CN112999846B - 一种在线实时清除室内空气中二甲苯的组合物溶液及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在线实时清除室内空气中二甲苯的组合物溶液及方法。该组合物溶液包括如下体积百分比的组分：4.0％乙二醇水溶液5.0～11.0％，12.0％乙醇水溶液6.0～12.0％，1.5％γ‑环糊精‑冠醚(二氮杂18‑冠醚‑6)偶联分子水溶液5.0～11.0％，3.0％过硼酸钠水溶液6.0～12.0％，水54.0～78.0％。将组合物溶液装入净化装置，通过空气循环实现在线实时清除室内空气中的二甲苯。本发明的主要特点是组合物溶液为水溶液，系绿色、无味、无毒、安全；仅需将各组分直接混合，制备和使用方法简便、可靠；清除室内和车内空气中二甲苯可在线实时、快速、持续进行；清除技术高效、不产生二次污染。处理成本低，经济效益高，市场前景广阔。
Description
技术领域
本发明属于室内空气净化技术领域，具体涉及一种在线实时清除室内空气中二甲苯的污染的组合物溶液及方法。
背景技术
二甲苯对皮肤有刺激，长期暴露会引起脱脂性皮炎。二甲苯可作麻醉剂，能抑制神经系统，其产生的毒害大于苯和甲苯，但是对造血系统是不会有损害的，可出现恶心、意识模糊、头痛、疲劳、呼吸困难和昏迷等[1]，严重恶化环境和危及人们身体健康。GB/T 27630-2011规定了车内空气中二甲苯的浓度≤1.50(mg/m3)、GB/T-18883-2002规定室内空气中二甲苯的浓度≤0.20(mg/m3)[2]。车内空气污染主要来源于发动机燃烧产物、汽车内装饰材料释放的有害气体、人自身产生的污染物和车厢外污染物的渗入[3]。依据GB/T 18883-2002 2011年在接受调查的9846万辆气车中，二甲苯最高值超出标准值17.34倍[4]。因此，清除气态二甲苯的污染对优化环境和维护人身安全有重大意义。
文献报道了二甲苯治理的各种技术并取得一定的效果。如微生物菌[5]、真菌生物滤池[6]、中空纤维膜生物反应器[7]、Ti-Cu-Mn/GS[8]、低温等离子TiO2[9]、多离子水溶液[10]、负载 TiO2/SiO2的流化床系统[11-12]、滤袋式膜生物反应器[13]、脉冲电晕等离子体技术[14]、废变压器油[15]等对二甲苯的去除率分别为92％、90％、92％、99％、94.6％、84.7％、99.9％、 80％、87.4％、96.3％。BaX分子筛对邻、间、对二甲苯的饱和吸附量分别为：254.1mg/g、 218.4mg/g、376.9mg/g[16]，柠檬酸钠、10％Tween-80和新型矿物油对二甲苯废气的吸收率分别为20％、27％与70％[17]；虎尾兰、君子兰、吊兰和橡皮树4种植物[18]]第7d对室内空气中的二甲苯的去除率分别为61.4％、33.6％、48.0％、17.9％；果壳活性炭的二甲苯的净化率为85.43％[19]。
上述方法中不足的是微生物菌治理的时间长[5]，真菌生物滤池建造费用高[6]，中空纤维膜生物反应器和Ti-Cu-Mn/GS有较高的去除率，但中空纤维膜生物反应器治理的成本高[7]。 Ti-Cu-Mn/GS和TiO2受到低温、紫外光照射和制备繁杂等限制[8-9]，多离子水溶液对二甲苯的去除率也不高[10]，流化床系统占地面积很大[11-12]，滤袋式膜生物反应器需在低温(4～ 9℃)下进行，且合适的微生物不多[13]；脉冲电晕等离子体技术处理成本高、操作复杂[14]，废变压器油和新型矿物油有气味[15]；BaX分子筛对邻、间、对二甲苯的饱和吸附后会产生脱附[16]，柠檬酸钠、10％Tween-80和新型矿物油等对二甲苯的吸收率小[17]，植物对二甲苯的去除率低[18]，果壳活性炭过饱和时会脱附产生二次污染[19]。
显然，由于上述缺陷，二甲苯治理的技术未能广泛应用，不适于快速清除室内和车内空气中二甲苯的污染。探索简便、快速、高效、低成本清除室内和车内空气中二甲苯的污染已是当务之急。
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发明内容
本发明的主要目的在于提供一种在线实时清除室内空气中二甲苯的污染的组合物溶液。
本发明的具体技术方案如下：
一种在线实时清除室内空气中二甲苯的组合物溶液，包括如下体积百分比的组分：
本发明的机理如下：
文献[20]曾报道初始苯(0.53mg/m3)、甲苯(1.5mg/m3)和二甲苯(1.7mg/m3)与多离子水(含6％Si(Ⅳ)、0.3％Mg2+、0.2％Mn2+、0.4％Fe2+、8.5％Ca2+、1.0mol正硅酸甲酯、5.0mol柠檬酸钠、10.0mol乙二胺四乙酸钾、1.0mol碳酸氢钠和1.0mol氢氧化钾)的质量比分别为1︰15、1︰5、1︰15混合时反应3h后，多离子水对苯、甲苯和二甲苯的去除效率依次为94.64％、60％与84.7％。该方法多离子水制备费时、操作繁琐且有部分苯、甲苯和二甲苯未除去。
当室内空气中对二甲苯、邻二甲苯、间二甲苯存在时，由于拥有两个识别位点的主体分子的γ-环糊精-冠醚(二氮杂18-冠醚-6)偶联分子中的γ-环糊精空腔(尺寸在0.5～0.8nm)能捕获包合空气中微量芳香类小分子，而对二甲苯、邻二甲苯、间二甲苯临界直径(nm)分别为 0.65～0.68、0.60～0.70、0.70，即γ-环糊精-冠醚偶联分子的γ-环糊精内腔尺寸与对二甲苯、邻二甲苯、间二甲苯等的临界直径相匹配。由此可见，γ-环糊精的内腔尺寸与金属有机骨架材料MOF-177材料的空隙相类似，对二甲苯以尺寸最小的截面进入γ-环糊精-冠醚偶联分子中的γ-环糊精的空腔，间二甲苯和邻二甲苯则是以尺寸最大的截面进入γ-环糊精-冠醚偶联分子中的γ-环糊精的孔隙，分别生成对二甲苯-γ-环糊精-冠醚偶联分子包合物、间二甲苯-γ-环糊精 -冠醚偶联分子包合物、邻二甲苯-γ-环糊精-冠醚偶联分子包合物。以对二甲苯为例，对二甲苯以尺寸最小的截面进入γ-环糊精-冠醚偶联分子中的γ-环糊精的空腔，即对二甲苯的一个 -CH3基进入γ-环糊精-冠醚偶联分子中的γ-环糊精空腔，-CH3基上的H与γ-环糊精-冠醚偶联分子中的γ-环糊精的空腔内的-OH基上的O作用形成氢键(H----OH)而生成对二甲苯-γ-环糊精-冠醚偶联分子包合物，对二甲苯的另一个-CH3基在对二甲苯-γ-环糊精-冠醚偶联分子包合物之外，反应过程示意如下：
结果室内空气中对二甲苯从气相进入液相而生成对二甲苯-γ-环糊精-冠醚偶联分子包合物。在液相中该包合物的另一个-CH3基与过硼酸钠反应，包合物分子中的-CH3基被氧化为 -COOH基，过硼酸钠被还原为硼酸钠，从而清除室内空气中对二甲苯的污染。同时，包合物冠醚部分中空腔对金属阳离子(即Na+离子)有强的识别作用，Na+进入冠醚部分中的空腔，从而促进过硼酸钠的电离与氧化反应的进行，对清除室内空气中对二甲苯的污染产生叠加效应。
在本发明中，乙二醇、乙醇分别对环糊精、冠醚增容促进γ-环糊精-冠醚偶联分子的形成。
据此提出在线实时清除室内空气中二甲苯污染的方法。
表1气相、液相中二甲苯浓度检测结果
由表1可知，当室内面积为40m2经过组合物溶液处理1、2、3、4小时后，二甲苯从初始浓度2.02、2.10、2.04、2.09mg/m3分别下降至0.006、0.008、0.010、0.008mg/m3，净化率(％)依次为99.7、99.6、99.5、99.6，而组合物溶液液相中并未检测到二甲苯；在与水的对比试验中，经过水处理1、2、3、4小时后，气相中二甲苯从初始浓度1.99、2.06、2.01、 2.11mg/m3分别下降至1.95、2.02、1.97、2.06mg/m3，二甲苯的浓度几乎没有任何变化，水中也未检测到二甲苯。由此推断组合物溶液对二甲苯不是单纯的物理吸收或溶解，而是将二甲苯转化成另外的成分，从而达到去除效果。
在本发明的一个优选实施方案中，组合物溶液由如下体积百分比的组分混合而制成：
在本发明的一个优选实施方案中，组合物溶液由如下体积百分比的组分混合而制成：
在本发明的一个优选实施方案中，组合物溶液由如下体积百分比的组分混合而制成：
本发明的有益效果是：
1、本发明组合物溶液为水溶液，绿色、无味、无毒、安全；
2、本发明的组合物溶液仅需将各组分直接混合，制备和使用方法简便、可靠；
3、本发明的组合物溶液清除空气中二甲苯，可在线实时、持续进行、快速、高效；
4、本发明的组合物溶液的成本低，经济效益高；
5、本发明的组合物溶液不产生二次污染，应用范围广。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
下述实施例中，以室内面积为40m2，内墙高度为3.0m，室内体积为120m3。将盛有360.0 μl二甲苯(分析纯)的培养皿放入密闭的120m3室内(对照仓)，分别于1h、2h、3h、4h测试室内二甲苯浓度；然后将盛有360.0μl二甲苯(分析纯)的培养皿放入另1个密闭的120m3室内(样品仓)，调控室内空气中二甲苯的原始浓度为2.02～2.10mg/m3(即比允许的国家标准值(0.09mg/m3)高22.4～23.3倍)。
用聚四氟乙烯软管将样品仓空气通入1个密闭干燥器内，所述的干燥器内部体积约为 1m3，内盛有2.0L敞口的“在线实时清除二甲苯的组合物溶液”，干燥器内部充满待处理空气之后，封闭，然后分别于1h、2h、3h、4h测试干燥器出口空气中的二甲苯浓度。
实施例1
二甲苯在线实时清除组合物溶液由如下体积百分比的组分混合而制成：
组合物溶液经混合均匀，即可自动包装、入仓保存。
用2.0L二甲苯在线实时清除的组合物溶液置于前述的干燥器内，清除室内空气中二甲苯，应用效果见表2。
表2实施例1的二甲苯在线实时清除的组合物溶液实际应用的效果与成本
由表2可见，二甲苯在线实时清除的组合物溶液分别处理1小时即可达标；对于1m3空间，室内空气中二甲苯浓度超标22.3～23.4倍，处理1小时即可达标。
实施例2
二甲苯在线实时清除的组合物溶液由如下体积百分比的组分混合而制成：
组合物溶液经混合均匀，即可自动包装、入仓保存。
用2.0L二甲苯在线实时清除的组合物溶液置于前述的干燥器内，清除室内空气中二甲苯，应用效果见表3。
表3实施例2的二甲苯在线实时清除的组合物溶液实际应用的效果与成本
由表3可见，二甲苯在线实时清除的组合物溶液分别处理1小时即可达标；对于1m3空间，室内空气中二甲苯浓度超标23.6～24.4倍，处理1小时即可达标。
实施例3
二甲苯在线实时清除的组合物溶液由如下体积百分比的组分混合而制成：
组合物溶液经混合均匀，即可自动包装、入仓保存。
用2.0L二甲苯在线实时清除的组合物溶液置于前述的干燥器内，清除室内空气中二甲苯，应用效果见表4。
表4实施例3的二甲苯在线实时清除的组合物溶液实际应用的效果与成本
由表4可见，二甲苯在线实时清除的组合物溶液分别处理1小时即可达标；对于1m3空间，室内空气中二甲苯浓度超标23.9～24.7倍，处理1小时即可达标。
此外，上述二甲苯在线实时清除组合物溶液制备简便，能够广泛用于别墅、高档住宅、星级酒店、娱乐、场所体育馆、健身房、医院、学校、幼儿园、办公室、会议室、仓储、人员密集的候车室、候机厅等场所的室内和车内的二甲苯的在线实时清除，市场前景广阔，环境效益显著。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (7)
1.一种在线实时清除室内空气中二甲苯的组合物溶液，其特征在于：组合物溶液包括如下体积百分比的组分：
2.如权利要求1所述的一种在线实时清除室内空气中二甲苯的组合物溶液，其特征在于：包括如下体积百分比的组分：
3.如权利要求1所述的一种在线实时清除室内空气中二甲苯的组合物溶液，其特征在于：包括如下体积百分比的组分：
4.如权利要求1所述的一种在线实时清除室内空气中二甲苯的组合物溶液，其特征在于：包括如下体积百分比的组分：
5.一种在线实时清除室内空气中二甲苯的方法，其特征在于，将权利要求1～4任一项所述的一种在线实时清除室内空气中二甲苯的组合物溶液放置于净化装置内，使待处理空气经过该净化装置。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：室内面积40m2、空间体积120m3且空气中二甲苯浓度超标22.3～24.7倍时，所述组合物的用量为2L。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述组合物的处理时间为1h。
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