CN114100342A - 一种除甲醛材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种除甲醛材料及其制备方法，其中除甲醛材料包括除醛剂A和除醛剂B，所述除醛剂A包括硅胶、聚乙烯亚胺和乙烯脲；所述除醛剂B包括石墨烯和乙烯脲。本发明采用物理手段和化学手段相结合来去除甲醛，结合了硅胶和石墨烯的孔道结构，可以提高聚乙烯亚胺和乙烯脲的负载率，这样能达到更好的化学除醛效果，并且硅胶和石墨烯自身也具有物理吸附甲醛的功能，能进一步提高除醛效果。另外，本发明所述的制备方法具有快速简单、低能耗、低成本、无污染等特点，也不会堵塞硅胶或者石墨烯的孔道。
Description
技术领域
本发明属于除甲醛技术领域，具体涉及一种除甲醛材料及其制备方法。
背景技术
甲醛是一种常见的室内空气污染物，它是一种无色无味、极易挥发、刺眼、刺鼻、刺喉的物质，人体长期接触甲醛，会对皮肤黏膜有刺激作用，吸入高浓度的甲醛会引起 支气管哮喘，严重的甚至会引发肿瘤病变，突出表现为头痛、头晕、乏力、恶心、呕吐、 记忆力减退等。
目前国内外针对除甲醛产品的研究也非常多，比如采用活性炭等物理吸附的手段， 或者采用有机胺等化学反应手段，或者采用物理和化学反应相结合的手段，如专利号为 CN200710306025.4(公开号为CN101468304A)的中国发明专利申请公开的《一种显色 甲醛吸附材料及其制备方法》所示，吸附材料由载体、高分子有机胺聚合物、多元醇聚 合物以及甲醛反应指示剂组成，其中高分子有机胺聚合物和多元醇聚合物两种组分占甲 醛吸附剂的1％～50％，甲醛反应指示剂少量，其余为载体，其制备方法将高分子有机 胺聚合物和多元醇聚合物按质量混合，加入去离子水稀释，制成甲醛反应剂；将甲醛反 应剂与甲醛反应指示剂混合；将混合液体喷洒或浸渍于载体表面，烘干等步骤。该专利 可以快速、彻底、持续的清除室内空气中的甲醛污染，直至甲醛含量降低到安全浓度， 无毒、无污染，使用安全环保，并能直观的显现甲醛的反应程度。
但是不同的载体的孔容不同，容易导致有机胺聚合物的负载率不高，进而影响对甲 醛的去除效果；另外，如果在潮湿等环境中，除甲醛产品容易发霉，也会导致其除甲醛性能的下降。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种除甲醛效果好 的除甲醛材料。
本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种上述除甲醛材 料的制备方法。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种除甲醛材料，其特征在 于，包括除醛剂A和除醛剂B，所述除醛剂A包括硅胶、聚乙烯亚胺和乙烯脲；所述 除醛剂B包括石墨烯和乙烯脲。
硅胶是介孔结构，硅胶粉具有刚性的骨架结构，机械强度高，可以耐受30MPa以 内的压力，同时具有良好的热稳定性、化学稳定性能和高吸附性等优良性能，故硅胶可 以负载两种化学除甲醛物质(聚乙烯亚胺和乙烯脲)，石墨烯是微孔结构，石墨烯具有 高比表面积及抗菌效果，是良好的吸附材料载体，故也可将乙烯脲负载在石墨烯上，如 此利用硅胶和石墨烯的孔容结构，可以达到较高的化学除甲醛物质的负载量，以达到更 好的除醛效果。
乙烯脲(2-咪唑烷酮)是一种有机化合物，分子式是C3H6N2O，为无色针状结晶， 易溶于水，1mol 2-咪唑烷酮可以与2mol的甲醛发生加成反应，同时副产物对人体无害 且不可逆。
聚乙烯亚胺(Polyethyleneimine，PEI)又称聚氮杂环丙烷，是一种水溶性高分子聚 合物。无色或淡黄色黏稠状液体，有吸湿性，溶于水、乙醇，不溶于苯。聚乙烯亚胺中 带有大量的伯氨与仲氨可以与甲醛发生反应，同时在反应的过程中产生炭氮双键，可以 在紫外条件下发出黄绿色荧光。
优选地，所述除醛剂A和除醛剂B的质量比为15：(1～3)；所述除醛剂A中，硅 胶、聚乙烯亚胺和乙烯脲的质量比为(1～5)：(0.1～0.5)：(0.5～2)；所述除醛剂B中， 石墨烯和乙烯脲的质量比为(1～3)：(1～5)。申请人经过分析和大量的试验，各组分在 该质量比的范围内的除甲醛效果最好。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种除甲醛材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、制备除醛剂A和除醛剂B；
步骤二、将制得的除醛剂A和除醛剂B混合；
上述除醛剂A的制备方法包括如下步骤：
(1)将聚乙烯亚胺与能溶解聚乙烯亚胺的溶剂搅拌均匀，制得溶液C；
(2)将乙烯脲粉末加入至溶液C中，继续搅拌至充分混合得到溶液D；
(3)将硅胶粉末加入至溶液D中，继续搅拌至充分混合得到硅胶分散液E；
(4)对硅胶分散液E进行固液分离，分离出的固态物质烘干后为除醛剂A，取出 待用；
上述除醛剂B的制备方法包括如下步骤：
(a)将石墨烯加入水中，并搅拌分散均匀，制得石墨烯分散体F；
(b)将乙烯脲粉末加入至石墨烯分散体F中，持续分散得到石墨烯分散体G；
(c)将石墨烯分散体G放入冷冻干燥机中干燥，即可以获得除醛剂B。
为了防止除甲醛材料发霉、影响其除醛效果，所述步骤(b)中，将石墨烯分散液 G与水性纳米银溶液搅拌至充分混合后，再放入步骤(c)中的冷冻干燥机干燥。纳米 银能够增强除甲醛材料的抑菌效果，防止发霉。
优选地，所述步骤(a)中，先将石墨烯和水在200～300r/min的转速下搅拌得到所述石墨烯分散体F，然后将石墨烯分散体F转移至分散釜中，并在900～1000r/min的转 速下，加入所述步骤(b)中的乙烯脲粉末，以得到所述石墨烯分散体G。这样先将石 墨烯和水在低转速下分散好，然后加入乙烯脲粉末，在高转速下搅拌均匀，这样分两步 分散的方式，不仅搅拌能耗小，并且能够保证物料分散均匀。
优选地，所述步骤(1)中的溶剂为甲醇溶液或水。
优选地，所述步骤(4)中通过滤网对硅胶分散液E进行固液分离。操作简单。
为了保证除甲醛颗粒的机械强度，在所述步骤二中加入羧甲基纤维素钠，将除醛剂 A、羧甲基纤维素钠和除醛剂B搅拌混合均匀得粉末H，然后粉末H中加入水使得粉末 H的含湿量为12％～18％(如果不在这个范围，会导致压制成的颗粒机械强度不够或者 容易掉粉)，然后通过颗粒压制机将粉末H压制成颗粒。通过羧甲基纤维素钠的粘结作 用，将除甲醛材料制成颗粒，比如在应用到空气净化器中时，除甲醛材料能够承受气流 的冲击；同时，制成的除醛颗粒还保留了原有的孔道结构，可以对甲醛进行吸附，甲醛 被聚乙烯亚胺和乙烯脲分解掉，除醛效果好。
优选地，所述步骤二中，所述除醛剂A、羧甲基纤维素钠和除醛剂B三者的质量 比为15:(3～6):1。申请人经过分析和大量的试验，在该范围内，制成的除醛颗粒机械 强度高，除醛效果好。
与现有技术相比，本发明的优点：本发明采用物理手段和化学手段相结合来去除甲 醛，结合了硅胶和石墨烯的孔道结构，可以提高聚乙烯亚胺和乙烯脲的负载率，这样能达到更好的化学除醛效果，并且硅胶和石墨烯自身也具有物理吸附甲醛的功能，能进一 步提高除醛效果。另外，本发明所述的制备方法具有快速简单、低能耗、低成本、无污 染等特点，也不会堵塞硅胶或者石墨烯的孔道。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
下文中各实施例选用聚乙烯亚胺(PEI)的分子量均大于600，因为分子量小的PEI受热易分解；硅胶选用柱层层析，100～200目；乙烯脲(2-咪唑烷酮)含量99％。
PEI选用攻碧克新材料科技(上海)有限公司的，硅胶选用青岛邦凯高新技术材料有限公司的，乙烯脲选用临沂市绿森化工有限公司，颗粒压制机为勇峰机械设备有限公 司的，石墨烯选用墨西科技的。
各实施例的除甲醛材料均包括除醛剂A和除醛剂B，所述除醛剂A包括硅胶、聚 乙烯亚胺和乙烯脲；所述除醛剂B包括石墨烯和乙烯脲。
实施例1
本实施例的除甲醛材料的制备方法包括如下步骤：
步骤一、制备除醛剂A和除醛剂B；
上述除醛剂A的制备方法包括如下步骤：
(1)称取0.2g聚乙烯亚胺至烧杯内，向烧杯内倒入20ml的水溶液，烧杯口密封 后，采用磁力搅拌(当然也可以为其他搅拌方式，比如搅拌桨)，搅拌速度为300r/min， 时间20min，将聚乙烯亚胺完全溶解在水溶液中形成溶液C；
(2)称取1.8g乙烯脲粉末加入至溶液C中，继续搅拌至充分混合，约3-5min， 得到溶液D；
(3)称取1g硅胶粉末倒入溶液D中，烧杯口密封后继续搅拌7h以上，得到硅胶 分散液E；
(4)对硅胶分散液E通过滤网进行固液分离，分离出的固态物质放进烘箱内烘12h，烘箱设置温度为60℃，制得除醛剂A，然后取出待用；
上述除醛剂B的制备方法包括如下步骤：
(a)称取50g(固含量为2.5％、粘度为0.03pa.s)水溶性石墨烯，加入50g水中， 通过低速搅拌(搅拌速度300r/min)使其分散，制备石墨烯分散体F；
(b)分散好的石墨烯分散体F取15g，转移至高速分散机的分散釜中(速度 1000r/min)，将15g乙烯脲粉末缓慢加入分散釜中，持续分散4h，制备负载乙烯脲的石 墨烯分散体G，然后取石墨烯分散体G 21g加入烧杯内，同时称取1g水性纳米银溶液 放入烧杯内，低速混合搅拌10min使其完全处于分散状态；
(c)将步骤(b)最终制得的物质放入冷冻干燥机中干燥48h，即可以获得除醛剂 B.
步骤二、将羧甲基纤维素钠和制得的除醛剂A、除醛剂B按照质量比15:3:1混合 均匀得粉末H；然后向粉末H中加入水使得粉末H的含湿量为18％左右，通过专门的 颗粒压制机进行压制，出料率在95％以上。
实施例2
本实施例的除甲醛材料的制备方法包括如下步骤：
步骤一、制备除醛剂A和除醛剂B；
上述除醛剂A的制备方法包括如下步骤：
(1)称取0.2g聚乙烯亚胺至烧杯内，向烧杯内倒入100ml的水溶液，烧杯口密封后，采用磁力搅拌，搅拌速度为100r/min，时间20min，将聚乙烯亚胺完全溶解在水溶 液中形成溶液C；
(2)称取0.8g乙烯脲粉末加入至溶液C中，继续搅拌至充分混合，约3-5min， 得到溶液D；
(3)称取5g硅胶粉末倒入溶液D中，烧杯口密封后继续搅拌12h以上，得到硅 胶分散液E；
(4)对硅胶分散液E通过滤网进行固液分离，分离出的固态物质放进烘箱内烘4h，烘箱设置温度为100℃，制得除醛剂A，然后取出待用；
上述除醛剂B的制备方法包括如下步骤：
(a)称取50g水溶性石墨烯(固含量为2.5％、粘度为0.03pa.s)，加入50g水中， 通过低速搅拌(搅拌速度300r/min)使其分散，制备石墨烯分散体F；
(b)分散好的石墨烯分散体F取15g，转移至高速分散机的分散釜中(速度 1000r/min)，将15g乙烯脲粉末缓慢加入分散釜中，持续分散4h，制备负载乙烯脲的石 墨烯分散体G，然后取石墨烯分散体G 21g加入烧杯内，同时称取1g水性纳米银溶液 放入烧杯内，低速混合搅拌10min使其完全处于分散状态；
(c)将步骤(b)最终制得的物质放入冷冻干燥机中干燥48h，即可以获得除醛剂 B。
步骤二、将羧甲基纤维素钠和制得的除醛剂A、除醛剂B按照质量比15:6:1混合 均匀得粉末H；然后向粉末H中加入水使得粉末H的含湿量为12％左右，通过专门的 颗粒压制机进行压制，出料率在95％以上。
实施例3
本实施例的除甲醛材料的制备方法包括如下步骤：
步骤一、制备除醛剂A和除醛剂B；
上述除醛剂A的制备方法包括如下步骤：
(1)称取0.2g聚乙烯亚胺至烧杯内，向烧杯内倒入20ml的水溶液，烧杯口密封 后，采用磁力搅拌，搅拌速度为200r/min，时间20min，将聚乙烯亚胺完全溶解在水溶 液中形成溶液C；
(2)称取1.2g乙烯脲粉末加入至溶液C中，继续搅拌至充分混合，约3-5min， 得到溶液D；
(3)称取2g硅胶粉末倒入溶液D中，烧杯口密封后继续搅拌7h以上，得到硅胶 分散液E；
(4)对硅胶分散液E通过滤网进行固液分离，分离出的固态物质放进烘箱内烘4h，烘箱设置温度为80℃，制得除醛剂A，然后取出待用；
上述除醛剂B的制备方法包括如下步骤：
(a)称取50g水溶性石墨烯(固含量为2.5％、粘度为0.03pa.s)，加入50g水中， 通过低速搅拌(搅拌速度300r/min)使其分散，制备石墨烯分散体F；
(b)分散好的石墨烯分散体F取15g，转移至高速分散机的分散釜中(速度1000r/min)，将15g乙烯脲粉末缓慢加入分散釜中，持续分散4h，制备负载乙烯脲的石 墨烯分散体G，然后取石墨烯分散体G 21g加入烧杯内，同时称取1g水性纳米银溶液 放入烧杯内，低速混合搅拌10min使其完全处于分散状态；
(c)将步骤(b)最终制得的物质放入冷冻干燥机中干燥48h，即可以获得除醛剂 B.
步骤二、将羧甲基纤维素钠和制得的除醛剂A、除醛剂B按照质量比15:4:1混合 均匀得粉末H；然后向粉末H中加入水使得粉末H的含湿量为16％左右，通过专门的 颗粒压制机进行压制，出料率在95％以上。
实施例4
本实施例的除甲醛材料的制备方法包括如下步骤：
步骤一、制备除醛剂A和除醛剂B；
上述除醛剂A的制备方法包括如下步骤：
(1)称取0.1g聚乙烯亚胺至烧杯内，向烧杯内倒入20ml的水溶液，烧杯口密封 后，采用磁力搅拌(当然也可以为其他搅拌方式，比如搅拌桨)，搅拌速度为300r/min， 时间20min，将聚乙烯亚胺完全溶解在水溶液中形成溶液C；
(2)称取0.5g乙烯脲粉末加入至溶液C中，继续搅拌至充分混合，约3-5min， 得到溶液D；
(3)称取3g硅胶粉末倒入溶液D中，烧杯口密封后继续搅拌7h以上，得到硅胶 分散液E；
(4)对硅胶分散液E通过滤网进行固液分离，分离出的固态物质放进烘箱内烘12h，烘箱设置温度为60℃，制得除醛剂A，然后取出待用；
上述除醛剂B的制备方法包括如下步骤：
(a)称取30g(固含量为2.5％、粘度为0.03pa.s)水溶性石墨烯，加入50g水中， 通过低速搅拌(搅拌速度300r/min)使其分散，制备石墨烯分散体F；
(b)分散好的石墨烯分散体F取15g，转移至高速分散机的分散釜中(速度 1000r/min)，将15g乙烯脲粉末缓慢加入分散釜中，持续分散4h，制备负载乙烯脲的石 墨烯分散体G，然后取石墨烯分散体G 21g加入烧杯内，同时称取1g水性纳米银溶液 放入烧杯内，低速混合搅拌10min使其完全处于分散状态；
(c)将步骤(b)最终制得的物质放入冷冻干燥机中干燥48h，即可以获得除醛剂 B.
步骤二、将羧甲基纤维素钠和制得的除醛剂A、除醛剂B按照质量比15:3:1混合 均匀得粉末H；然后向粉末H中加入水使得粉末H的含湿量为18％左右，通过专门的 颗粒压制机进行压制，出料率在95％以上。
实施例5
本实施例的除甲醛材料的制备方法包括如下步骤：
步骤一、制备除醛剂A和除醛剂B；
上述除醛剂A的制备方法包括如下步骤：
(1)称取0.5g聚乙烯亚胺至烧杯内，向烧杯内倒入20ml的水溶液，烧杯口密封 后，采用磁力搅拌(当然也可以为其他搅拌方式，比如搅拌桨)，搅拌速度为300r/min， 时间20min，将聚乙烯亚胺完全溶解在水溶液中形成溶液C；
(2)称取2.0g乙烯脲粉末加入至溶液C中，继续搅拌至充分混合，约3-5min， 得到溶液D；
(3)称取5g硅胶粉末倒入溶液D中，烧杯口密封后继续搅拌7h以上，得到硅胶 分散液E；
(4)对硅胶分散液E通过滤网进行固液分离，分离出的固态物质放进烘箱内烘12h，烘箱设置温度为60℃，制得除醛剂A，然后取出待用；
上述除醛剂B的制备方法包括如下步骤：
(a)称取15g(固含量为2.5％、粘度为0.03pa.s)水溶性石墨烯，加入50g水中， 通过低速搅拌(搅拌速度300r/min)使其分散，制备石墨烯分散体F；
(b)分散好的石墨烯分散体F取15g，转移至高速分散机的分散釜中(速度 1000r/min)，将75g乙烯脲粉末缓慢加入分散釜中，持续分散4h，制备负载乙烯脲的石 墨烯分散体G，然后取石墨烯分散体G 21g加入烧杯内，同时称取1g水性纳米银溶液 放入烧杯内，低速混合搅拌10min使其完全处于分散状态；
(c)将步骤(b)最终制得的物质放入冷冻干燥机中干燥48h，即可以获得除醛剂 B.
步骤二、将羧甲基纤维素钠和制得的除醛剂A、除醛剂B按照质量比15:3:1混合 均匀得粉末H；然后向粉末H中加入水使得粉末H的含湿量为18％左右，通过专门的 颗粒压制机进行压制，出料率在95％以上。
经检测，上述各实施例最终制得的除甲醛颗粒均抗细菌率I≥99％，长霉等级0级，吸附效率均不小于98.56％，强度均不小于97％(用GB/T 12496.6-1999检测方法测得)， 而普通木质活性炭的强度只有94％。
Claims (9)
1.一种除甲醛材料，其特征在于，包括除醛剂A和除醛剂B，所述除醛剂A包括硅胶、聚乙烯亚胺和乙烯脲；所述除醛剂B包括石墨烯和乙烯脲。
2.根据权利要求1所述的除甲醛材料，其特征在于：所述除醛剂A和除醛剂B的质量比为15：(1～3)；所述除醛剂A中，硅胶、聚乙烯亚胺和乙烯脲的质量比为(1～5)：(0.1～0.5)：(0.5～2)；所述除醛剂B中，石墨烯和乙烯脲的质量比为(1～3)：(1～5)。
3.一种除甲醛材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、制备除醛剂A和除醛剂B；
步骤二、将制得的除醛剂A和除醛剂B混合；
上述除醛剂A的制备方法包括如下步骤：
(1)将聚乙烯亚胺与能溶解聚乙烯亚胺的溶剂搅拌均匀，制得溶液C；
(2)将乙烯脲粉末加入至溶液C中，继续搅拌至充分混合得到溶液D；
(3)将硅胶粉末加入至溶液D中，继续搅拌至充分混合得到硅胶分散液E；
(4)对硅胶分散液E进行固液分离，分离出的固态物质烘干后为除醛剂A，取出待用；
上述除醛剂B的制备方法包括如下步骤：
(a)将石墨烯加入水中，并搅拌分散均匀，制得石墨烯分散体F；
(b)将乙烯脲粉末加入至石墨烯分散体F中，持续分散得到石墨烯分散体G；
(c)将石墨烯分散体G放入冷冻干燥机中干燥，即可以获得除醛剂B。
4.根据权利要求3所述的除甲醛材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(b)中，将石墨烯分散液G与水性纳米银溶液搅拌至充分混合后，再放入步骤(c)中的冷冻干燥机干燥。
5.根据权利要求3所述的除甲醛材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(a)中，先将石墨烯和水在200～300r/min的转速下搅拌得到所述石墨烯分散体F，然后将石墨烯分散体F转移至分散釜中，并在900～1000r/min的转速下，加入所述步骤(b)中的乙烯脲粉末，以得到所述石墨烯分散体G。
6.根据权利要求3所述的除甲醛材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的溶剂为甲醇溶液或水。
7.根据权利要求3所述的除甲醛材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中通过滤网对硅胶分散液E进行固液分离。
8.根据权利要求2～7中任一权利要求所述的除甲醛材料的制备方法，其特征在于：还包括如下步骤：在所述步骤二中加入羧甲基纤维素钠，将除醛剂A、羧甲基纤维素钠和除醛剂B搅拌混合均匀得粉末H，然后粉末H中加入水使得粉末H的含湿量为12％～18％，然后通过颗粒压制机将粉末H压制成颗粒。
9.根据权利要求8所述的除甲醛材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，所述除醛剂A、羧甲基纤维素钠和除醛剂B三者的质量比为15:(3～6):1。
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