CN112868663A - 一种用于除菌消毒的材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种用于除菌消毒的材料及其制备方法和应用，包括多级孔沸石和固载于所述多级孔沸石的孔道内的稳定性二氧化氯，所述多级孔沸石具有吸水能力。本申请用于除菌消毒的材料，对空气中的有害物质具有强大的吸附力，并且能够在沸石内部提供酸性催化位点，催化稳定性二氧化氯中的次氯酸根生成适量的二氧化氯气体，并且不断地产生少量的二氧化氯自由基和氢氧自由基，从而进一步催化分解空气中的有机物、细菌和病毒，避免产生二次污染的问题；而多级孔沸石能够大大提高空气在多级孔内部的扩散速度，增强空气的交换能力，提高空气净化的效率。

Description

一种用于除菌消毒的材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及空气净化技术领域，具体涉及一种用于除菌消毒的材料及其制备方法和应用。
背景技术
室内空气质量受室外空气污染和室内活动的影响，成分复杂，空气中携带了大量的有毒有害物质，包括挥发性有机物、重金属、水溶性离子、微生物(细菌、病毒)等，严重危害到人们的生命健康。
分子筛通常由水合硅铝酸盐或天然沸石通过人工合成，具有许多孔径均匀的通道和排列整齐的空穴，能够起到筛选分子的作用，不同孔径的分子筛把不同大小和形状分子分开。分子筛的表面具有较强的酸中心，同时晶孔内有强大的库仑场起极化作用，这些特性使它成为性能优异的催化剂，并成为空气净化材料的理想选择。但是分子筛的空气净化能力主要依靠在其强大的吸附能力，一旦吸附达到饱和后，净化能力将极大降低，而且存在着二次污染的可能性。
如何提高分子筛的空气净化能力并避免二次污染是空气净化技术的难点。
发明内容
本申请的目的是提供一种用于除菌消毒的材料及其制备方法，以及本申请用于除菌消毒的材料的应用。
为了实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：
本申请的第一方面公开了一种用于除菌消毒的材料，包括多级孔沸石和固载于多级孔沸石的孔道内的稳定性二氧化氯，多级孔沸石具有吸水能力。
值得说明的是，本申请通过具有吸水能力的多级孔沸石固载稳定性二氧化氯，能够利用多级孔沸石对空气中的有害物质具有的强大的吸附力，吸附空气中的有害物质，如有机物、细菌和病毒等；此外，由于多级孔沸石易于吸收水分子，使得沸石内部能够提供丰富的酸性催化位点，进而催化稳定性二氧化氯生成适量的二氧化氯气体，不断地产生少量的二氧化氯自由基和氢氧自由基。由于二氧化氯气体和上述自由基具有较强的催化氧化功能，从而分解多级孔沸石从空气中吸附的有机物、细菌和病毒，从而能够避免二次污染的问题。
本申请的一种实现方式中，多级孔沸石具有微孔结构和介孔结构，稳定性二氧化氯固载于微孔结构和介孔结构的孔道内。
进一步，多级孔沸石的微孔结构和介孔结构，介孔结构的增加能够大大增强空气在多级孔内部的扩散速度，增强二氧化氯和空气的交换能力，提高了空气净化的效率。
本申请的一种实现方式中，多级孔沸石为多级孔LTA型沸石；
优选地，所述多级孔LTA型沸石中硅元素和铝元素的质量比为1：1。
本申请的一种实现方式中，介孔结构的介孔孔径为10～50nm。
本申请的一种实现方式中，多级孔沸石的粒径为0.5-1.5μm。
值得说明的是，本申请用于除菌消毒的材料，呈粉末状，可以固载于不同的材料上，例如，二氧化碳微球载体上，或者夹设于无纺布之间，从而能够丰富本申请用于除菌消毒的材料应用场景。
本申请的第二方面还公开了一种上述用于除菌消毒的材料的制备方法，其特征在于，包括：将多级孔沸石加入稳定性二氧化氯溶液中，搅拌、离心、烘干，即得到用于除菌消毒的材料。
本申请的一种实现方式中，多级孔沸石的制备方法包括：
在常温和搅拌下，将质量比为一定比例的硅源和铝源混合，搅拌预设时间后，加入介孔致孔剂，继续搅拌、加热、离心、洗涤、烘干、酸化、煅烧得到多级孔沸石；
优选地，硅源包括硅溶胶、氧化硅、原硅酸四乙酯、偏铝酸钠、硅酸正丁酯、碳化硅中的至少一种；
优选地，铝源包括铝箔、铝粉、氧化铝、偏铝酸钠、硫酸铝、硝酸铝、异丙醇铝、拟薄水铝和氢氧化铝中的至少一种；
优选地，介孔致孔剂为带电荷或极性氨基酸，更优选为左旋肉碱。
本申请的一种实现方式中，稳定性二氧化氯溶液为二氧化氯溶液或亚氯酸盐溶液；
优选地，二氧化氯溶液采用超纯二氧化氯气体通入碳酸钠水溶液中制备而成；
优选地，亚氯酸盐溶液，按质量份计，采用2-10份亚氯酸盐，0.2-5份氧化剂，0.1-75份平衡剂，0.05-12份缓冲剂制备而成；
优选地，亚氯酸盐包括亚氯酸钠、亚氯酸镁、亚氯酸钡中的至少一种；
优选地，氧化剂包括过氧化氢、高锰酸钾、硝酸钠中的至少一种；
优选地，平衡剂包括碳酸钠或氢氧化钠中的至少一种；
优选地，缓冲剂包括硼酸盐、碳酸盐中的至少一种。
本申请的第三方面还公开了一种上述用于除菌消毒的材料在卫生巾、鞋垫、口罩、内衣或创可贴中的应用。
值得说明的是，本实施例用于除菌消毒的材料，粒径小，能够应用于多种需要除菌消毒的场景，包括但不限于卫生巾、鞋垫、口罩、内衣或创可贴的产品中，以使得上述产品具有消毒杀菌的功能。
本申请的第四方面还公开了一种采用上述用于除菌消毒的材料的空气净化装置。
本申请用于消毒杀菌的材料应用于空气净化装置中，能够大大提高空气净化装置的净化效果，降低空气净化装置的生产成本。
由于采用以上技术方案，本申请的有益效果在于：
本申请用于除菌消毒的材料，对空气中的有害物质具有强大的吸附力，并且能够在沸石内部提供酸性催化位点，催化稳定性二氧化氯中的次氯酸根生成适量的二氧化氯气体，并且不断地产生少量的二氧化氯自由基和氢氧自由基，从而进一步催化分解空气中的有机物、细菌和病毒，避免产生二次污染的问题；而多级孔沸石能够大大提高空气在多级孔内部的扩散速度，增强空气的交换能力，提高空气净化的效率。
附图说明
图1为实施例1制备的用于除菌消毒的材料的电镜图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本申请所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备即可。
本申请所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用分析纯或沸石材料领域常规的纯度即可。
本实施例提供了一种用于除菌消毒的材料，采用酸化后的多级孔沸石作为主要催化载体，在沸石孔道内固载稳定性二氧化氯，从而增强了多级孔沸石的提高了多级孔沸石的空气净化能力。
为了进一步说明本申请，以下结合实施例对本申请提供的用于除菌消毒的材料及其制备方法和应用进行详细描述，但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例采用多级孔LTA型沸石固载稳定性二氧化氯，在合成LTA型沸石过程中，以左旋肉碱作为介孔致孔剂，制备多级孔LTA型沸石，并对多级孔LTA型沸石进行酸化处理后，制备本实施例的用于除菌消毒的材料。本实施例合成多级孔LTA型沸石，采用的各物质的质量比为Al2O3:SiO2:Na2O:H2O:X＝1:1.5～2:2～2.5:100～200:1～1.5，其中，X表示介孔致孔剂。
具体地，本实施例用于除菌消毒的材料的制备步骤包括：
将120g 25％硅溶胶加入到200ml超纯水中，剧烈搅拌30min，使其分散均匀，标记为硅源；将20g氢氧化钠、41g偏铝酸钠溶解于250ml超纯水中，0.22um亲水膜减压过滤后，标记为铝源；将48g左旋肉碱溶解于50ml超纯水中，超声分散，标记为LC溶液。
在常温下，持续搅拌的过程中，将铝源缓慢加入到硅源中，搅拌2.5h后，加入LC溶液，继续搅拌0.5h后加热至95℃，持续搅拌反应24h，离心并收集白色固体，超纯水洗涤白色固体直到上清液PH为7，将洗涤后的白色固体置于60℃下烘干，得到约90g固体多级孔LTA型沸石；将90g多级孔LTA型沸石加入到300ml 0.1M氯化铵水溶液中酸化，室温搅拌12h后，离心洗涤直到上清液PH为7，将洗涤后的固体在600℃下煅烧6h，即得到酸化处理后的多级孔LTA沸石，该沸石晶体的电镜图如图1所示。
用超纯二氧化氯发生器制备二氧化氯气体，将二氧化氯气体通入到0.1M碳酸钠的水溶液中12h，制备浓度为5％的二氧化氯溶液；将50g多级孔沸石晶体加入200ml稳定性二氧化氯溶液，搅拌6h后离心，并在60℃下烘干离心后的固体，从而得到粉末状的用于除菌消毒的材料。
2、用于除菌消毒的材料的应用
a、空气净化装置
本实施例用于除菌消毒的材料通过滚球成型的方式包覆在球形载体表面，该球形载体可以为二氧化碳微球，也可以为硅藻土等，球形载体的粒径为1-5mm，将包覆有用于除菌消毒的材料的球形载体，应用于空气净化装置中，具有较优的除菌消毒、净化空气的的效果。
本实施例的一种具体实现方式中，将5g用于除菌消毒的材料包覆在500g的直径为4mm的二氧化碳微球表面后，做成滤网放入空气净化器中，在30m3空气舱中对空气净化器的净化效果进行检测，得到除甲醛报告如表1所示，除菌报告如表2所示。
本实施例通过检测甲醛洁净空气量的试验方法具体如下：
1)、试验条件
环境温度：25±2℃，环境湿度：50±10％RH。
2)、试验设备
实验舱(30m3)、智能恒流大气采样器、紫外可见分光光度计、甲醛检测仪
3)、机器运行状态
试验过程开启“最高风速”、“负离子”档。
4)、测试步骤：
a、将待检验的空气净化器放置于试验舱内，把空气净化器调节到试验的工作状态，检验运转正常，然后关闭空气净化器；
b、开启高效空气过滤器，净化舱内空气，同时启动温湿度控制装置，使舱内温湿度达到试验规定状态；
c、待舱内污染物背景浓度降低到合适水平，记录背景浓度值，关闭高效空气过滤和温湿度装置；
d、用甲醛发生装置将甲醛添加到试验舱，直至达到相应标准中规定的浓度的(10±2)倍，关闭发生器，风扇搅拌10min，使舱内甲醛均匀混合后关闭风扇；
e、待风扇停止转动后，测定甲醛的初始浓度，记为C0；
f、待初始浓度测定后，开启待检验的空气净化器，开始试验，试验过程中，每5min采集1次，全部采用时间为60min；
g、按照步骤a～f，不开启空气净化器，测试自然衰减；
h、对同一样机进行3次试验，两次试验之间，样机至少静置24h，以最后一次试验计算出的洁净空气量作为最终结果。
5、计算公式
洁净空气量CADR(m3/h)＝60*(ke-kn)*V(ke为总衰减常数，ke为自然衰减常数，V为实验舱容积)
表1
Figure BDA0002942894270000061
表2
Figure BDA0002942894270000062
本实施例的一种具体实现方式中，将25g净化除菌消毒材料在10m3实验舱中进行冠状病毒HCoV-229E灭活实验，得到的实验结果如表3所示。
表3
Figure BDA0002942894270000063
本实施例用于除菌消毒的材料，对于细菌和病毒的去除效果好，空气扩散阻力小，空气净化效率高。
b、口罩
将本实施例用于除菌消毒的材料封装在两层无纺布之间以制作净化消毒滤布，该滤布能够用于卫生巾、鞋垫、口罩、内衣、创可贴等产品中，使得上述产品具有消毒杀菌的功能。
本实施例的一个具体实施方式中，将用于除菌消毒的材料封装在两层无纺布之间制作成口罩，并对口罩是否满足卫生标准进行检测，检测结果如表4所示。
根据表4中的检测结果可知，本实施例利用除菌消毒的材料制作的口罩除菌效果好，细菌过滤效率高，因而大大丰富了本实施例用于除菌消毒的材料的应用场景。
表4
Figure BDA0002942894270000071
对比例1
对比例1采用和实施例1相同的方法合成LTA型沸石，区别在于对比例不加入介孔致孔剂，从而得到孔径均匀的常规LTA型沸石，对常规LTA型沸石进行酸化处理后，用于制备对比例的材料。
对比例采用和实施例1相同的方法，将对比例的材料放置于空气净化装置中，并对空气净化装置的除甲醛和除菌效果进行检测。
具体地，在进行除甲醛效果的检测中，分别在空气净化装置运行15min、30min、45min和60min时，根据太空舱内甲醛的浓度变化，对实施例中空气净化装置以及对比例中的空气净化装置的除甲醛效果进行记录，具体结果如表5所示。
根据表5可知，相比于常规LTA型沸石，采用多级孔LTA型沸石固载稳定性二氧化氯制备的用于除菌消毒的材料，应用于空气净化装置内时，除甲醛效率更快，除甲醛更彻底，空气净化效率更高。
表5
Figure BDA0002942894270000081
具体地，在进行除菌效果的检测中，分别在空气净化装置运行0.5min、1h、1.5h和2h时，根据太空舱内白色葡萄球菌的数量变化，对实施例中空气净化装置以及对比例中的空气净化装置的除菌效果进行记录，具体结果如表6所示。
表6
Figure BDA0002942894270000082
根据表6可知，相比于常规LTA型沸石，采用多级孔LTA型沸石固载稳定性二氧化氯制备的用于除菌消毒的材料，应用于空气净化装置内时，除菌效率更快，除菌更彻底，空气净化效率更高。
以上应用了具体个例对本申请进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种用于除菌消毒的材料，其特征在于，包括多级孔沸石和固载于所述多级孔沸石的孔道内的稳定性二氧化氯，所述多级孔沸石具有吸水能力。
2.根据权利要求1所述的用于除菌消毒的材料，其特征在于，所述多级孔沸石具有微孔结构和介孔结构，所述稳定性二氧化氯固载于所述微孔结构和介孔结构的孔道内。
3.根据权利要求2所述的用于除菌消毒的材料，其特征在于，所述多级孔沸石为多级孔LTA型沸石；
优选地，所述多级孔LTA型沸石中硅元素和铝元素的质量比为1：1。
4.根据权利要求3所述的用于除菌消毒的材料，其特征在于，所述介孔结构的介孔孔径为10～50nm。
5.根据权利要求4所述的用于除菌消毒的材料，其特征在于，所述多级孔沸石的粒径为0.5-1.5μm。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的用于除菌消毒的材料的制备方法，其特征在于，包括：将所述多级孔沸石加入稳定性二氧化氯溶液中，搅拌、离心、烘干，即得到所述用于除菌消毒的材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述多级孔沸石的制备方法包括：
在常温和搅拌下，将质量比为一定比例的硅源和铝源混合，搅拌预设时间后，加入介孔致孔剂，继续搅拌、加热、离心、洗涤、烘干、酸化、煅烧得到多级孔沸石；
优选地，所述硅源包括硅溶胶、氧化硅、原硅酸四乙酯、偏铝酸钠、硅酸正丁酯、碳化硅中的至少一种；
优选地，所述铝源包括铝箔、铝粉、氧化铝、偏铝酸钠、硫酸铝、硝酸铝、异丙醇铝、拟薄水铝和氢氧化铝中的至少一种；
优选地，所述介孔致孔剂为带电荷或极性氨基酸，更优选为左旋肉碱。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述稳定性二氧化氯溶液为二氧化氯溶液或亚氯酸盐溶液；
优选地，所述二氧化氯溶液采用超纯二氧化氯气体通入碳酸钠水溶液中制备而成；
优选地，所述亚氯酸盐溶液，按质量份计，采用2-10份亚氯酸盐，0.2-5份氧化剂，0.1-75份平衡剂，0.05-12份缓冲剂制备而成；
优选地，所述亚氯酸盐包括亚氯酸钠、亚氯酸镁、亚氯酸钡中的至少一种；
优选地，所述氧化剂包括过氧化氢、高锰酸钾、硝酸钠中的至少一种；
优选地，所述平衡剂包括碳酸钠或氢氧化钠中的至少一种；
优选地，所述缓冲剂包括硼酸盐、碳酸盐中的至少一种。
9.一种如权利要求1-5任一项所述的用于除菌消毒的材料在卫生巾、鞋垫、口罩、内衣或创可贴中的应用。
10.一种采用权利要求1-5任一项所述的用于除菌消毒的材料的空气净化装置。
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