CN111036071A

CN111036071A - 一种去除甲醛的空气净化剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN111036071A
Application number: CN201811181355.XA
Authority: CN
Inventors: 魏春光; 王静霞; 梁燕
Original assignee: Shenzhen Graduate School Tsinghua University
Current assignee: Shenzhen Graduate School Tsinghua University
Priority date: 2018-10-11
Filing date: 2018-10-11
Publication date: 2020-04-21

Abstract

本发明涉及空气净化领域，具体涉及一种去除甲醛的空气净化剂及其制备方法和应用。一种去除甲醛的空气净化剂，包括吸附剂、清除剂和粘结剂，所述吸附剂为高比表面积、强吸附材料，所述清除剂为锰基氧化物，所述粘结剂为水系粘结剂。制备方法简单、易操作、用时少、耗能少，先将所述吸附剂、清除剂和粘结剂溶于水中并充分搅拌，再利用造粒技术获得毫米级别的颗粒小球，烘干后即可得到去除甲醛的空气净化剂。本发明提供的空气净化剂能够快速、显著、彻底、持久的去除甲醛，既可作为成品直接净化空气，也可与其他空气净化用的设备搭配使用，实际应用范围广，易于推广使用。

Description

一种去除甲醛的空气净化剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及空气净化领域，具体涉及一种去除甲醛的空气净化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，室内空气污染对人体的危害成为了社会关注热点，相比于室外空气污染，室内空气污染程度是室外的2~16倍，有的甚至超过100倍。室内空气污染已成为危害公众健康的隐形杀手，被美国环保局列入对公众健康危害最大的5 种环境因素之一。室内污染中最危险的污染物就是甲醛，轻则刺激咽喉、皮肤，引起身体不适，重则引起癌症、白血病、女性月经紊乱、儿童哮喘等，孕妇若长期待在甲醛污染严重的室内，会引起贫血、先兆流产，甚至产下畸形儿，基因发生突变。世界卫生组织已将甲醛判定为第一类致癌物质，甲醛在我国有毒化学品优先控制名单上位居第二名。

室内环境中甲醛主要来源于生活用品、建筑及装修装饰品和化工产品，次要来源于香烟和燃料的不完全燃烧等，总的来说甲醛的来源是十分广泛的。此外，甲醛污染存在长期性，许多建筑、装修装饰材料、家具等会缓慢的释放甲醛，这种缓慢释放会在几年甚至十几年内存在，所以甲醛是室内空气的长期污染源，带来的危害不容小觑。

我国出台的《室内空气质量标准》中明确指出，甲醛在室内空气中的浓度不得高于0.1 mg/m³。目前，处理甲醛的方法主要可分为三类：物理方法、生物方法和化学方法。物理方法是指利用活性炭、硅藻土等具有多孔结构、表面积大、吸附能力强的物质，对空气中的甲醛进行吸附，降低甲醛含量。这类方法大众认知度和接受度最高，实际应用最多。但物理方法存在一个致命的缺点，就是仅吸附捕捉甲醛气体，不能彻底消除甲醛，随着吸附量达到饱和，吸附的甲醛会被重新释放到空气中，造成二次污染，更不能有效解决甲醛存在长期污染的问题。生物方法是指利用植物或生物酶对甲醛进行吸收处理，但这种方法处理甲醛污染需要较长的时间，且酶活性易受环境干扰而失活，实际应用效果差。化学方法主要是利用化学清除剂将甲醛彻底分解成二氧化碳和水，不存在二次污染。

化学清除剂可分为两种，一种是利用光催化分解作用的光触媒，主要有效成分为二氧化钛，利用二氧化钛在紫外光照射下的光催化特性，将甲醛气体分解为二氧化碳和水，显然这种光触媒的缺点在于，激发二氧化钛光催化特性需要在特定紫外光的照射下，可见光作用小，使用条件要求高，如果搭载紫外光照射，价格成本会增加；另一种化学清除剂是具有氧化催化作用的金属氧化物，通过金属氧化物的强氧化性，在常温常压、无需特定光照条件下即可将甲醛催化分解为二氧化碳和水，其中以锰基氧化物氧化催化分解甲醛的效果最佳。特别的，锰基氧化物资源丰富、价格低廉、无毒无害，在实际应用中具有突出的优势。

有效去除甲醛的过程应包括两部分，先是对甲醛进行吸附捕捉，再催化分解甲醛。中国专利CN108421545A公开了一种纳米二氧化锰复合材料及其制备方法和应用，将纳米碳附着于二氧化锰纳米片表面，获得比表面积为100~240 m²/g、可降解甲醛的复合材料，该复合材料是以二氧化锰为负载基底，对甲醛的吸附量提升有限。中国专利CN105435740A公开了一种负载二氧化锰的活性炭甲醛吸附剂的制备方法，CN108452766A公开了一种硅藻土负载水钠锰矿型二氧化锰的制备方法，两则专利均是以比表面积高达100~3000 m²/g的活性炭或硅藻土为基底，对甲醛的吸附能力非常强。然而这两种制备方法是以锰盐溶液为基础，经过高温水浴加热、洗涤、烘干等步骤，用时较长，耗能较多，制备方法应改进。

发明内容

有鉴于此，针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种去除甲醛的空气净化剂及制备方法和应用，兼容了物理和化学方法去除甲醛。先通过吸附剂捕捉吸附甲醛，再以清除剂对吸附的甲醛进行彻底的分解去除，无二次污染。制备这种空气净化剂主要利用简单的造粒技术，用时短、耗能污染少，可批量快速生产，适于产业化应用。特别的，该空气净化剂时效长，可持续吸收并分解长时间缓慢释放的甲醛，且通过加热的方式可对该空气净化剂进行再生。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种去除甲醛的空气净化剂，包括吸附剂、清除剂和粘结剂，所述吸附剂为高比表面积、强吸附材料，所述清除剂为锰基氧化物，所述粘结剂为水系粘结剂。

作为本发明空气净化剂的一种改进，所述高比表面积、强吸附材料为活性炭、硅藻土、海泡石、高岭土和凹凸棒粘土中的至少一种。

作为本发明空气净化剂的一种改进，所述水系粘结剂为羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶中的至少一种。

本发明一种去除甲醛的空气净化剂的制备方法，包括如下步骤：

第一步，按比例将吸附剂、清除剂、粘结剂加入到去离子水中，该浆料在常温下充分搅拌1~3 h；

第二步，将搅拌好的浆料进行造粒，获得具有一定尺寸大小的球形颗粒，在50~100°C下干燥10~15 h，即可得到去除甲醛的空气净化剂。

作为本发明制备方法的一种改进，吸附剂和清除剂的比例为5~1:1，粘结剂含量为吸附剂和清除剂总量的0.2%~1%，浆料的固含量为50~70 wt.%。

作为本发明制备方法的一种改进，造粒获得球形颗粒大小为1~5 mm。

本发明一种去除甲醛的空气净化剂可直接作为成品置于需要净化空气的空间内使用，也可以应用于需要对空气进行净化的设备或工艺品。

相对于现有技术，本发明至少具有如下优点：

1、本发明提供的空气净化剂，兼容了物理和化学的方法去除甲醛，先通过吸附剂吸附捕捉甲醛气体，再利用清除剂彻底催化分解甲醛，强吸附、强降解，不存在重新释放甲醛造成二次污染。

2、本发明提供的空气净化剂能够快速去除甲醛，在15 min内甲醛去除率高达80%以上，30 min内甲醛去除率可达到85~95%，2 h内甲醛含量可低于国家标准的0.1 mg/m³，去除率可达95~100%。

3、本发明提供的空气净化剂去除甲醛的效果持久，可持续吸收并分解长时间缓慢释放的甲醛。重新滴加甲醛，该空气净化剂能够继续迅速地吸附、分解甲醛，空气中的甲醛含量仍低于0.1 mg/m³，对甲醛的长期污染有较好的治理效果。

4、本发明提供的空气净化剂无毒无害、绿色环保，在常温常压下即可使用，无需特殊光照，且可以通过加热的方式进行再生。

5、本发明提供的空气净化剂制备方法简单，用时短、耗能少，原料和技术成本低廉，适于产业化应用推广。

6、本发明提供的空气净化剂即可作为成品直接净化空气，也可与其他空气净化用的设备搭配使用，实际应用范围广，易于推广使用。

附图说明

图1为实施例1~5和对比例1~2在2 h内的甲醛去除率；

图2为实施例1和对比例1~2在24 h内的甲醛去除率。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明及其有益效果进行详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例 1

本实施例提供了一种去除甲醛的空气净化剂，包括吸附剂、清除剂和粘结剂，吸附剂为活性炭，清除剂为具有层状结构的δ型二氧化锰，粘结剂为羧甲基纤维素钠。

该空气净化剂的制备方法，包括如下步骤：

第一步，将80 g活性炭、20 g二氧化锰与0.5 g粘结剂加入到去离子水中，浆料固含量为60 wt.%，在常温下充分搅拌2 h；

第二步，将搅拌好的浆料进行造粒，获得尺寸大小约为3 mm的球形颗粒，在80°C下干燥12 h，即可得到去除甲醛的空气净化剂。

取20 g该实施例制备的空气净化剂进行甲醛去除测试，如图1所示，15 min的甲醛去除率为89.3%，30 min的甲醛去除率为95.8%，2 h的甲醛去除率为100%。如图2所示，在2 h至12 h内甲醛的去除率保持100%，在12 h重新滴加甲醛后，甲醛去除率微弱的下降然后上升，并恢复到100%。说明这种空气净化剂具有卓越的去除甲醛能力，甲醛去除效果持久。

实施例2

本实施例提供了一种去除甲醛的空气净化剂，包括吸附剂、清除剂和粘结剂，吸附剂为硅藻土，清除剂为具有层状结构的δ型二氧化锰，粘结剂为羧甲基纤维素钠。

该空气净化剂的制备方法，包括如下步骤：

第一步，将80 g硅藻土、20 g二氧化锰与0.5 g粘结剂加入到去离子水中，浆料固含量为60 wt.%，在常温下充分搅拌2 h；

取20 g该实施例制备的空气净化剂进行甲醛去除测试，如图1所示，15 min的甲醛去除率为86.8%，30 min的甲醛去除率为93.3%，2 h的甲醛去除率为99.3%。说明这种空气净化剂去除甲醛能力强。

实施例3

本实施例提供了一种去除甲醛的空气净化剂，包括吸附剂、清除剂和粘结剂，吸附剂为高岭土，清除剂为具有层状结构的δ型二氧化锰，粘结剂为羧甲基纤维素钠。

该空气净化剂的制备方法，包括如下步骤：

第一步，将80 g高岭土、20 g二氧化锰与0.5 g粘结剂加入到去离子水中，浆料固含量为60 wt.%，在常温下充分搅拌2 h；

取20 g该实施例制备的空气净化剂进行甲醛去除测试，如图1所示，15 min的甲醛去除率为84.1%，30 min的甲醛去除率为92.9%，2 h的甲醛去除率为98.4%。说明这种空气净化剂具有优异的甲醛去除能力。

实施例4

本实施例提供了一种去除甲醛的空气净化剂，包括吸附剂、清除剂和粘结剂，吸附剂为海泡石，清除剂为具有层状结构的δ型二氧化锰，粘结剂为羧甲基纤维素钠。

该空气净化剂的制备方法，包括如下步骤：

第一步，将80 g海泡石、20 g二氧化锰与0.5 g粘结剂加入到去离子水中，浆料固含量为60 wt.%，在常温下充分搅拌2 h；

取20 g该实施例制备的空气净化剂进行甲醛去除测试，如图1所示，15 min的甲醛去除率为87.4%，30 min的甲醛去除率为95.2%，2 h的甲醛去除率为98.9%。说明这种空气净化剂去除甲醛效果显著。

实施例5

本实施例提供了一种去除甲醛的空气净化剂，包括吸附剂、清除剂和粘结剂，吸附剂为凹凸棒粘土，清除剂为具有层状结构的δ型二氧化锰，粘结剂为羧甲基纤维素钠。

该空气净化剂的制备方法，包括如下步骤：

第一步，将80 g凹凸棒粘土、20 g二氧化锰与0.5 g粘结剂加入到去离子水中，浆料固含量为60 wt.%，在常温下充分搅拌2 h；

取20 g该实施例制备的空气净化剂进行甲醛去除测试，如图1所示，15 min的甲醛去除率为84.7%，30 min的甲醛去除率为93.6%，2 h的甲醛去除率为99.1%。说明这种空气净化剂去除甲醛能力强。

对比例1

本对比例提供了一种去除甲醛的空气净化剂，包括吸附剂和粘结剂，吸附剂为活性炭，粘结剂为羧甲基纤维素钠。

该空气净化剂的制备方法，包括如下步骤：

第一步，将100 g活性炭与0.5 g粘结剂加入到去离子水中，浆料固含量为60 wt.%，在常温下充分搅拌2 h；

取20 g该实施例制备的空气净化剂进行甲醛去除测试，如图1所示，15 min的甲醛去除率为85.6%，30 min的甲醛去除率为87.4%，2 h的甲醛去除率为89.6%，说明仅有吸附剂发生作用的空气净化剂，对甲醛的去除效率较低，而根据图2可以看出，2~12 h内甲醛的去除率并没有明显增加，且在12 h重新滴加少量甲醛后，甲醛去除率逐渐上升，说明该空气净化剂对重新释放的甲醛不再具备良好的去除能力。

对比例2

本对比例提供了一种去除甲醛的空气净化剂，包括清除剂和粘结剂，清除剂为具有层状结构的δ型二氧化锰，粘结剂为羧甲基纤维素钠。

该空气净化剂的制备方法，包括如下步骤：

第一步，将100 g二氧化锰与0.5 g粘结剂加入到去离子水中，浆料固含量为60 wt.%，在常温下充分搅拌2 h；

取20 g该实施例制备的空气净化剂进行甲醛去除测试，如图1所示，15 min的甲醛去除率为78.5%，30 min的甲醛去除率为81.7%，2 h的甲醛去除率为91.3%。说明仅有清除剂的空气净化剂在前30 min内的甲醛去除率较低，随着甲醛气体与空气净化剂的长时间充分接触，2 h的甲醛去除率明显提高。由图2可以看出，在2~12 h内甲醛去除率为逐渐上升状态，在12 h重新滴加少量甲醛后，甲醛去除率先下降后上升，24 h的甲醛去除率为94.7%。说明该空气净化剂具有较好的甲醛去除能力，对重新释放的甲醛仍可保持一定的去除能力，但去除效率较低，需要较长的作用时间。

将实施例1~5和对比例1~2在2 h内测得的甲醛含量汇总，如表1所示：

表1 实施例1~5和对比例1~2在2 h内测得的甲醛含量(mg/m³)

将实施例1和对比例1~2在24 h内测得的甲醛含量汇总，如表2所示：

表2 实施例1和对比例1~2在24 h内测得的甲醛含量(mg/m³)

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims

1.一种去除甲醛的空气净化剂，其特征在于，包括吸附剂、清除剂和粘结剂，所述吸附剂为高比表面积、强吸附材料，所述清除剂为锰基氧化物，所述粘结剂为水系粘结剂。

2.根据权利要求1所述一种去除甲醛的空气净化剂，其特征在于，所述高比表面积、强吸附材料为活性炭、硅藻土、海泡石、高岭土和凹凸棒粘土中的至少一种。

3.根据权利要求1所述一种去除甲醛的空气净化剂，其特征在于，所述水系粘结剂为羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶中的至少一种。

4.根据权利要求1~3所述一种去除甲醛的空气净化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述吸附剂和清除剂的比例为5~1:1，粘结剂含量为吸附剂和清除剂总量的0.2%~1%，浆料的固含量为50~70 wt.%。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述球形颗粒的大小为1~5 mm。

7.根据权利要求1~4所述一种去除甲醛的空气净化剂的应用，其特征在于，所述去除甲醛的空气净化剂可作为成品，也可以搭配其他空气净化设备使用。