CN115090111A - 一种家居用甲醛去除剂的制备及应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种家居用甲醛去除剂的制备及应用方法，涉及室内空气污染治理技术领域。通过溶液配制、氧化处理、光触媒添加、助剂添加等步骤，制备了以聚1,2‑苯二胺低聚体为主要作用成分、纳米二氧化钛为辅助成分的家居用甲醛去除剂。其应用方法是直接喷洒、涂覆或浸泡于家具表面、断层、缝隙等甲醛释放污染源。本发明提供的家居用甲醛去除剂可以渗透进家具的间隙、结合缝隙或微小裂纹中，在源头上治理甲醛污染；通过使用氧气氧化法、过氧化氢氧化法等绿色环保方法，可以做到生产无污染、绿色环保的效果；通过添加二氧化钛纳米颗粒，作为光触媒颗粒，可以起到辅助去除甲醛的效果。
Description
技术领域
本发明涉及室内空气污染治理技术领域，尤其涉及一种家居用甲醛去除剂的制备及应用方法。
背景技术
甲醛是室内空气污染的主要污染物之一。甲醛中的C＝O基团极性强，极易与人体中的组织发生化学反应。因此甲醛具有致癌性、致畸性、刺激性，可引发癌症、白血病、呼吸道过敏等疾病，尤其对儿童健康具有严重的危害。
室内甲醛主要来源于建筑与装修装饰材料。由于装修材料中大量使用酚醛树脂、脲醛树脂等以甲醛为原料合成的粘合剂，在自然条件下，酚醛树脂、脲醛树脂会发生缓慢的水解反应释放甲醛。尤其在高气温、高湿度的条件下，甲醛的释放会更剧烈。这一过程持续时间较长，可达数十年之久。
现有公告号为CN108554383A的发明专利提供了一种常温甲醛吸附剂，包括载体和活性剂，载体为活性炭，活性剂为4-氨基-1,2-邻苯二酚盐酸盐。此发明还提供了上述吸附剂在滤网中的应用。此发明提供的常温甲醛吸附剂综合利用了活性炭的物理吸附作用和活性剂的化学反应效果。
但是上述发明的缺点是：其工作原理是吸附已经释放于空气中的甲醛。空气中分子流动性极强，分子密度较低。因此依靠吸附方法去除空气中的甲醛效率相对较低，且不能避免人体对甲醛的吸入，不能做到从甲醛源头上的治理。
另有公告号为CN105080494A、CN101468305A、CN109289806A、CN111434378A、CN107413299A、CN109731435A的专利都公开了各种各样的甲醛吸附剂或甲醛吸附材料。但他们的缺点都是吸附已经释放到空气中的甲醛，甲醛会从基材里持续扩散，无法持续起到持续吸附的作用，且上述发明吸附效率低，不能避免人体对甲醛的吸入，无法做到在释放源头去除甲醛。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种家居用甲醛去除剂的制备及应用方法，通过溶液配制、氧化处理、光触媒添加、助剂添加等步骤，制备了以聚1,2-苯二胺低聚体为主要作用成分、纳米二氧化钛为辅助成分的家居用甲醛去除剂。
本发明中，聚1,2-苯二胺低聚体含有大量的氨基、亚胺基团，极易与甲醛发生亲核加成反应。光触媒颗粒可以在光催化的作用下与甲醛发生反应。
本发明的应用方法是直接喷洒、涂覆或浸泡于家具表面、断层、缝隙等甲醛释放污染源。本发明提供的家居用甲醛去除剂可以渗透进家具的间隙、结合缝隙或微小裂纹中，从而对其中释放出的甲醛进行及时捕捉，在源头上治理甲醛污染。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种家居用甲醛去除剂的制备方法，是通过以下操作步骤制备获得：步骤一，称取1,2-苯二胺粉末，溶于去离子水中，配置成不饱和溶液；步骤二，将步骤一制备的1,2-苯二胺溶液进行氧化处理，得到聚1,2-苯二胺低聚体溶液；步骤三，在步骤二处理后得到的产品中添加光触媒颗粒并混合均匀；步骤四，在步骤三处理后得到的产品中添加助剂并混合均匀。家居用甲醛去除剂的应用方法是直接喷洒、涂覆或浸泡甲醛释放污染源。
通过采用上述技术方案，可以制备出以聚1,2-苯二胺低聚体为主要作用成分、光触媒颗粒为辅助成分的家居用甲醛去除剂。聚1,2-苯二胺低聚体含有大量的氨基、亚胺基团，极易与甲醛发生亲核加成反应。光触媒颗粒可以在光催化的作用下与甲醛发生反应。通过直接喷洒、涂覆或浸泡甲醛释放污染源，可以使甲醛去除剂渗透进家具的间隙、结合缝隙或微小裂纹中，从而对其中释放出的甲醛进行及时捕捉，在源头上治理甲醛污染。
进一步的，具体到步骤一：1,2-苯二胺原料的纯度为化学纯。在常温下，将1,2-苯二胺颗粒溶于去离子水中，充分搅拌均匀至完全溶解。配制1,2-苯二胺溶液浓度为0.05mol/L至0.1mol/L。
通过采用上述技术方案，制备了1,2-苯二胺溶液。选取化学纯的1,2-苯二胺是为了保证原料纯度的同时兼顾成本。选用去离子水是为了减少杂质的影响。在常温下溶解是为了减少生产成本，降低对容器的要求，减少能耗。1,2-苯二胺溶液浓度为0.05mol/L至0.1mol/L是为了保证一定的浓度，从而保证后续的聚合反应速率。此外，这个浓度还会使1,2-苯二胺溶液处于不饱和状态，防止溶液出现沉淀进而造成浪费。
进一步的，具体到步骤二：对1,2-苯二胺溶液的氧化处理包括但不限制为氧气氧化法、过氧化氢氧化法等绿色环保方法。
通过采用上述技术方案，1,2-苯二胺分子中的一个氨基，会在氧化作用下脱去一个或两个氢原子之后，与相邻的1,2-苯二胺分子的4位或5位碳原子发生反应。氮原子与左右相邻的两个碳原子会形成C-N＝C键或C＝N-C键或C-NH-C键，进而逐渐生成聚1,2-苯二胺。氧气氧化法、过氧化氢氧化法等绿色环保方法不会产生有毒有害的副产物，不会造成水质、土壤的污染。
进一步的，具体到氧气氧化法：将步骤一制备得到的1,2-苯二胺溶液置于常规容器中，在容器底部设置若干气泡发生机构喷头。气泡发生机构及喷头可采用公开号为CN103747858A的专利所提供的设备。喷头持续喷发氧气气泡，氧气喷发速度设置为2L/min/m3至5L/min/m3，喷发时间设置为30min至120min。
通过采用上述技术方案，1,2-苯二胺在氧气的氧化作用下，会生成聚1,2-苯二胺溶液低聚体。氧气是绿色氧化剂，且价格低廉，其与1,2-苯二胺的氧化反应副产物仅为水。此外，氧气的氧化性不高，因而可以对1,2-苯二胺的聚合反应程度进行有效控制，不会使聚1,2-苯二胺的聚合程度过高进而产生沉淀。使用公开号为CN103747858A的专利所提供的喷头可以使氧气的喷射气泡变小，从而加强气液界面接触面积，提高反应速率，提高聚合反应的整体均匀性，使聚1,2-苯二胺的分子量分布离散型降低。氧气喷发速度设置为2L/min/m3至5L/min/m3，喷发时间设置为30min至120min是为了得到目标聚合度的聚1,2-苯二胺溶液。
进一步的，具体到过氧化氢氧化法：在步骤一制备得到的1,2-苯二胺溶液中加入过氧化氢溶液，搅拌5min至15min，1,2-苯二胺溶液与过氧化氢溶液体积比为4:1，过氧化氢溶液浓度为10％至30％。
通过采用上述技术方案，1,2-苯二胺在过氧化氢的氧化作用下，会生成聚1,2-苯二胺溶液低聚体。过氧化氢是绿色氧化剂，价格低廉，副产物仅为水和氧气。此外，过氧化氢与1,2-苯二胺氧化反应为液液接触，反应速度快，生产效率高。控制搅拌时间与过氧化氢溶液的浓度是为了对1,2-苯二胺的聚合程度进行有效控制，得到目标聚合度的聚1,2-苯二胺溶液，防止其聚合程度过高进而生成沉淀。
进一步的，具体到步骤三：取质量份数100的步骤二处理后得到的产品、质量份数1至3的光触媒颗粒混合，并搅拌均匀。光触媒颗粒为二氧化钛纳米颗粒，可采用公开号为CN109219577A的专利所提供的纳米颗粒二氧化钛，其在溶液中的团聚尺寸为1微米至5微米。
通过采用上述技术方案，纳米二氧化钛作为光催化剂，可以对甲醛的分解起到一定作用。二氧化钛价带上有大量电子，导带上有空穴，在光照条件下，电子会发生跃迁，从而具有强反应活性。二氧化钛颗粒表面的水分子在光催化的作用下，会生成游离的氢氧根，极易与甲醛反应，生成不会挥发的甲酸。尺寸小的二氧化钛可以提供极高的比表面积，有助于甲醛的去除。由于二氧化钛价格相对昂贵，在本发明中仅起到辅助作用，因此其总质量分数为1％至3％即可。
进一步的，具体到步骤四：取步骤三处理后得到的产品，向其中添加助剂，并搅拌混合均匀。助剂优选的使用无水乙醇，也可以使用其他物质。添加后乙醇的体积分数在20％至40％之间。
通过采用上述技术方案，聚1,2-苯二胺的溶解性更好了。由于聚1,2-苯二胺在乙醇中的溶解度要高于在水中的溶解度。因此添加适量的乙醇可以提高聚1,2-苯二胺的溶解性，进而增强甲醛去除剂溶液的稳定性，延长其保质期限。但乙醇含量不能过多，否则会造成严重的刺激性，并对家具材料造成损坏，并且在室内有燃烧爆炸的危险。
进一步的，聚1,2-苯二胺低聚体的聚合度控制在3至10之间。
通过采用上述技术方案，聚合度在3至10之间的聚1,2-苯二胺既可以保证其除甲醛的有效性、高溶解度，又可以保证其低毒性。1,2-苯二胺单体溶液虽然理论上除甲醛的效果更好，但是其对人体健康有一定危害，能对人体皮肤、呼吸道黏膜等器官造成损坏，并且其可以对家具的涂料、颜料造成一定程度的溶解。而聚1,2-苯二胺的毒性会大大降低。如果聚1,2-苯二胺的聚合度过高，不仅会生成沉淀，而且其有效官能团氨基、亚胺基团的浓度过低，去除甲醛的效果会大打折扣。因此将聚合度控制在3至10之间，既可以保证其除甲醛的有效性、高溶解度，又可以保证其低毒性。
进一步的，本发明提供的家居用甲醛去除剂的应用方法是直接喷洒、涂覆或浸泡于家具表面、断层、缝隙等甲醛释放污染源。喷洒后保持12小时至72小时，然后用水或湿抹布将其擦除即可。
通过采用上述技术方案，使用本发明提供的家居用甲醛去除剂可以做到对甲醛释放源头的治理。大量的现有技术提供的甲醛吸附剂或甲醛吸附材料，工作原理基本都是吸附已经释放于空气中的甲醛。空气中分子流动性极强，分子密度较低，无论现有技术采用的是物理吸附还是化学吸附，无论它们吸附效率多高，都不能避免甲醛挥发到空气中，不能避免人体对甲醛的吸入。因此，上述甲醛去除方法都是“守株待兔”式的，不能从源头上解决甲醛的污染。本发明可以源头上解决甲醛的释放，聚1,2-苯二胺溶液和纳米二氧化钛颗粒会将甲醛快速的反应掉，并渗透进家具的间隙、结合缝隙或微小裂纹中，做到对甲醛持续的、长久的去除。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
(1)通过溶液配制、氧化处理、光触媒添加、助剂添加等步骤，制备了以聚1,2-苯二胺低聚体为主要作用成分、纳米二氧化钛为辅助成分的家居用甲醛去除剂。其应用方法是直接喷洒、涂覆或浸泡于家具表面、断层、缝隙等甲醛释放污染源。聚1,2-苯二胺低聚体含有大量的氨基、亚胺基团，极易与甲醛发生亲核加成反应。本发明提供的家居用甲醛去除剂可以渗透进家具的间隙、结合缝隙或微小裂纹中，从而对其中释放出的甲醛进行及时捕捉，在源头上治理甲醛污染；
(2)通过使用氧气氧化法、过氧化氢氧化法等绿色环保方法，其副产物只有水或氧气。可以做到生产无污染，达到绿色环保的效果；
(3)通过添加二氧化钛纳米颗粒，作为光触媒颗粒，可以起到辅助去除甲醛的效果。尺寸小的二氧化钛可以提供极高的比表面积，有助于甲醛的去除。
(4)通过将聚1,2-苯二胺的聚合度控制在在3至10之间，既可以保证其除甲醛的有效性、高溶解度，又可以保证其低毒性。
附图说明
图1是本发明实施例的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明进行清楚、完整地描述。
实施例1
参见附图1，一种家居用甲醛去除剂的制备及应用方法，本家居用甲醛去除剂是通过以下操作步骤制备获得：
步骤一：1,2-苯二胺原料的纯度为化学纯。在常温下，将1,2-苯二胺颗粒溶于去离子水中，充分搅拌均匀至完全溶解。配制1,2-苯二胺溶液浓度为0.08mol/L。
步骤二：使用氧气氧化法，将步骤一制备得到的1,2-苯二胺溶液置于常规容器中，在容器底部设置若干气泡发生机构喷头。气泡发生机构及喷头可采用公开号为CN103747858A的专利所提供的设备。喷头持续喷发氧气气泡，氧气喷发速度设置为3L/min/m3，喷发时间设置为30min。
步骤三：取质量份数100的步骤二处理后得到的产品、质量份数2的光触媒颗粒混合，并搅拌均匀。光触媒颗粒为二氧化钛纳米颗粒，采用公开号为CN109219577A的专利所提供的纳米颗粒二氧化钛。
步骤四：取步骤三处理后得到的产品，向其中添加助剂，并搅拌混合均匀。助剂优选的使用无水乙醇，也可以使用其他物质。添加后乙醇的体积分数为40％。
按照上述步骤制备的聚1,2-苯二胺低聚体，其聚合度在3至10之间。
应用方法：将上述方法制备的家居用甲醛去除剂直接喷洒、涂覆或浸泡于家具表面、断层、缝隙等甲醛释放污染源。喷洒后保持12小时至72小时，然后用水或湿抹布将其擦除即可。
实施例2
参见附图1，一种家居用甲醛去除剂的制备及应用方法，本家居用甲醛去除剂是通过以下操作步骤制备获得：
步骤一：1,2-苯二胺原料的纯度为化学纯。在常温下，将1,2-苯二胺颗粒溶于去离子水中，充分搅拌均匀至完全溶解。配制1,2-苯二胺溶液浓度为0.05mol/L。
步骤二：使用氧气氧化法，将步骤一制备得到的1,2-苯二胺溶液置于常规容器中，在容器底部设置若干气泡发生机构喷头。气泡发生机构及喷头可采用公开号为CN103747858A的专利所提供的设备。喷头持续喷发氧气气泡，氧气喷发速度设置为4L/min/m3，喷发时间设置为80min。
步骤三：取质量份数100的步骤二处理后得到的产品、质量份数2的光触媒颗粒混合，并搅拌均匀。光触媒颗粒为二氧化钛纳米颗粒，采用公开号为CN109219577A的专利所提供的纳米颗粒二氧化钛。
步骤四：取步骤三处理后得到的产品，向其中添加助剂，并搅拌混合均匀。助剂优选的使用无水乙醇，也可以使用其他物质。添加后乙醇的体积分数为30％。
按照上述步骤制备的聚1,2-苯二胺低聚体，其聚合度在3至10之间。
应用方法：将上述方法制备的家居用甲醛去除剂直接喷洒、涂覆或浸泡于家具表面、断层、缝隙等甲醛释放污染源。喷洒后保持12小时至72小时，然后用水或湿抹布将其擦除即可。
实施例3
步骤一：1,2-苯二胺原料的纯度为化学纯。在常温下，将1,2-苯二胺颗粒溶于去离子水中，充分搅拌均匀至完全溶解。配制1,2-苯二胺溶液浓度为0.05mol/L。
步骤二：使用过氧化氢氧化法，在步骤一制备得到的1,2-苯二胺溶液中加入过氧化氢溶液，搅拌5min，1,2-苯二胺溶液与过氧化氢溶液体积比为4:1，过氧化氢溶液浓度为25％。
步骤三：取质量份数100的步骤二处理后得到的产品、质量份数3的光触媒颗粒混合，并搅拌均匀。光触媒颗粒为二氧化钛纳米颗粒，采用公开号为CN109219577A的专利所提供的纳米颗粒二氧化钛。
步骤四：取步骤三处理后得到的产品，向其中添加助剂，并搅拌混合均匀。助剂优选的使用无水乙醇，也可以使用其他物质。添加后乙醇的体积分数为30％。
按照上述步骤制备的聚1,2-苯二胺低聚体，其聚合度在3至10之间。
应用方法：将上述方法制备的家居用甲醛去除剂直接喷洒、涂覆或浸泡于家具表面、断层、缝隙等甲醛释放污染源。喷洒后保持12小时至72小时，然后用水或湿抹布将其擦除即可。
实施例4
步骤一：1,2-苯二胺原料的纯度为化学纯。在常温下，将1,2-苯二胺颗粒溶于去离子水中，充分搅拌均匀至完全溶解。配制1,2-苯二胺溶液浓度为0.05mol/L。
步骤二：使用过氧化氢氧化法，在步骤一制备得到的1,2-苯二胺溶液中加入过氧化氢溶液，搅拌10min，1,2-苯二胺溶液与过氧化氢溶液体积比为4:1，过氧化氢溶液浓度为10％。
步骤三：取质量份数100的步骤二处理后得到的产品、质量份数2的光触媒颗粒混合，并搅拌均匀。光触媒颗粒为二氧化钛纳米颗粒，采用公开号为CN109219577A的专利所提供的纳米颗粒二氧化钛。
步骤四：取步骤三处理后得到的产品，向其中添加助剂，并搅拌混合均匀。助剂优选的使用无水乙醇，也可以使用其他物质。添加后乙醇的体积分数为40％。
按照上述步骤制备的聚1,2-苯二胺低聚体，其聚合度在3至10之间。
应用方法：将上述方法制备的家居用甲醛去除剂直接喷洒、涂覆或浸泡于家具表面、断层、缝隙等甲醛释放污染源。喷洒后保持12小时至72小时，然后用水或湿抹布将其擦除即可。
对比实验：
实验方法：在面积为9.6m2的房间内放入新买的相同家具。首先将房间充分通风1h，然后关闭所有门窗等通风口，分别将200g的本发明所提供的甲醛去除剂与对比专利提供的甲醛去除剂放入室内，在1h，12h，24h，48h时间节点分别使用美国INTERSCAN 4160-Ⅱ型甲醛检测仪对房间进行甲醛检测，检测3次，取平均值，得到甲醛浓度数据。
需要注意的是，对比专利提供的甲醛去除剂的使用方法是按照各自的说明书内容，将去除剂放置于室内空旷处，而本发明使用方法为喷洒至家具表面、缝隙等位置。本次对比实验购买了完全相同的多组家具，每次实验都重新拆封包装，更换新的家具，以保证测量结果公平、准确。
将实施例1-4得到的甲醛去除剂与现有技术的甲醛去除剂做技术效果的对比，如下：
由上表可以看出，使用本发明提供的家居用甲醛去除剂可以做到对甲醛释放源头的治理，让甲醛在源头挥发处就被去除，避免了人体的吸入，效果持续且长久。现有技术提供的甲醛吸附剂或甲醛吸附材料仅吸附游离出的甲醛，无法对甲醛释放源头进行治理。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种家居用甲醛去除剂的制备方法，其特征在于：所述家居用甲醛去除剂通过以下操作步骤制备获得：
步骤一，称取1,2-苯二胺粉末，溶于去离子水中，配置成不饱和溶液；
步骤二，将步骤一制备的1,2-苯二胺溶液进行氧化处理，得到聚1,2-苯二胺低聚体溶液；
步骤三，在步骤二处理后得到的产品中添加光触媒颗粒并混合均匀；
步骤四，在步骤三处理后得到的产品中添加助剂并混合均匀。
2.根据权利要求1所述的家居用甲醛去除剂的制备方法，其特征在于：所述步骤一，所述1,2-苯二胺纯度为化学纯，在常温下配置溶液，1,2-苯二胺溶液浓度为0.05mol/L至0.1mol/L。
3.根据权利要求1所述的家居用甲醛去除剂的制备方法，其特征在于：所述步骤二，所述氧化处理包括但不限制为氧气氧化法、过氧化氢氧化法。
4.根据权利要求3所述的家居用甲醛去除剂的制备方法，其特征在于：所述氧气氧化法的步骤如下：将步骤一制备得到的1,2-苯二胺溶液置于常规容器中，在容器底部设置若干气泡发生机构喷头，持续喷发氧气气泡，氧气喷发速度为2L/min/m3至5L/min/m3，喷发时间为30min至120min。
5.根据权利要求3所述的家居用甲醛去除剂的制备方法，其特征在于：所述过氧化氢氧化法的步骤如下：在步骤一制备得到的1,2-苯二胺溶液中加入过氧化氢溶液，搅拌5min至15min，1,2-苯二胺溶液与过氧化氢溶液体积比为4:1，过氧化氢溶液浓度为10％至30％。
6.根据权利要求1所述的家居用甲醛去除剂的制备方法，其特征在于：所述步骤三，取质量份数100的步骤二处理后得到的产品、质量份数1至3的所述光触媒颗粒混合，并搅拌均匀，光触媒颗粒为二氧化钛纳米颗粒，其团聚尺寸为1微米至5微米。
7.根据权利要求1所述的家居用甲醛去除剂的制备方法，其特征在于：所述步骤四，取步骤三处理后得到的产品，向其中添加所述助剂，助剂包括但不限制为无水乙醇，添加后乙醇的体积分数在20％至40％之间。
8.根据权利要求1所述的家居用甲醛去除剂的制备方法，其特征在于：所述聚1,2-苯二胺低聚体的聚合度为3至10。
9.根据权利要求1-8任一所述方法制备的家居用甲醛去除剂。
10.应用根据权利要求9所述家居用甲醛去除剂的方法，其特征在于：直接喷洒、涂覆或浸泡甲醛释放污染源。
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