CN114177945A - 一种可见光化学除甲醛凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可见光化学除甲醛凝胶的制备方法，将成凝胶剂溶解在蒸馏水中，水浴加热至完全溶解，随后冷却，加入有机染料，再加入交联剂，室温冷却，即得一种可见光化学除甲醛凝胶。本发明采用具有可见光吸收的有机染料作为光催化剂，相比于紫外光驱动的光催化，更加具有实际应用前景。而且可见光因为波长较长，具有更深的穿透能力和更高效的光催化能力；催化剂在可见光照射下产生单线态氧，具有非常高的活性，可以将甲醛等VOC降解成二氧化碳和水，不产生毒副产物。添加特有的有机染料不仅具有光催化活性，同时染料本身的特性赋予凝胶一定的颜色，当染料最终消耗完，颜色也会完全褪去，产生可视化的寿命表征，便于观察和及时更换。
Description
技术领域
本发明涉及除甲醛材料技术领域，具体涉及一种可见光化学除甲醛凝胶的制备方法以及采用该制备方法制得的可见光化学除甲醛凝胶。
背景技术
甲醛是一种无色，有强烈刺激性气味的气体。易溶于水、醇、醚。甲醛为较高毒性的物质，在我国有毒化学品优先控制名单上高居第二位。也已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物之一。室内甲醛来源主要是板材等家具采用的脲醛树脂胶水、涂料中含甲醛的助剂、纤维织物中的固定剂和整理剂等。
目前，除甲醛方法主要有三种：包括吸附法、绿植吸收法以及光催化法。其中吸附法是利用活性炭、硅藻土、沸石等的巨大表面积和复杂孔隙结构，吸附VOC气体，但是吸附材料具有无法专一除甲醛，吸附量有限和二次释放等缺点。绿植吸收法是利用有吸收甲醛等有害气体作用的植物对环境进行净化，但该方法对甲醛净化的作用极其缓慢，而且针对高浓度甲醛，绿植也无法起到作用。光催化试剂又称为光触媒，常见如纳米二氧化钛。纳米二氧化钛粒子在紫外线照射下，内部电子-空穴对激励，产生具有强氧化分解活性氢氧基原子团，可以降解附着在纳米二氧化钛表面的几乎所有有机物，如氢化物，氮氧化物，硫化物等。相比于前面两种方法，光催化法具有高效、安全等特性，但是目前的纳米二氧化钛除醛试剂需要大量的紫外光才能产生光催化能力，紫外线能量高，对人体具有非常大伤害，长期接触可导致皮肤癌等。而且紫外线波长短，穿透能力弱。同时日常生活光源中基本不含紫外线，所以大大限制了纳米二氧化钛的应用。此外，当前的除醛材料在使用中除醛效率随着时间而下降，当降到一定程度，无法发挥除醛功效。而消费者在使用这些除醛材料时，却无法快捷感知除醛材料的寿命是否到期，导致无法及时更换除醛材料，产生安全隐患。
基于上述分析，一种吸附量不受限制，不会产生二次释放，对甲醛吸收起效快，且对人体安全可靠的可见光催化的除醛试剂是目前行业内急需的。
发明内容
鉴于上述不足，本发明提供了一种可见光响应的光催化除醛凝胶，采用可变色方案赋予除醛凝胶具有可视化的寿命周期，同时利用生物兼容性高的材料制备光催化除醛凝胶，解决了传统除甲醛材料在接触和使用过程中存在的潜在危害。
针对上述技术问题，本发明提供了一种可见光化学除甲醛凝胶及其制备方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
本发明是通过如下手段实现的：
一种可见光化学除甲醛凝胶的制备方法，包括：
(1)将成凝胶剂溶解在蒸馏水中，水浴加热至完全溶解，得到第一溶液备用；
(2)冷却第一溶液后，加入有机染料，得到第二溶液备用；
(3)向第二溶液中加入交联剂，室温冷却，即得一种可见光化学除甲醛凝胶。
进一步的，所述成凝胶剂添加量占蒸馏水比例为0.1-10％；
所述成凝胶剂材料包括但不限于：琼脂糖，甲基纤维素，透明质酸，明胶，壳聚糖，海藻酸，弹性蛋白样多肽，化学合成凝胶剂以及其他天然来源的聚合物。
进一步的，所述化学合成凝胶剂包括但不限于：聚丙烯酰胺，聚乙烯醇，聚丙烯酸钠，丙烯酸酯聚合物和具有丰富亲水基团的共聚物。
进一步的，所述水浴加热温度为95℃。
进一步的，所述第一溶液冷却至60℃。
进一步的，所述有机染料添加量占蒸馏水比例为0.01-30％；
所述有机染料包括但不限于：孟加拉玫瑰红和曙红Y。
进一步的，所述交联剂添加量占蒸馏水比例为0.01-10％；
所述交联剂包括但不限于：硼砂，Ca2+，NN-亚甲基双丙烯酰胺，二甲基丙烯酸乙二醇酯及其衍生物，1,4-丁二醇二缩水甘油醚，京尼平。
本发明还公开了一种根据上述任一制备方法制得的可见光化学除甲醛凝胶。
本发明的有益效果在于：
1、本发明采用具有可见光吸收的有机染料作为光催化剂，相比于紫外光驱动的光催化，更加具有实际应用前景，因为在日常使用中紫外光难以大量获得，同时紫外光对人体产生伤害。而可见光可以来源于太阳光，家庭光源等，非常便于获取，对人体无伤害。而且可见光因为波长较长，具有更深的穿透能力和更高效的光催化能力。
2、本发明采用的有机染料光催化剂，在可见光照射下产生单线态氧，具有非常高的活性，可以将甲醛等VOC降解成二氧化碳和水，不产生毒副产物，具有高安全性。
3、本发明采用的水凝胶材质，来源广泛，安全性高。
4、本发明采用的有机染料不仅具有光催化活性，同时染料本身的特性赋予凝胶一定的颜色，当可见光照射这些染料产生活性氧，活性氧分解甲醛同时，也会导致染料的逐步褪色，当染料最终消耗完，颜色也会完全褪去，即产生可视化的寿命表征，便于观察和及时更换。
附图说明
图1为4组实施例所制得的除甲醛凝胶的吸收谱；
图2为对照组和4组实施例所制得的除甲醛凝胶在绿光照射下产生单线态氧情况；
图3为对照组和4组实施例所制得的除甲醛凝胶在避光照射下产生单线态氧情况；
图4为对照组和4组实施例所制得的除甲醛凝胶在绿光照射下除甲醛情况。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
(1)称取5g聚乙烯醇加入100mL蒸馏水中，95℃水浴加热搅拌至完全溶解；
(2)冷却至60℃，加入0.4g曙红Y和0.1g硼砂，搅拌至完全溶解，室温静置冷却得到聚乙烯醇-曙红Y水凝胶。
实施例2：
(1)称取5g聚乙烯醇加入100mL蒸馏水中，95℃水浴加热搅拌至完全溶解；
(2)冷却至60℃，加入0.4g孟加拉玫瑰红和0.1g硼砂，搅拌至完全溶解，室温静置冷却得到聚乙烯醇-孟加拉玫瑰红水凝胶。
实施例3：
(1)称取3g聚乙烯醇，3g海藻酸钠加入100mL蒸馏水中，95℃水浴加热搅拌至完全溶解；
(2)冷却至60℃，称取1g曙红Y加入上述溶液中，60℃避光搅拌至完全溶解。
(3)加入1％的氯化钙溶液搅拌溶解，冷却至室温得到海藻酸钠/聚乙烯醇-曙红Y水凝胶。
实施例4：
(1)称取5g明胶和4g壳聚糖加入100mL蒸馏水中，95℃水浴加热搅拌至完全溶解；
(2)冷却至60℃，称取1g孟加拉玫瑰红加入明胶/壳聚糖溶液中，60℃避光搅拌至完全溶解。
(3)加入0.1g京尼平，搅拌溶解得到明胶/壳聚糖-孟加拉玫瑰红水凝胶。
对照组1：
未添加有机染料的凝胶：
(1)称取5g聚乙烯醇加入100mL蒸馏水中，95℃水浴加热搅拌至完全溶解；
(2)冷却至60℃，加入0.1g硼砂，搅拌至完全溶解，室温静置冷却得到聚乙烯醇水凝胶。
对照组2
未添加有机染料的凝胶：
(1)称取3g聚乙烯醇和3g海藻酸钠加入100mL蒸馏水中，95℃水浴加热搅拌至完全溶解；
(2)。冷却至60℃，加入1％氯化钙溶液，搅拌至溶解，冷却至室温得到海藻酸钠/聚乙烯醇水凝胶。
试验例1
单线态氧检测：
购买的单线态氧探-022是合成的苯蒽类荧光探针，与单线态氧反应，被氧化生成绿色荧光物质，激发波长488nm，发射波长526nm，绿色荧光强度与单线态氧水平成正比，检测绿色荧光就可以知道单线态氧的变化情况。具体检测结果如图1-图3所示：
根据图1结果可知：实施例1-4制备的凝胶，在紫外-可见吸收谱测试中均能测出荧光试剂的吸收峰，表明荧光试剂被包裹在凝胶中。
根据图2结果可知：在绿光照射下，实施例1-4制备的凝胶明显能产生单线态氧，而未添加染料的凝胶均不能产生单线态氧，说明光敏剂在凝胶中起到了关键作用。
根据图3结果可知：在避光情况下，添加了光敏剂染料的凝胶和未添加染料的凝胶均不能产生单线态氧，说明光照是光敏剂凝胶产生单线态氧的必要条件。
试验例2
除甲醛检测：
在密闭容器中放置100g制备的凝胶，用注射器注入10mL 10％甲醛溶液，35℃避光静置1h，然后放置在20W绿光等下，并开始检测。在设定的时间，用采样器从容器中吸取20mL气体，用酚试剂与采样气体进行反应30min，再加入显色液进行显色，最后用紫外分光光度计对样品吸光度进行检测。具体检测结果如图4所示：
根据图4结果可知：在光照条件下，添加了光敏剂染料的凝胶可以快速降低甲醛浓度，而未添加光敏剂染料的凝胶没有效果，说明凝胶产生的单线态氧可以清除甲醛。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种可见光化学除甲醛凝胶的制备方法，包括：
(1)将成凝胶剂溶解在蒸馏水中，水浴加热至完全溶解，得到第一溶液备用；
(2)冷却第一溶液后，加入有机染料，得到第二溶液备用；
(3)向第二溶液中加入交联剂，室温冷却，即得一种可见光化学除甲醛凝胶。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中：
所述成凝胶剂添加量占蒸馏水比例为0.1-10％；
所述成凝胶剂材料包括琼脂糖，甲基纤维素，透明质酸，明胶，壳聚糖，海藻酸，弹性蛋白样多肽，化学合成凝胶剂以及其他天然来源的聚合物。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中：
所述化学合成凝胶剂包括聚丙烯酰胺，聚乙烯醇，聚丙烯酸钠，丙烯酸酯聚合物和具有丰富亲水基团的共聚物。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中：
所述水浴加热温度为95℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中：
所述第一溶液冷却至60℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其中：
所述有机染料添加量占蒸馏水比例为0.01-30％；
所述有机染料包括孟加拉玫瑰红和曙红Y。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其中：
所述交联剂添加量占蒸馏水比例为0.01-10％；
所述交联剂包括硼砂，Ca2+，NN-亚甲基双丙烯酰胺，二甲基丙烯酸乙二醇酯及其衍生物，1,4-丁二醇二缩水甘油醚，京尼平。
8.一种根据权利可要求1～7所述任一制备方法制得的可见光化学除甲醛凝胶。
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