济效益。

Description

一种甲醛净化材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种甲醛净化材料的制备方法，属于复合材料制备技术领域。
背景技术
随着生活水平的提高，大量建材投入于室内装修，从而产生一系列挥发性有机气体，严重危害室内空气品质。甲醛作为挥发性有机气体的典型，不仅破坏环境，被人体过量摄入后还会导致癌症的发生。甲醛急性中毒可使人流泪，咳嗽，呼吸困难乃至死亡，慢性中毒则使人无力，头痛，免疫力降低，记忆力减退，各种肿瘤，慢性病多发，严重影响人类和其它生物的安全。因此，对甲醛的处理日益受到人们的广泛关注。
吸附法是甲醛处理的一类典型技术，活性炭是吸附法常用的吸附材料。然而，其在实际应用中存在吸附不彻底，固液难分离，无法实现回收等缺点，亟需研发一种高效的吸附剂对它进行替代。经活性炭改性的灯芯草纤维，取材简单，生产流程短，原料及生产成本低，净化效率显著提高，具有应用潜力。
多孔灯芯草纤维材料多来源于草属的多年生草本植物，本属植物分布广泛，资源丰富。多孔灯芯草纤维材料是天然的纤维素低密度多孔材料，其具有优异的比表面积和孔隙率，具有优异的吸附性能，能够有效地吸附液体、微小颗粒等物质。多孔天然纤维素纤维具有高比表面积、高孔隙率和低密度等优势，在吸附、隔热等方面有较大的前景。
活性炭是传统而现代的人造材料。具有空隙结构发达，比表面积大，吸附能力强，机械强度高，床层阻力小，化学稳定性能好，易再生，经久耐用等优点，广泛应用于室内甲醛的净化。
因此本专利利用传统活性炭改性多孔灯芯草纤维，由于多孔灯芯草纤维及活性炭均为多孔材料且都具有优异的吸附性能，经活性炭改性后的多孔灯芯草纤维吸附能力更强且吸附范围更广，吸附量更大，而且改性方法操作简便，节能环保，吸附饱和后可以再生反复利用，大大降低了经济成本。
中国专利申请公布号CN105903446A，申请公布日期为2016年08月31日，发明创造的名称为一种灯芯草甲醛吸附降解剂的制备方法，该申请案公布了一种灯芯草改性活性炭降解甲醛的方法。该方法以猪小肠和鸡腿菇为原料，提取富含氨基的生物原液，用表面活性剂和玫瑰精油对活性炭进行改性，负载植物原液后喷雾干燥得到灯芯草甲醛吸附降解剂。虽然该方法可以起到提升甲醛净化效率的效果，但其不足之处在于其原料猪小肠和鸡腿菇生物原液的提取工艺复杂，玫瑰精油的成本高，难以进行推广使用。
中国专利申请公布号CN107401088A，申请公布日期为2017年11月28日，发明创造的名称为一种超疏水高吸附活性炭纸的改性方法，该申请案公布了一种对活性炭的改性方法。该方法先配制金属盐溶液，再将处理后的活性炭纸用金属盐溶液中进行淋涂，之后进行烘干、煅烧，得到改性后的活性炭纸，制备疏水剂，最后将改性后的活性炭纸加入疏水剂中进行浸泡，之后进行烘干，得到超疏水高吸附活性炭纸。虽然该方法改性后的活性炭纸具有提升甲醛净化程度的效果，但其用于改性活性炭的金属盐溶液中含有重金属，污染较大且不易于回收。改性活性炭过程中的加工工序煅烧，操作复杂且较危险.
中国专利申请公布号CN107626281A，申请公布日期为2018年01月26日，发明创造的名称为一种吸附剂及其制备方法和用途，该申请案公布了含有强碱弱酸盐、酰肼类化合物和多元醇化合物制成的吸附剂以物理吸附来捕集甲醛，通过化学反应来分解、净化甲醛的方法。虽然该方法确实有提升净化甲醛的效果，但其制作过程复杂，且要消耗大量化学试剂，不利于工业领域的推广。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种甲醛净化材料的制备方法，从而提高其对甲醛的吸附效果的方法。
为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为
一种甲醛净化材料的制备方法，所述的制备方法按以下步骤进行：
a配制洗涤液
将醇类有机溶剂和水混合，搅拌均匀后配置成洗涤液，其中，洗涤液的浴比为1:40～1:50，洗涤液中有机溶剂与水的体积比为10％:90％～25％:75％，搅拌速度100～250r/min，搅拌时间为15～30min。
b灯芯草纤维的预处理
将灯芯草纤维浸渍于经a步骤配置的洗涤液中，经机械搅拌后烘干，其中，搅拌速度100～250r/min，搅拌时间为15～20min，烘燥温度为30℃～60℃，烘燥时间20min～40min。
c制备活性炭分散液
将活性炭置于有机溶剂与水混合而成的溶液中，搅拌均匀后配置成活性炭分散液，其中，活性炭的质量分数为0.1％～20％，水和有机溶剂的质量比为90％：10％～50％：50％，搅拌速度100～300r/min，搅拌温度为20℃～30℃，搅拌时间为30min～60min。
d制备活性炭改性灯芯草纤维
将经b步骤洗涤烘干后的灯芯草纤维浸渍于经c步骤配置的活性炭分散液中，进行超声波处理后烘干，得活性炭改性灯芯草纤维，其中，浸渍时间为1～2h，浸渍温度为20℃～35℃，超声波频率为20kHz～40kHz，烘燥温度为30℃～60℃，烘燥时间为3h～6h。
所述的有机溶剂为乙醇或异丙醇。
所述的有机溶剂为乙醇或N，N-二甲基乙酰胺或丙酮或N，N-二甲基甲酰胺中的一种。
所述的活性炭的粒径为10目～24目。
由于采用了以上技术方案，本发明的技术特点在于：灯芯草作为一种多孔材料，其具有规则均匀得孔道结构，有优异的比表面积和孔隙率，具有优异的吸附性能，能够有效地吸附液体、微小颗粒、纳米粒子等物质，能够快速负载活性炭。醇类与水能够有效的溶解灯芯草纤维中的有机与无机杂物，减少杂质对灯芯草导电纤维的影响，在洗涤剂中加入少量有机溶剂因为可以降低溶液的表面张力，同时提高灯芯草的界面牢度，使得活性炭快速从溶液向纤维扩散，吸附在灯芯草纤维中。活性炭净化甲醛的过程中依靠其自身发达的孔隙结构和表面积，可以很大程度的接触到周围空气，被动吸附一些污染物到自己的孔隙中，使空气流动中的污染物，其中包括甲醛分子减少。本发明在制备活性炭分散液采用超声波对活性炭溶液进行分散，超声波有着能量，超声处理主要是利用它的功率特性和空化作用，改变或者加速改变物质的某些物理、化学、生物特性或状态。将制备好的活性炭分散液与洗涤后的灯芯草纤维在超声波频率下进行振动，处理后的活性炭被吸附进多孔灯芯草纤维中，成为活性炭改性后的多孔灯芯草纤维材料。
本发明的活性炭改性灯芯草纤维不同于传统的改性剂改性活性炭或灯芯草材料直接制成活性炭，采用活性炭对灯芯草纤维进行改性的方法，采用的灯芯草纤维基体材料具有多孔结构，孔隙结构有利于提高吸附作用和降解效率，同时，活性炭纤维同样为多孔材料，所以改性后的活性炭吸附性能及效率大大提升。且多孔灯芯草纤维本属植物分布广泛，资源丰富，纤维提取技术简单，有效减少工艺流程，同时促使吸附材料表面活性增强，较未改性处理的活性炭对空气中甲醛的吸附效率明显提升。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行具体详细描述。
一种甲醛净化材料的制备方法，制备过程的具体步骤如下：
a配制洗涤液
将醇类有机溶剂和水混合，搅拌均匀后配置成洗涤液，其中，洗涤液的浴比为1:40～1:50，洗涤液中醇类有机溶剂与水的体积比为10％:90％～25％:75％，搅拌速度100～250r/min，搅拌时间为15～30min。所述的醇类有机溶剂为乙醇或异丙醇。
b灯芯草纤维的预处理
将灯芯草纤维浸渍于经a步骤配置的洗涤液中，经机械搅拌后烘干，其中，搅拌速度100～250r/min，搅拌时间为15～20min，烘燥温度为30℃～60℃，烘燥时间20min～40min。
c制备活性炭分散液
将活性炭置于有机溶剂与水混合而成的溶液中，搅拌均匀后配置成活性炭分散液，其中，活性炭的质量分数为0.1％～20％，水和有机溶剂的质量比为90％：10％～50％：50％，搅拌速度100～300r/min，搅拌温度为20℃～30℃，搅拌时间为30min～60min。所述的有机溶剂为乙醇或N，N-二甲基乙酰胺或丙酮或N，N-二甲基甲酰胺中的一种。
d制备活性炭改性灯芯草纤维
将经b步骤洗涤烘干后的灯芯草纤维浸渍于经c步骤配置的活性炭分散液中，进行超声波处理后烘干，得活性炭改性灯芯草纤维，其中，浸渍时间为1～2h，浸渍温度为20℃～35℃，超声波频率为20kHz～40kHz，烘燥温度为30℃～60℃，烘燥时间为3h～6h。所述的活性炭的粒径为10目～24目。
具体实施例
实施例1
按上述工艺步骤：将2mL乙醇和18mL水混合，100r/min搅拌30min，然后将0.5g灯芯草置于洗涤液中进行洗涤，100r/min搅拌30min，30℃烘40min，得洗涤后的灯芯草，将0.1g10目活性炭放入89.91g水和9.99gN，N-二甲基乙酰胺混合液中，20℃，100r/min搅拌60min得活性炭分散液，将洗涤后的灯芯草纤维置于活性炭分散液中，20℃，20kHz超声中浸渍1h，30℃烘6h，即得活性炭改性灯芯草纤维。
实施例2
按上述工艺步骤：将5mL乙醇和15mL水混合，150r/min搅拌25min，然后将0.5g灯芯草置于洗涤液中进行洗涤，150r/min搅拌25min，40℃烘35min，得洗涤后的灯芯草，将10g10目活性炭放入45g水和45gN，N-二甲基乙酰胺混合液中，25℃，200r/min搅拌50min得活性炭分散液，将洗涤后的灯芯草纤维置于活性炭分散液中，25℃，20kHz超声中浸渍1h，40℃烘5h，即得活性炭改性灯芯草纤维。
实施例3
按上述工艺步骤：将2.5mL异丙醇和22.5mL水混合，200r/min搅拌25min，然后将0.5g灯芯草置于洗涤液中进行洗涤，200r/min搅拌25min，50℃烘30min，得洗涤后的灯芯草，将15g40目活性炭放入76.5g水和8.5g丙酮混合液中，25℃，250r/min搅拌40min得活性炭分散液，将洗涤后的灯芯草纤维置于活性炭分散液中，30℃，40kHz超声中浸渍1.5h，50℃烘4h，即得活性炭改性灯芯草纤维。
实施例4
按上述工艺步骤：将6.25mL异丙醇和18.75mL水混合，250r/min搅拌30min，然后将0.5g灯芯草置于洗涤液中进行洗涤，250r/min搅拌30min，60℃烘20min，得洗涤后的灯芯草，将20g40目活性炭放入40g水和40g乙醇混合液中，30℃，300r/min搅拌30min得活性炭分散液，将洗涤后的灯芯草纤维置于活性炭分散液中，35℃，40kHz超声中浸渍2h，60℃烘3h，即得活性炭改性灯芯草纤维。

Claims (4)

1.一种甲醛净化材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法按以下步骤进行：
a配制洗涤液
将醇类有机溶剂和水混合，搅拌均匀后配置成洗涤液，其中，洗涤液的浴比为1:40～1:50，洗涤液中有机溶剂与水的体积比为10％:90％～25％:75％，搅拌速度100～250r/min，搅拌时间为15～30min；
b灯芯草纤维的预处理
将灯芯草纤维浸渍于经a步骤配置的洗涤液中，经机械搅拌后烘干，其中，搅拌速度100～250r/min，搅拌时间为15～20min，烘燥温度为30℃～60℃，烘燥时间20min～40min；
c制备活性炭分散液
将活性炭置于有机溶剂与水混合而成的溶液中，搅拌均匀后配置成活性炭分散液，其中，活性炭的质量分数为0.1％～20％，水和有机溶剂的质量比为90％：10％～50％：50％，搅拌速度100～300r/min，搅拌温度为20℃～30℃，搅拌时间为30min～60min；
d制备活性炭改性灯芯草纤维
将经b步骤洗涤烘干后的灯芯草纤维浸渍于经c步骤配置的活性炭分散液中，进行超声波处理后烘干，得活性炭改性灯芯草纤维，其中，浸渍时间为1～2h，浸渍温度为20℃～35℃，超声波频率为20kHz～40kHz，烘燥温度为30℃～60℃，烘燥时间为3h～6h。
2.根据权利要求1所述的一种甲醛净化材料的制备方法，其特征在于：所述的有机溶剂为乙醇或异丙醇。
3.根据权利要求1所述的一种甲醛净化材料的制备方法，其特征在于：所述的有机溶剂为乙醇或N，N-二甲基乙酰胺或丙酮或N，N-二甲基甲酰胺中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种甲醛净化材料的制备方法，其特征在于：所述的活性炭的粒径为10目～24目。
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