CN110479023B - 一种环保净化材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种环保净化材料及其制备方法，包括以下步骤：利用柠檬酸或硅烷偶联剂对多孔吸附材料进行等离子体改性处理，得到物理吸附基材；将羟基氨基酸水溶液经等离子体处理得到活性化学吸附基团；将物理吸附基材与活性化学基团置于真空浸渍罐中，通入超声波进行真空浸渍处理；将浸渍过的化学吸附剂水溶液回收过滤，将浸渍过的物理吸附基材微波干燥；将茶叶渣粉、榄核提取物及干燥处理后的物理吸附基材混合，形成环保净化材料。本发明采用“等离子体两步法”协同制备的环保净化材料能够快速捕捉室内甲醛，并消除孔道结构内捕捉到的甲醛分子，以达到提高吸附甲醛量，提高对甲醛的吸附稳定性，并且具有杀菌增香的作用。
Description
技术领域
本发明涉及环保技术领域，特别是涉及一种环保净化材料及其制备方法。
背景技术
近年，居室的装修污染带来的室内空气质量问题是目前室内环境污染的主要来源。人们每天平均有80％以上的时间在室内度过，室内污染源对人体总暴露的贡献远远高于室外工业污染源。甲醛、TVOC是室内环境中的首要污染物，它们主要来自于室内装饰装修材料散发。除此之外，乙醛、氨气、臭氧、宠物异味、细菌体等，也是室内污染的主要来源。室内装饰装修材料种类繁多，这些材料不断向室内空气中散发污染气体，长期处于装修污染环境时，对人体健康会产生很大危害。目前主要去除室内装修污染气体的方法有吸附法、光催化法等。吸附法对气体无选择性，容量小易产生脱附，造成二次污染。光催化法需要在紫外光照射下才能进行，具有较大的局限性。
然而，通过将含羟基氨基酸组分接枝到多孔吸附材料内部，羟基和氨基都可以和甲醛发生加成反应，单位重量材料可以净化更多的甲醛量，因此材料具有较长的使用寿命，具备大规模应用的市场前景。但羟基氨基酸吸附性材料的制备中，羟基氨基酸与多孔吸附材料之间的结合力弱，随着时间的发展，羟基氨基酸在高温、高湿环境下，较容易脱离吸附材料，使得吸附材料容易达到吸附饱和状态，以至吸附的作用大大降低，其次，负载的物质本身存在异味或者非常不稳定，容易在吸附去除过程中分解产生异味，并且一些吸附材料很容易滋生细菌和霉菌。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种环保净化材料、一种环保净化材料的制备方法。
本发明的第一方面，提供一种环保净化材料的制备方法，包括以下步骤：
S110、物理吸附基材的制备：
采用去离子水和/或乙醇在超声辅助下清洗多孔吸附材料，在50℃～80℃下真空干燥备用；之后，利用改性剂对干燥后的所述多孔吸附材料进行等离子体改性处理，得到所述物理吸附基材；其中，所述多孔吸附材料包括有机吸附材料和/或无机吸附材料；所述改性剂包括柠檬酸或硅烷偶联剂；
S120、化学吸附剂制备：
将羟基氨基酸与水的重量按照预设比例配成羟基氨基酸水溶液，得到所述化学吸附剂；之后，采用等离子体装置对羟基氨基酸水溶液处理，将所述化学吸附剂电离产生活性基团；
S130、浸渍处理：
将改性后的所述物理吸附基材置于真空浸渍罐中，密封真空浸渍罐后抽真空，利用真空吸入电离后的所述化学吸附剂，通入超声波进行真空浸渍1h～3h；
S140、干燥及药剂回收处理：
将浸渍过的所述化学吸附剂水溶液回收过滤，将浸渍过的所述物理吸附基材进行微波干燥至含水率低于5％；
S150、杀菌增香处理：
将茶叶渣粉、榄核提取物及干燥处理后的所述物理吸附基材的重量按比例1:0.5～1:5混合，形成所述环保净化材料。
可选的，步骤S110具体包括：利用柠檬酸对所述多孔吸附材料进行等离子体改性处理，以在所述多孔吸附材料表面产生羟基和/或羧基活性基团，且柠檬酸的长链烷基与所述多孔吸附材料交联聚合，形成网状交联结构；
其中，等离子体改性处理的功率范围为80W～200W，载气流量范围为10ccm～90ccm，处理时间为5min～30min；
其中，所述柠檬酸质量分数范围为6wt％～20wt％。
可选的，步骤S110具体包括：利用硅烷偶联剂对所述多孔吸附材料进行等离子体装置改性处理，以在多孔吸附材料表面产生羟基活性基团和/或活性氢基团，且所述硅烷偶联剂与所述多孔吸附材料产生牢固的键合作用；
其中，等离子体改性处理的功率范围为80W～200W，载气流量范围为10ccm～120ccm，处理时间5min～40min；
可选的，步骤S110中，所述硅烷偶联剂质量分数范围为0.5wt％～5wt％，其中，所述硅烷偶联剂包括KH550、KH560和KH570中至少一者。
可选的，步骤S110中，所述多孔吸附材料为活性炭、分子筛、硅胶、沸石、高岭土、粘土、二氧化钛、二氧化硅、氧化铝中至少一者。
可选的，步骤S120中，所述羟基氨基酸与水的重量预设比例范围为0.03:1～0.3:1；
其中，所述羟基氨基酸选自丝氨酸，苏氨酸、酪氨酸、5-羟赖氨酸、羟基脯氨酸、3-羟基天冬氨酸及其衍生物中至少一者。
可选的，步骤S120中，所述等离子体处理的时间范围为15min～35min，载气流量范围为30ccm～200ccm，等离子体电源功率范围为150W～350W。
可选的，在步骤S140之后，步骤S150之前还包括：
S141、将茶叶置于120℃～150℃下处理4h，冷却后研磨成粉，形成所述茶叶渣粉；
S142、将榄核置于干燥设备中升温至160℃～220℃，取出研磨成粉，之后置于干馏炉升温煅烧，收取120℃～400℃干馏产生的烟气冷凝得到冷凝液，再对所述冷凝液进行精馏，形成所述榄核提取物。
可选的，在步骤S150中，所述茶叶渣粉中加入10％～25％的碳酸锌和/或氧氧化锌，以提高所述环保净化材料的除臭性能。
本发明的第二方面，提供一种环保净化材料，采用本发明上述方法制得。
本发明提供的环保净化材料，采用“等离子体两步法”成功制备了环保净化材料，第一步，利用柠檬酸或硅烷偶联剂对物理吸附基材进行了等离子体改性处理，以使改性剂与物理吸附基材发生键合作用或交联作用，并且在其表面具有羟基、羧基或活性氢基团，以改变多孔吸附材料的活性与表面亲水性。第二步，通过等离子体装置对羟基氨基酸水溶液处理，以使其水溶液电离产生大量活性基团，更容易与改性后的物理吸附基材接枝，使羟基氨基酸与物理吸附基材之间具有较强的结合力，不易脱离。本发明通过“等离子体两步法”协同处理得到的环保净化材料能够快速捕捉室内甲醛并消除孔道内捕捉到的甲醛分子，以提高吸附甲醛量，不易达到吸附饱和，吸附作用增强，并且提高了对甲醛的吸附稳定性，达到净化空气中甲醛的目的。此外，采用茶叶渣粉与榄核提取物对该材料进行杀菌增香处理，得到的环保净化材料既具有除甲醛的功效，还同时具有杀菌除异味的作用。
附图说明
图1为本发明实施例的环保净化材料制备流程图；
图2(a)为本发明实施例2的环保净化材料扫描电镜图；
图2(b)为本发明实施例5的环保净化材料扫描电镜图；
图2(c)为本发明实施例10的环保净化材料扫描电镜图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本发明的第一方面为提供一种环保净化材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S110、物理吸附基材的制备：
采用去离子水和/或乙醇在超声辅助下清洗多孔吸附材料，在50℃～80℃下真空干燥备用；之后，利用改性剂对干燥后的所述多孔吸附材料进行等离子体改性处理，得到所述物理吸附基材；其中，所述多孔吸附材料包括有机吸附材料和/或无机吸附材料；所述改性剂包括柠檬酸或硅烷偶联剂；
S120、化学吸附剂制备：
将羟基氨基酸与水的重量按照预设比例配成羟基氨基酸水溶液，得到所述化学吸附剂；之后，采用等离子体装置对多孔吸附材料进行电离处理，将所述化学吸附剂电离产生活性基团；
S130、浸渍处理：
将改性后的所述物理吸附基材置于真空浸渍罐中，密封真空浸渍罐后抽真空，利用真空吸入电离后的所述化学吸附剂，通入超声波进行真空浸渍1h～3h；
S140、干燥及药剂回收处理：
将浸渍过的所述化学吸附剂水溶液回收过滤，将浸渍过的所述物理吸附基材进行微波干燥至含水率低于5％；
S150、杀菌增香处理：
将茶叶渣粉、榄核提取物及干燥处理后的所述物理吸附基材的重量按比例1:0.5～1:5混合，形成所述环保净化材料。
本发明提供的环保净化材料，采用“等离子体两步法”成功制备了环保净化材料，第一步，利用柠檬酸或硅烷偶联剂对物理吸附基材进行了等离子体改性处理，以使改性剂与物理吸附基材发生键合作用或交联作用，并且在其表面具有羟基、羧基或活性氢基团，以改变多孔吸附材料的活性与表面亲水性。第二步，通过等离子体装置对羟基氨基酸水溶液处理，以使其水溶液电离产生大量活性基团，更容易与改性后的物理吸附基材接枝，使羟基氨基酸与物理吸附基材之间具有较强的结合力，不易脱离。本发明通过“等离子体两步法”协同处理得到的环保净化材料能够快速捕捉室内甲醛并消除孔道内捕捉到的甲醛分子，以提高吸附甲醛量，不易达到吸附饱和，吸附作用增强，并且提高了对甲醛的吸附稳定性，达到净化空气中甲醛的目的。此外，采用茶叶渣粉与榄核提取物对该材料进行杀菌增香处理，得到的环保净化材料既具有除甲醛的功效，还同时具有杀菌除异味的作用。
下文将以几个不同实施例具体说明：
实施例1
步骤1：物理基材的制备
采用去离子水和/或乙醇在超声辅助下清洗多孔吸附材料，在70℃下真空干燥备用；之后，利用柠檬酸对干燥后的多孔吸附材料进行等离子体改性处理，得到物理吸附基材，其中，等离子体改性处理的功率为120W，载气流量为50ccm，处理时间为15min，柠檬酸质量分数为多孔吸附材料的6wt％。
需要说明的是，本实施例中多孔吸附材料选用二氧化硅为例进行分析说明，其中二氧化硅孔径范围为20nm～10μm。当然，本领域技术人员可以根据实际需要选择其他吸附材料，在此不做具体限定，具体地，多孔吸附材料可以选自活性炭、分子筛、硅胶、沸石，高岭土、粘土、二氧化钛、二氧化硅、氧化铝中至少一者，多孔吸附材料可以是颗粒状、颗粒破碎状、粉末状、蜂窝状等多种形式，在此并不作具体限定。
具体地，为了使物理吸附基材表面具有更多活性基团及一定的亲水性，利用柠檬酸对多孔吸附材料进行等离子体改性处理，以在多孔吸附材料表面产生羟基和/或羧基活性基团，且柠檬酸的长链烷基与多孔吸附材料交联聚合，形成网状交联结构。
需要说明的是，柠檬酸的酸性适中，不会对吸附材料造成腐蚀影响，且柠檬酸来源广泛，对环境和人体在一定程度上无害，当然，也可以采用从罐头厂等废弃的柠檬、柑橘、菠萝等果实中提取的柠檬酸用作改性处理。从效率的角度考虑，也可以采用工业合成的柠檬酸。
目前所采用的多孔吸附材料多为粉末或者颗粒状，仅通过静置浸泡，一方面预处理的效果较差，难以将有效的柠檬酸成分渗入到多孔材料的孔道内，另一方面效率较低。因此通过等离子体改性处理的多孔吸附材料，不仅使其表面产生活性氢，羟基活性基团，还能使多孔吸附材料表面具有一定的亲水性，可以在孔道内较快载入活性分子，且能够快速捕捉并吸附空气中的甲醛分子，从而一步降低室内甲醛浓度。并提高吸附甲醛量，以解决现有技术中吸附容易达到饱和状态的问题，经改性剂处理的物理吸附基材也可以提高对甲醛的吸附稳定性。
步骤2：化学吸附剂的制备
将羟基氨基酸与水的重量按照比例0.03:1配成羟基氨基酸水溶液，得到所述化学吸附剂；之后，采用等离子体装置对羟基氨基酸水溶液进行电离处理25min，等离子体电源功率为200W，气压为50Pa，在以上条件下，化学吸附剂电离产生活性基团。
需要说明的是，本实施例中采用的羟基氨基酸选自丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、5-羟赖氨酸、羟基脯氨酸、3-羟基天冬氨酸及其衍生物的至少一者。
本实施例中通过等离子体装置处理使羟基氨基酸产生活性基团，更容易与物理吸附基材结合且结合粘附力更强，其中的氨基活性基团可与甲醛发生亲核加成反应，形成化学吸附，生成无毒的羟基衍生物，且生成的物质无毒，有利于进一步的解吸附及循环利用，其次，羟基氨基酸中的羟基具有一定的活性也同样可以与甲醛发生亲电反应，两者的协同效应增强了吸附效果。此外，通过等离子体处理的化学吸附剂，可以快速降解孔道中所吸附的甲醛，使得物理吸附基材可以再次吸附空气中的甲醛分子并且进一步消除，而实现降低活性炭的甲醛吸附平衡浓度，且能够在低浓度的甲醛条件下，不断吸附去除甲醛，净化空气。这种机理结合了物理吸附-化学降解-循环三个步骤，首先实现对甲醛的快速捕捉吸附，并且在多孔吸附材料的孔道内逐渐降解，从而可以再次吸附并降解室内甲醛分子，实现了可以循环吸附降解室内甲醛分子的目的，且可以长时间的持续消除甲醛，并且成本低廉。
步骤3：浸渍处理
将上述得到的物理吸附基材置于真空浸渍罐中，密封真空浸渍罐后抽真空，利用真空吸入化学吸附剂，并控制所吸入的化学吸附剂与物理吸附基材的体积比为0.8:1，之后，通入超声波进行真空浸渍2h。在上述真空浸渍过程中，超声波处理频率范围为80kHz，真空度范围为-0.05MPa，其中，超声波处理时间等于或少于真空浸渍时间。
步骤4：干燥及药剂回收处理
将浸渍过的化学吸附剂水溶液回收过滤，将浸渍过的物理吸附基材进行微波干燥至含水率低于5％，其中，微波干燥频率为2450MHz，干燥时间为10min，干燥温度为80℃。微波干燥的处理效果比传统的烘干效率高，且能耗低。而且，微波干燥使得附着了化学吸附剂的环保净化材料避免在长时间干燥的过程中影响化学吸附剂与物理吸附基材之间的结合力。
步骤5：杀菌增香处理
先将茶叶置于120℃下处理4h，冷却后研磨成粉，形成茶叶渣粉。
需要说明的是，茶叶渣中仍然残余较多的茶多酚，众所周知，茶多酚又名抗氧灵、维多酚、防哈灵，是茶叶中所含的一类多羟基类化合物，简称TP，主要化学成分为儿茶素类(黄烷醇类)、黄酮及黄酮醇类、花青素类、酚酸及缩酚酸类、聚合酚类等化合物的复合体。而茶多酚或者茶叶常用于制备成富含茶多酚的液体后，再喷洒至如人造板、室内或者车内装饰材料上，以作为除甲醛剂而使用。但这种使用方式所施加的茶多酚，除甲醛力度弱，且耗费较多。经研究表明，茶叶渣中仍保有大量的茶多酚，这部分茶多酚常常因为茶叶渣的丢弃而流失。根据本发明的环保净化材料，充分利用了这部分废弃物，变废为宝。
其次，再将榄核置于干燥设备中升温至160℃，之后置于干馏炉升温煅烧，收取120℃干馏产生的烟气冷凝得到冷凝液，再对冷凝液进行精馏，形成榄核提取物。
需要说明的是，榄核，桃核等果核，经过适当处理后，具有一定的杀菌和消除异味的性能。这是因为，榄核提取物中含有混合有机酸类，它可以与含氮、氨等碱性臭气分子反应。与一般酸碱反应不同的是，一般的酸是有毒的，不可食用的，不能生物降解的。而天然植物提取液能进行生物降解，无毒。榄核提取液除臭有以下阶段：榄核提取液靠范德华力与臭气分子结合，臭气分子因为和植物液发生化学反应而被消除。另外，天然榄核提取液还可以消除氯气和二氧化碳，它是通过在微粒的周围产生电晕作用，电晕产生后，气体分子和植物液结合从而被除去。榄核提取液与异味分子的催化氧化反应：如硫化氢在一般情况下，不能与空气中的氧进行反应。但在天然榄核提取液的催化用下，可以与空气中的氧气发生反应。
之后，将上述得到的茶叶渣粉、榄核提取物及干燥处理后的物理吸附基材的重量按比例1:0.5混合，形成环保净化材料。
可选的，在步骤5中，也可以在茶叶渣粉中加入10％的碳酸锌和/或氧氧化锌，以提高环保净化材料的除臭性能。
本实施例提供的环保净化材料，将改性后的物理吸附基材与处理后的化学吸附剂有效结合，充分发挥两者优势，等离子体两步协同处理不仅提高两者之间的结合力更提高了吸附容量。其次，利用天然的茶叶渣粉与榄核提取物更进一步提升了去甲醛性能且可以有效去除细菌及异味。该环保材料可应用在多种需要对空气进行净化处理、除去挥发性有害物质的场合中，例如空气净化中的滤芯、除甲醛滤纸等产品。
实施例2
为了确定环保净化材料制备方法的工艺参数范围，按照实施例1的方法制备环保净化材料，只改变柠檬酸溶液的质量分数为12wt％，其余条件均不变，得到的环保净化材料的比表面积与甲醛去除率结果如表1。由此得出，随着柠檬酸改性剂质量分数的增加，得到的环保净化材料的比表面积增加，为1067m2/g，对甲醛的去除率也增加，达到90.8％，这说明柠檬酸改性后的材料具有较大的吸附面积与较强的甲醛捕捉能力。
实施例3
为了确定环保净化材料制备方法的工艺参数范围，按照实施例1的方法制备环保净化材料，只改变柠檬酸溶液的质量分数为20wt％，其余条件均不变，得到的环保净化材料的比表面积与甲醛去除率结果如表1。由此得出，随着柠檬酸改性剂质量分数的增加，得到的环保净化材料的比表面积稍有所下降，为983m2/g，对甲醛的去除率为89.1％，这说明有部分柠檬酸在材料表面发生团聚，导致比表面积稍有下降。
实施例4
为了确定环保净化材料制备方法的工艺参数范围，按照实施例1的方法制备环保净化材料，利用硅烷偶联剂KH550对多孔吸附材料进行等离子体表面改性处理，KH550的质量分数为0.5wt％，等离子体处理的功率为120W，载气流量为50ccm，处理时间为15min。其余条件不变，得到的环保净化材料的比表面积与甲醛去除率结果如表1。由此得出，经KH550改性剂处理后的环保净化材料的比表面积增加，为917m2/g，对甲醛的去除率达到88.1％，这说明KH550改性后的材料具有更大的吸附面积与表面结合力，可以吸附更多的甲醛。
本实施例利用硅烷偶联剂KH550在等离子体作用下对多孔吸附材料改性，可以在多孔吸附材料表面产生羟基活性基团和/或活性氢基团，且硅烷偶联剂与所述多孔吸附材料产生牢固的键合作用，提高多孔吸附材料的活性，提高了改性活跃度及材料的表面亲水性，使得多孔吸附材料的改性更为彻底。
实施例5
为了确定环保净化材料制备方法的工艺参数范围，按照实施例4的方法制备环保净化材料，只改变KH550的质量分数为2.5wt％，其余条件均不变，得到的环保净化材料的比表面积与甲醛去除率结果如表1。由此得出，随着KH550改性剂增加，处理后的环保净化材料的比表面积增加，为1251m2/g，对甲醛的去除率达到92.2％，这说明KH550改性后的材料吸附能力，比表面积均有所增加，以除去更多的甲醛。
实施例6
为了确定环保净化材料制备方法的工艺参数范围，按照实施例4的方法制备环保净化材料，只改变KH550的质量分数为5wt％，其余条件均不变，得到的环保净化材料比表面积与甲醛去除率结果如表1。由此得出，硅烷偶联剂改性剂增加为5wt％，处理后的环保净化材料的比表面积稍有降低，为1015m2/g，对甲醛的去除率达到90.5％。
实施例7
为了确定环保净化材料制备方法的工艺参数范围，按照实施例4的方法制备环保净化材料，只改变KH560的质量分数为2.5wt％，其余条件均不变，得到的环保净化材料比表面积与甲醛去除率结果如表1。由此得出，当KH560改性剂为2.5wt％，处理后的环保净化材料的比表面积为1177m2/g，对甲醛的去除率达到91.3％。
实施例8
为了确定环保净化材料制备方法的工艺参数范围，按照实施例4的方法制备环保净化材料，只改变KH570的质量分数为2.5wt％，其余条件均不变，得到的环保净化材料比表面积与甲醛去除率结果如表1。由此得出，当KH570改性剂为2.5wt％，处理后的环保净化材料的比表面积为1289m2/g，对甲醛的去除率达到93.1％。硅烷偶联剂与多孔吸附材料发生键和作用，表面附着更多的活性基团，以捕捉更多的甲醛。
实施例9
为了确定环保净化材料制备方法的工艺参数范围，按照实施例1的方法制备环保净化材料，只改变步骤5中的茶叶渣粉、榄核提取物及干燥处理后的所述物理吸附基材的重量比例为1:5，其余条件均不变，得到的环保净化材料比表面积与甲醛去除率结果如表1。由此得出，茶叶渣粉、榄核提取物的增加对甲醛吸附率有所增加，其中环保净化材料的比表面积为841m2/g，对甲醛的去除率为82.3％。与实施例1相比，对甲醛的去除率稍有增加，说明茶叶渣粉、榄核提取物不仅具有杀菌增香的效果，还具有一定除甲醛的功效。
实施例10
为了分析“等离子两步法”处理的环保净化材料对甲醛去除效率的影响，本实施例做了空白试验，即按照实施例1中的方法制备环保净化材料，去掉步骤1中的等离子体改性处理多孔吸附材料及步骤2中的等离子体处理化学吸附剂，也就是说，在该实施例中的多孔吸附材料未经等离子体表面改性处理与未处理化学吸附剂，直接将物理吸附基材与化学吸附剂浸渍，得到的环保净化材料比表面积与甲醛去除率结果如表1，未经等离子体表面改性处理得到的环保材料比表面积仅为457m2/g，对甲醛的去除率为51.8％。
实施例11
为了分析“等离子第一步”改性处理的环保净化材料对甲醛的去除效率的影响，本实施例做了对比试验，即按照实施例1中的方法环保净化材料，只去掉步骤1中的等离子体改性处理多孔吸附材料，也就是说，在该实施例中的多孔吸附材料未经等离子体表面改性处理，直接与步骤2中的处理后的化学吸附剂浸渍，得到的环保净化材料比表面积与甲醛去除率结果如表1，未经等离子体表面改性处理得到的环保材料比表面积仅为619m2/g，对甲醛的去除率为69.7％。本实施例与实施例10对比可知，等离子体改性影响多孔材料的孔结构，使比表面积增大，对甲醛的捕捉能力稍有增强。
实施例12
为了进一步分析“等离子第二步”电离处理的化学吸附剂对甲醛去除效率的影响，本实施例做了对比试验，即按照实施例1中的方法环保净化材料，只去掉步骤2中的等离子体处理化学吸附剂，也就是说，在该实施例中的化学吸附剂未经等离子体电离处理，直接与步骤1中改性后的物理吸附基材浸渍，得到的环保净化材料比表面积与甲醛去除率结果如表1，未经等离子体电离处理得到的环保材料比表面积仅为568m2/g，对甲醛的去除率为62.4％。本实施例与实施例10对比可知，等离子体电离处理化学吸附剂影响多孔材料的比表面积，这是因为，在等离子体产生的高频电流下使羟基氨基酸产生大量活性基团，如羟基活性基团，活性氢等，这些活性基团更容易与改性后的物理吸附基材结合，在多孔吸附材料的孔表面发生化学键合作用，从而导致其比表面积增加。
因此，由前文所述的实施例可以得知，经过“等离子体两步法”协同处理后的多孔吸附材料不仅比表面积增加，在表面上还附着大量的活性基团，更容易捕捉甲醛，且吸附量有所增加，以达到除去甲醛的作用。只采用改性处理或者只处理化学吸附剂均不能显著提高甲醛去除率，必须使两者协同作用，才具有更好的界面结合力，以在材料表面发生化学键合或交联作用。
表1环保净化材料比表面积与甲醛去除率结果
| 比表面积(m<sup>2</sup>/g) | 甲醛去除率(％) | |
| 实施例1 | 738 | 80.1 |
| 实施例2 | 1067 | 90.8 |
| 实施例3 | 983 | 89.1 |
| 实施例4 | 917 | 88.1 |
| 实施例5 | 1251 | 92.2 |
| 实施例6 | 1015 | 90.5 |
| 实施例7 | 1177 | 91.3 |
| 实施例8 | 1289 | 93.1 |
| 实施例9 | 841 | 82.3 |
| 实施例10 | 457 | 51.8 |
| 实施例11 | 619 | 69.7 |
| 实施例12 | 568 | 62.4 |
(注：表1中的甲醛去除率是在室温25℃、净化30min条件下)
本发明的第二方面为根据上述方法制备得到一种环保净化材料，具体制备方法参考前文相关记载，在此不做赘述。该环保净化材料具有吸附与除菌除异味的特征，很好的解决了现有技术中吸附材料粘附力差且易达饱和状态、以及存在异味、细菌等问题。为了进一步证明该环保净化材料的性能，以实施例2和实施例5为典型代表对该材料进行电镜分析以及除甲醛性能方面的测试，结果如下实施例。
实施例13
具体地，图2c为未经“等离子体两步法”处理的的环保净化材料，图2a为实施例2中采用“等离子体两步法”处理后的材料扫描电镜图，其中改性剂选用柠檬酸为12wt％处理得到的环保净化材料，其材料的表面有活性基团附着物，且与图2c相比较具有明显的交联网状结构，表面粗糙度增加，比表面积增加，相应孔体积有所增加。
如图2b所示，实施例5中采用“等离子体两步法”处理的，其中改性剂选用KH550为2.5wt％处理得到的环保净化材料，其材料的表面均匀附着一层活性基团，且与图2c相比较表面更加粗糙，比表面积增加，相应孔体积有所增加，以捕获更多的甲醛量。
测试过程及结果如下：
1)、室温除甲醛性能测试(25℃)
按照国标QB-T2761-2006《室内空气净化产品净化效果测定方法》搭建实验装置，进行实验测试。将能够释放甲醛的1平方米的地板放置在10平方米空白舱中，检测空白舱中，甲醛的浓度为10毫克/立方米，将5g的产品分别放置在空白舱中，且在空白舱中放置功率为1W的光源，检测空白舱甲醛的浓度。甲醛的去除率＝(初始浓度-试样浓度)×100/初始浓度，实施例2中的材料在净化30min后对甲醛的净化效率不低于90.8％，在净化30min后对苯的净化效率不低于75.1％。实施例5中的材料在净化30min后对甲醛的净化效率不低于92.2％，在净化30min后对苯的净化效率不低于80.3％。此外，在实验测试中并无异味及细菌产生，具有很好的杀菌增香作用。
2)、高温除甲醛性能测试(100℃)
将空白舱的温度升高至100℃，重复进行上述测试。
结果显示，根据本申请的环保净化材料对甲醛和苯的净化效果良好，实施例2中的材料在净化30min后对甲醛的净化效率不低于91.8％，在净化30min后对苯的净化效率不低于77.0％。实施例5中的材料在净化30min后对甲醛的净化效率不低于93.5％，在净化30min后对苯的净化效率不低于81.4％。此外，在实验测试中并无异味及细菌产生，具有很好的杀菌增香作用。
本发明提供的环保净化材料，采用“等离子体两步法”成功制备了环保净化材料，第一步，利用柠檬酸或硅烷偶联剂对物理吸附基材进行了等离子体改性处理，以使改性剂与物理吸附基材发生键合作用或交联作用，并且在其表面具有羟基、羧基或活性氢基团，以改变多孔吸附材料的活性与表面亲水性。第二步，通过等离子体装置对羟基氨基酸水溶液处理，以使其水溶液电离产生大量活性基团，更容易与改性后的物理吸附基材接枝，使羟基氨基酸与物理吸附基材之间具有较强的结合力，不易脱离。本发明通过“等离子体两步法”协同处理得到的环保净化材料能够快速捕捉室内甲醛并消除孔道内捕捉到的甲醛分子，以提高吸附甲醛量，不易达到吸附饱和，吸附作用增强，并且提高了对甲醛的吸附稳定性，达到净化空气中甲醛的目的。此外，采用茶叶渣粉与榄核提取物对该材料进行杀菌增香处理，得到的环保净化材料既具有除甲醛的功效，还同时具有杀菌除异味的作用。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种环保净化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S110、物理吸附基材的制备：
采用去离子水和/或乙醇在超声辅助下清洗多孔吸附材料，在50℃～80℃下真空干燥备用；之后，利用改性剂对干燥后的所述多孔吸附材料进行等离子体改性处理，得到所述物理吸附基材；其中，所述多孔吸附材料包括有机吸附材料和/或无机吸附材料；所述改性剂包括柠檬酸或硅烷偶联剂；
S120、化学吸附剂制备：
将羟基氨基酸与水的重量按照预设比例配成羟基氨基酸水溶液，得到所述化学吸附剂；之后，采用等离子体装置对羟基氨基酸水溶液处理，将所述化学吸附剂电离产生活性基团；
S130、浸渍处理：
将改性后的所述物理吸附基材置于真空浸渍罐中，密封真空浸渍罐后抽真空，利用真空吸入电离后的所述化学吸附剂，通入超声波进行真空浸渍1h～3h；
S140、干燥及药剂回收处理：
将浸渍过的所述化学吸附剂水溶液回收过滤，将浸渍过的所述物理吸附基材进行微波干燥至含水率低于5％；
S150、杀菌增香处理：
将茶叶渣粉、榄核提取物及干燥处理后的所述物理吸附基材的重量按比例1∶0.5～1∶5混合，形成所述环保净化材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S110具体包括：利用柠檬酸对所述多孔吸附材料进行等离子体改性处理，以在所述多孔吸附材料表面产生羟基和/或羧基活性基团，且柠檬酸的长链烷基与所述多孔吸附材料交联聚合，形成网状交联结构；
其中，等离子体改性处理的功率范围为80W～200W，载气流量范围为10ccm～90ccm，处理时间为5min～30min；
其中，所述柠檬酸溶液质量分数范围为6wt％～20wt％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S110具体包括：利用硅烷偶联剂对所述多孔吸附材料进行等离子体装置改性处理，以在多孔吸附材料表面产生羟基活性基团和/或活性氢基团，且所述硅烷偶联剂与所述多孔吸附材料产生牢固的键合作用；
其中，等离子体改性处理的功率范围为80W～200W，载气流量范围为10ccm～120ccm，处理时间5min～40min。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S110中，所述硅烷偶联剂质量分数范围为0.5wt％～5wt％，其中，所述硅烷偶联剂包括KH550、KH560和KH570中至少一者。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S110中，所述多孔吸附材料为活性炭、分子筛、硅胶、沸石、高岭土、粘土、二氧化钛、二氧化硅、氧化铝中至少一者。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S120中，所述羟基氨基酸与水的重量预设比例范围为0.03∶1～0.3∶1；
其中，所述羟基氨基酸选自丝氨酸，苏氨酸、酪氨酸、5-羟基赖氨酸、羟基脯氨酸、3-羟基天冬氨酸及其衍生物中至少一者。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S120中，所述等离子体处理的时间范围为15min～35min，载气流量范围为30ccm～200ccm，等离子体电源功率范围为150W～350W。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S140之后，步骤S150之前还包括：
S141、将茶叶置于120℃～150℃下处理4h，冷却后研磨成粉，形成所述茶叶渣粉；
S142、将榄核置于干燥设备中升温至160℃～220℃，取出研磨成粉，之后置于干馏炉升温煅烧，收取120℃～400℃干馏产生的烟气冷凝得到冷凝液，再对所述冷凝液进行精馏，形成所述榄核提取物。
9.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，在步骤S150中，所述茶叶渣粉中加入10％～25％的碳酸锌和/或氧氧化锌，以提高所述环保净化材料的除臭性能。
10.一种环保净化材料，采用如权利要求1～9任意一项所述的制备方法制得。
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