CN111135690A - 一种除松节油材料和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种除松节油材料，以氧化剂和多孔碳材料为原料，经过溶解、搅拌、超声、干燥制得，所述氧化剂具备与松节油反应的作用，所述多孔碳材料具备吸附挥发到空气中的松节油和吸水的作用；所述氧化剂为次氯酸钙或高锰酸钾。一种除松节油装置，由内部活性材料和外部包覆材料构成，用外部包覆材料将内部活性材料包覆即可制得，其中，所述内部活性材料为除松节油材料；所述内部活性材料的氧化剂为次氯酸钙时，外部包覆材料必须同时具备透气性和透水性的棉布。本发明材料和装置可以有效除去松节油，具有耐候性，可更换，成本低廉、使用便捷。可以解决绘画相关人员在使用含松节油的颜料过程中，身体健康的问题。
Description
技术领域
本发明涉及室内污染防治技术领域，具体是一种除松节油材料和装置。
背景技术
总挥发性有机物含量（TVOC）对人体健康的影响已有广泛研究。在GB50325、GB/T18883中，均存在针对室内空气中TVOC的检测要求。松节油是无色、易挥发液体，具有刺激性气味，是绘画领域常用的溶剂，属于TVOC。虽然松节油对人体的危害已早有研究：
当温度高于35℃时，松节油即可产生蒸汽；
当浓度大于175ppm时，对眼睛产生明显的刺激性作用，导致角膜灼伤；
吸入含高浓度松节油气体会导致呼吸系统和神经系统损伤；
浓度达到1000ppm时，需要佩戴滤罐性呼吸防护用具，浓度达到1500ppm时，需要佩戴连续供氧式呼吸用具。
但是，由于松节油相对毒性较低，导致研究人员和人民群众对松节油的去除的关注和警惕几乎没有。
文献已有多篇研究报道，例如高浓度松节油引起心肌损害猝死（杜伟佳.1起松节油急性中毒死亡事故调查[J].中国职业医学,2006(6):486）和急性松节油中毒导致多器官功能衰竭死亡案例（何丹. 急性松节油中毒导致多器官功能衰竭死亡1例[J].中华灾害救援医学,2018,6(10):588-589）以及油漆中使用松节油导致3例儿童中毒案例（孙朝红.松节油中毒3例[J].罕少疾病杂志,2003,10(6):60）。
发明人所在绘画领域也必须经常性接触含大量松节油的绘画颜料，但是，在针对以松节油为代表的TVOC的日常处理方法仅有开窗通风，并无更加先进科学的防护手段。
因此，研发一款便捷有效的除松节油材料和装置，对从事绘画工作的师生的身体健康具有极为直接的现实意义。
发明内容
本发明的目的，是提供一种除松节油材料和装置。
利用氧化剂与松节油反应除去挥发的松节油；利用多孔碳材料吸附松节油，促进松节油和氧化剂的反应。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种除松节油材料，以氧化剂和多孔碳材料为原料，经过溶解、搅拌、超声、干燥制得，所述氧化剂具备与松节油反应的作用，所述多孔碳材料具备吸附挥发到空气中的松节油和吸水的作用；所述氧化剂为次氯酸钙或高锰酸钾。
一种除松节油装置，由内部活性材料和外部包覆材料构成，用外部包覆材料将内部活性材料包覆即可制得，其中，所述内部活性材料为除松节油材料；所述内部活性材料的氧化剂为次氯酸钙时，外部包覆材料必须同时具备透气性和透水性的棉布。
其中，氧化剂采用次氯酸钙和高锰酸钾具有以下区别。
高锰酸钾的优势在于：高锰酸钾的在空气中的稳定性显著优于次氯酸钙，因此，制备活性材料使可以以水为溶剂，而次氯酸钙不能以纯水为溶剂，必须采用水和乙醇的混合溶液作为溶剂；次氯酸钙复合后的活性材料在烘干时，必须采用有保护气的冷冻干燥，而高锰酸钾则不需要；
次氯酸钙的优势在于：高锰酸钾的水溶性太好，导致在潮湿环境下，会吸水溶解，从多孔碳材料中流出，造成环境污染；在实际应用时，需要针对该不足进行改进。
本发明除松节油材料和装置的技术效果实验检测结果表明：
1、本发明材料和装置可以在30 min时可以明显减少空气中松节油的浓度，120 min时可以有效除去绝大多数松节油，180 min时可以基本将松节油完全除去；
2、本发明材料和装置具有耐候性，可以在冬季条件下有效去除松节油；
3、本发明材料和装置失效之后，可以通过更换活性材料或装置，继续有效地去除松节油。
通过上述测试可知，本发明的优点包括：
1、可以有效去除空气中挥发的松节油，保护室内空气的洁净和相关人员的人体健康；
2、本发明装置成本低廉、使用便捷。
因此，本发明可以解决绘画相关人员在使用含松节油的颜料过程中，身体健康的问题。
附图说明
图1为实施例1中测试实验1、对比实验1和3的松节油浓度曲线；
图2为实施例1中测试实验3和4的松节油浓度曲线；
图3为实施例1中对比实验2的松节油浓度曲线；
图4为实施例2和对比例1中的松节油浓度曲线；
图5为实施例3中的松节油浓度曲线。
具体实施方式
本发明通过实施例，结合说明书附图对本发明内容作进一步详细说明，但不是对本发明的限定。
实施例1：
一种氧化剂为次氯酸钙的除松节油材料，其制备方法包括以下步骤：
步骤1，以次氯酸钙为氧化剂，将1 g次氯酸钙溶于10 mL水和乙醇的混合溶液，得到次氯酸钙溶液；
步骤2，将9 g多孔碳材料放入步骤1所得次氯酸钙溶液中，经搅拌、超声后，在干燥的惰性气体保护下进行冷冻干燥，即可得到除松节油材料。
所得除松节油材料作为除松节油的活性材料的性能检测方法如下：
1、以松节油质量为5 mg，量取0.25 mL的松节油的二氯甲烷标准溶液（松节油含量20.0mg/mL，百灵威）和0.25 mL的水混合后，涂覆于画布表面，以模拟画作表面颜料发挥的松节油；
2、将上述涂覆了松节油的画布和8.6 mg活性材料共同置于封闭的检测箱内，在室温条件下（25℃）静置，模拟松节油挥发和本发明除松节油的过程，并在不同时间对检测箱内的待测空气样品进行吸附采集；
3、采用热解析-气相色谱-质谱法，将上述步骤采集的待测空气样品使用热解析-气相色谱质谱仪进行分析测试；所得结果与标准浓度结果进行比对即可得到待测样品中松节油的浓度（mg/m3）。
注1：仪器检测精度为0.001 mg/m3，超过检测限则为视为未检出，数据记为0；
注2：松节油的测定依据为文献所记载的通用判定方法，具体为以α-蒎烯和β-蒎烯之和认定为松节油含量。
为了证实活性材料的有效性，进行了测试实验1和对比实验1。
测试实验1的检测对象为放置了活性材料的情况下，检测箱内的空气；
对比实验1的检测对象为不使用活性材料的情况，即上述测试步骤2只放置了涂覆了松节油的画布，没有放置活性材料的情况下，检测箱内的空气。
两组实验在相同的间隔时间采集空气样品进行测试，测试结果如下表1和图1所示。
表1 测试实验1以及对比实验1和3的数据
实验结果表明：
对比实验1中，由于没有活性材料的存在，松节油在挥发到空气中后，长时间稳定存在。
而测试实验1中， 30 min之前，空气中松节油浓度上升并达到峰值是由于松节油向空气扩散；30 min之后，空气中松节油浓度开始下降的现象表明，由于活性材料的存在，松节油接触到活性材料后开始反应，被除去；120 min之后可以有效除去绝大多数松节油；180 min之后可以基本将松节油完全除去。
为了证实活性材料的耐候性，进行了测试实验2，证实模拟冬季低温条件下活性材料的有效性。未说明的测试方法与测试实验1相同，不同之处在于：所述步骤2检测箱静置的温度为恒温零上4摄氏度，即放入冰箱中进行静置。
静置时间为240 min的实验结果为：检测箱内的空气中未检出松节油。通过测试实验1和2的结果表明，本发明装置在温度（25℃）较高、松节油挥发速率较快时，可以有效去除松节油；在温度（4℃）较低、松节油挥发速率较低时，也可以有效去除松节油，具有很好的耐候性，可以有效保护室内空气的洁净和相关人员的人体健康。
为了证实活性材料中次氯酸钙的作用，并揭示反应原理，进行了测试实验3，过量松节油导致活性材料失效实验。
未说明的测试方法与测试实验1相同，即步骤2活性材料的质量仍然为8.6 mg，不同之处在于：所述步骤1以松节油质量为20 mg，量取1 mL的松节油的二氯甲烷标准溶液和1mL的水混合后，涂覆于画布表面。
测试结果如下表2和图2所示。
表2 测试实验3和测试实验4的数据
测试完毕后，将活性材料取出，加入淀粉碘化钾溶液，未出现溶液变蓝现象，说明活性材料中的次氯酸钙已经反应消耗完毕。
测试实验结果表明，活性材料中的次氯酸钙可以与松节油反应。
为了进一步证实次氯酸钙的作用，进行了测试实验4，在测试实验3进行到240 min时，再向检测箱中添加34.4 mg的活性材料。
测试结果如上表2和图2所示，测试实验结果表明，补充更换活性材料，可以继续有效地去除松节油。
为了证实除松节油过程中水的作用，并揭示反应原理，进行了对比实验2，未说明的测试方法与测试实验1相同，不同之处在于：所述步骤1不添加水，即以松节油质量为5mg，量取0.25 mL的松节油的二氯甲烷标准溶液，不添加水，涂覆于画布表面；并且，所述步骤2将涂覆了松节油的画布和活性材料放入检测箱的同时，放入足量碱石灰作为干燥剂。
测试结果如下表3和图3所示。
表3 对比实验2的数据
测试完毕后，将活性材料取出，加入淀粉碘化钾溶液，出现溶液变蓝现象，说明活性材料中仍然存在次氯酸钙，也就是说，在无水条件下，次氯酸钙几乎不与松节油反应。
测试实验结果表明，活性材料中的次氯酸钙与松节油的反应需要有水（蒸汽）的存在，否则会严重影响除松节油的效果。
综合测试实验3和4以及对比实验2的实验结果可以证实，活性材料除松节油的反应是次氯酸钙和水共同作用的结果。活性材料中的次氯酸钙消耗完毕后，可以通过更换活性材料回复除松节油的效果；如果隔绝水分，活性材料也无法有效除去松节油。
为了证实活性材料中多孔碳材料的作用，并揭示反应原理，进行了对比实验3，用次氯酸钙代替活性材料进行除松节油实验。未说明的测试方法与测试实验1相同，不同之处在于：所述步骤2不放置活性材料，而是放置0.86 mg的次氯酸钙，即与8.6 mg活性材料中次氯酸钙相同。
测试结果如上表1和图1所示，测试实验结果表明，直接使用次氯酸钙也可以起到除松节油的效果，但是除去的速率明显低于活性材料，分析原因可知，多孔碳材料可以有效增大次氯酸钙的比表面积，避免团聚，并且可以有效吸附松节油和水，从而促进次氯酸钙和松节油的反应速率。
实施例2：
一种除松节油装置，以实施例1中所得除松节油材料作为内部活性材料，以同时具备透气性和透水性的棉布作为外部包覆材料，用外部包覆材料将内部活性材料包覆即可制得。
为了证实除松节油装置的有效性，进行了测试实验5，未说明的测试方法与测试实验1相同，不同之处在于：所述步骤2为将涂覆了松节油的画布和除松节油装置共同置于封闭的检测箱内。
测试结果如下表4和图4所示，测试实验结果表明，除松节油装置可以有效去除松节油，即外部包覆材料不会影响内部活性材料的除松节油效果。
表4 实施例2和对比例1的数据
对比例1：
一种用不透水外部包覆材料制备的除松节油装置，其制备方法未特别说明的步骤与实施例2相同，不同之处在于：外部包覆材料不是同时具备透气性和透水性的棉布，而是采用仅具备透气性而不具备透水性的无纺布。
测试方法与实施例2的测试实验方法相同，不同之处在于：所述步骤2为将涂覆了松节油的画布和用不透水外部包覆材料制备的除松节油装置共同置于封闭的检测箱内。
测试结果如上表4和图4所示。
测试完毕后，将活性材料取出，加入淀粉碘化钾溶液，出现溶液变蓝现象，说明活性材料中仍然存在次氯酸钙，也就是说，由于无纺布不具备透水性，内部活性材料中的次氯酸钙几乎不与松节油反应。
综合实施例2和对比例1实验结果和反应原理可知，只有采用同时具备透气性和透水性的棉布作为外部包覆材料才能实现本发明出松节油装置的技术效果；如果采用仅具备透气性的无纺布作为外部包覆材料，活性材料中只有多孔碳材料可以通过物理吸附作用对松节油进行吸附，而次氯酸钙无法有效地与松节油发生化学反应，几乎没有除松节油的效果。
实施例3：
一种氧化剂为高锰酸钾的除松节油材料，其制备方法未说明之处与实施例1相同，不同之处在于：所述步骤1以高锰酸钾为氧化剂，将1 g高锰酸钾溶于10 mL水，得到次氯酸钙溶液。
为了证实高锰酸钾作为活性材料的有效性，进行了测试实验6，测试方法与测试实验1相同。测试结果如下表5和图5所示。测试实验结果表明，高锰酸钾作为活性材料同样具备除松节油效果。
表5 实施例3的数据。
Claims (5)
1.一种除松节油材料，其特征在于：以氧化剂和多孔碳材料为原料，经过溶解、搅拌、超声、干燥制得，所述氧化剂具备与松节油反应的作用，所述多孔碳材料具备吸附挥发到空气中的松节油和吸水的作用。
2.根据权利要求1所述的除松节油材料，其特征在于：所述氧化剂为次氯酸钙。
3.一种除松节油装置，其特征在于：由内部活性材料和外部包覆材料构成，用外部包覆材料将内部活性材料包覆即可制得，其中，所述内部活性材料为除松节油材料。
4.根据权利要求3所述的除松节油装置，其特征在于：所述内部活性材料的氧化剂为次氯酸钙时，外部包覆材料必须同时具备透气性和透水性。
5.根据权利要求4所述的除松节油装置，其特征在于：所述外部包覆材料为棉布。
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