CN1634604A - 复合纳米空气净化材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合纳米空气净化材料，它由以下重量百分比的各组分组成：富马酸二甲酯10－35％，纳米二氧化钛10－25％，纳米青蒿1－2％，纳米紫草1－2％，纳米柴胡1－3％，纳米薄荷1－10％，芳樟醇10－16％，香叶油10－18％，香草油5－15％。富马酸二甲酯采用现有反丁烯二酸和甲醇直接酯化法先行制备，纳米二氧化钛采用现有激光气相合成法先行制备，其余7种组分采用现有超临界CO₂流体萃取技术先行制备。然后在将富马酸二甲酯熔化并搅拌状态下加入纳米二氧化钛，搅拌冷却至70℃时一同加入纳米级青蒿、柴胡、紫草和薄荷，并搅拌，冷却至50℃一同加入芳樟醇、香叶油和香草油，冷却后注模或压片即得本发明产品。本产品能高效抑制杀灭空气中的有害细菌，能在短时间内使新装修居室内的甲醛、苯等多种对人体有害气体沉降分解。本产品能在空气中挥发干净，不留任何残物，是一种高效绿色的环保材料。

Description

复合纳米空气净化材料

技术领域

本发明公开了一种用于净化空气中对人体有害气体，能够抑制、杀灭空气中有害细菌的复合纳米空气净化材料，属空气净化消毒新材料新技术领域。

背景技术

目前空气净化材料的种类繁多，例如喷雾剂形式的空气清新剂、负氧离子发生器等等，它们都能起到一定的空气消毒和净化效果。但普通存在的不足之处是作用时间短，存在一过性问题，效果有的不全，有的较差。空气是无孔不入的物质，但目前尚未见到挥发性很强、流动性很强，只要在有空气流动的地方就能起到空气净化作用的物质和材料。

具有抑菌灭菌作用而且细度在纳米级的中草药等固体微细粉末与具有很强挥发性的油性杀菌物质相混合，纳米级固体杀菌物质就能随挥发性油质物料而充满到所有空气所到之外，对有空气流动的地方就能起到空气净化作用。

纳米长度相当于10亿分之一米。纳米科技是指在1-100nm这样微小的长度单位，研究原子和分子运动规律和特性的高新科学技术。目前随着纳米科技在理论和实践中的不断发展，纳米材料的制备已成现有技术。据了解，有关纳米材料制备及应用的文献和书籍已有很多，其中有李凤生、杨毅等编著的纳米功能复合材料及应用，国防工业出版社，2003年版；徐辉碧，杨祥良等编著的纳米医药，清华大学出版社，2004年版；廖传华、黄振仁主编，超临界CO₂流体萃取技术——工艺开发及其应用，化学工业出版社，2004年7月版；李凤生、刘宏英等编著的微纳米粉体制备与改性设备，国防工业出版社，2004年版；李凤生、杨毅等编著的微纳米复合技术及应用，国防工业出版社，2002年版；郑水林著，超细粉碎工艺设计与设备手册，中国建材工业出版社，2002年版；郑水林著，超细粉碎，中国建材工业出版社，1999年版；言仿雷著，超微气流粉碎技术，材料科学与工程，2000年，18(4)：145-149；李风生著，超细粉体技术，国防工业出版社，2000年版；张志焜、崔作林著，纳米技术与纳米材料，国防工业出版社，2000年版；曹茂盛著，超微颗粒制备科学与技术，哈尔滨工业大学出版社，1995年版。总之，目前我国应用纳米技术制备纳米粉体已经成为现有技术。

本发明选用青蒿、紫草、柴胡、薄荷、二氧化钛、芳樟醇、香叶油、香草油、富马酸二甲酯作为复合纳米空气净化材料。

柴胡在《神农草本经》也称金草。现代研究证明，柴胡有效成分为柴胡皂甙，有抗炎作用，有抗感冒、抗病毒作用。薄荷有清凉散热、化痰作用，能减轻咽喉肿痛，对病毒有抑制作用。紫草对多种细菌有抑制作用，包括变形杆菌、溶血性链球菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等，有抗病毒作用、消炎作用，对肿瘤有抑制作用，还可用于治疗皮肤病等。青蒿有蒿酮、青蒿素、青蒿甲素、青蒿乙素等，具有抗疟作用、抗血吸虫作用，抗菌、抗病毒作用；青蒿素对表皮葡萄球菌、卡他球菌、炭疽杆菌、白喉杆菌有较强的抑制作用，对金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、痢疾杆菌、结核杆菌等也有抑制作用，另外青蒿中谷甾醇和豆甾醇有抗病毒、抗流感病毒作用。

以上四种中药即青蒿、紫草、柴胡、薄荷在本发明当中采用现有超临界CO₂流体萃取技术，首先制得纳米级单一组分的粉体。

芳樟醇、香叶油、香草油是本发明选用的三种植物挥发性油质物，在本发明中也采用现有超临界CO₂流体萃取技术先行制备单一组分的高纯度精油。

超临界CO₂流体萃取技术用于制备超微细材料是90年代发展起来的新型技术，在制备微纳米药物、缓释药物等领域得到了广泛的应用。采用超临界CO₂流体萃取技术可以提炼出固体微纳米粉体，能从药用植物中萃取生物活性分子，也可以提炼出植物精油。与传统的溶剂法和蒸馏法相比，超临界CO₂流体萃取技术具有提取纯度高，选择性好、低温萃取不使药成分热解和无溶剂残留的特点，且萃取率高，操作成本低，很适合于中草药制药行业，是中药现代化进程不可缺少的先进技术。超临界CO₂流体萃取技术的技术原理是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对临界流体溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物则完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的。据廖传华、黄振仁主编的《超临界CO₂流体萃取技术—工艺开发及其应用》一书(化学工业出版社，2004年版)第76页和第78页介绍，超临界CO₂流体萃取工艺过程主要由萃取阶段和分离阶段组成，并适当配备压缩与热交换等设备。萃取阶段常在一个萃取釜中进行，分离阶段可能有一个分离器，也可能有两个，以实现二级分离。按照所采用操作方法不同，有变压萃取分离(等温法)，变温萃取分离(等压法)和吸附萃取分离(吸附法)、惰性气体法和洗涤法五种。根据被萃取物质的形态不同可分为液态物料的萃取工艺和固态物料的萃取工艺。固相物料的超临界CO₂流体萃取过程除了可以采用上述列于前面的三种基本流程外，还可采用惰性气体法流程和洗涤法流程。超临界CO₂萃取技术包含有以下两个特点：1、可以在接近室温(35-40℃)及CO₂气体笼罩下进行提取，有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散。因此，在萃取物中保持着药用植物的全部成分，而且能把高沸点、低挥发性、易热解的物质在远低于其沸点温度下萃取出来。2、该方法是最干净的提取方法，由于全过程不用有机溶剂，因此萃取物绝无残留的溶剂物质，从而防止了提取过程中对人体有害物的存在和对环境的污染，保证了100％的纯天然性。据廖传华、黄振仁主编《超临界CO₂流体萃取技术—工艺开发及其应用》化学工业出版社2004年7月版第204-206页记载可知：超临界CO₂流体萃取技术的工艺流程为：原料萃取—→萃取液过滤—→颗粒分离—→分离固体和分离液体分别送往贮槽—→补充新鲜CO₂—→萃取溶质分离放出—→送往大气贮槽—→送成品槽。

本发明采用超临界CO₂流体萃取技术分别制备以上四种中药和三种植物挥发性油时所选用的主要设备及其性能规格是：萃取釜：1L-1000L(25-35MPa)固液态两用；分离釜：1L-500L(5-15MPa)；精馏塔：内径50-500mm、25-35MPa；CO₂高压泵：20L-3000L/40MPa；温度控制：自动控温±＜1℃；压力控制：自动控制稳压、操作安全；组合形式：二萃一塔一分。

纳米二氧化钛是一种具有光催化作用的氧化剂，也被称之为二氧化钛光触媒抗菌剂。李凤生、杨毅、马振叶、姜炜等编著的《纳米功能复合材料及应用》一书(国防工业出版社2003年版)第107页、第111页已对光催化基本原理及纳米光催化复合材料的种类及制备作了详尽的论述。根据该书第251页、第273页、第283页的有关内容可知，纳米TiO₂光催化剂不仅能杀死细菌，而且可以降解细菌释放出的有毒物，纳米TiO₂对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等有强杀伤力。通常空气中的有害气体如装修材料等放出的甲醛及生活环境中产生的甲硫醇、硫化氢、氨气等，只要浓度在百万分之几时就能使人感到不适。而纳米二氧化钛则可将这些有害物质吸附于表面，然后分解氧化，从而使空气中的这些有害物质的浓度降低，减轻或消除人们对环境的不适感。因此，纳米TiO₂是一种非常理想的空气净化材料。该书第256页已对二氧化钛光催化杀菌原理作出论述。纳米二氧化钛抗菌包含有如下主要特征：1、二氧化钛光催化反应产生的·OH自由基具有402.8MJ/mol反应能，高于有机化合物中各类化学键能，可将各种有机物分解为无害的CO₂和水。它既能杀灭微生物，也能分解微生物赖以生存繁衍的有机营养物，达到抗菌目的。因此，TiO₂杀菌能力很强，同时还具有抗菌的性能。2、TiO₂对人体安全无毒。

纳米级二氧化钛可采用现有激光气相合成法制得。由李凤生、刘宏英、刘雪东、姜炜等编著的《微纳米粉体制备与改性设备》(国防工业出版社，2004年版)第262-263页指出：激光气相合成法现已能够合成一系列粒径均匀、纯度高的微纳米粉体……采用该法相关设备可以引发气体、液体、固体表面的化学反应，从而合成高性能的的微纳米粉体，包括微纳米金属粉体，如Fe、Si、Co、Ni、Al、Ti、Zr、Cr、Mo、Ta等，以及其氧化物，如Fe₂O₃、NiO、Al₂O₃、TiO₂、Cr₂O₃、Ta₂O₅、WO₃、M₀O₃等。该书第255页还指出：一套完整的激光气相合成法制备微纳米粉体的组成设备为：合成反应设备、激光发生设备、粉体收集设备、原料蒸发设备、供气设备和真空设备，其中合成反应设备是激光气相合成设备的核心。该书第261页给出了激光气相合成设备全系统结构组合设计及其结构组合设计图。

富马酸二甲酯是一种具有高效、低毒、广谱抗菌作用的防霉剂，具有较强的升华性和挥发性，广泛应用于食品、水果、鱼、肉、蔬菜、粮食及饲料行业，可用于食品加工场合的空气净化，也是一种很普通、效果很好的空气净化材料组成部分。富马酸二甲酯别名为反丁烯二酸二甲酯，分子式C₆H₈O₄，相对分子量144.13。产品性状为白色粉末或结晶。略有辛辣味。熔点103-104℃，易升华，沸点193℃，相对密度1.37。溶解于乙酸乙酯、氯仿、醇类，微溶于水，耐热性能好。使用的PH范围宽，能在PH值3-8内使用。据温辉梁、黄绍华等编著的《食品添加剂生产技术与应用配方》(江西科学技术出版社2002年10月版)第38页介绍，富马酸二甲酯可采用三种不同的工艺流程制得，这三种工艺流程是：1、反丁烯二酸和甲醇直接酯化法，2、马来酸酐二步合成法，3、富马酸或马来酸先酰化、后酯化法。本发明采用了上述第1种工艺流程来制备富马酸二甲酯，其工艺流程为：富马酸、甲醇、催化剂—→回流—→冷水洗涤—→10％碳酸钠溶液中和—→结晶—→干燥—→成品。此法原料易得，反应条件易掌握，成本也较低，便于工业化生产。工艺因所用的催化剂不同而略有区别。一般为富马酸和甲醇在催化剂的存在下回流反应，醇酸比一般为(6-10)∶1，常用的催化剂有硫酸、对甲苯磺酸、磷酸和一些新型催化剂，如固体催化剂，ZrO₂/SO₄ ^2-、磷钨酸以及高效强酸型阳离子交换树脂。酯化反应完成后，加入冷水洗涤，然后加入10％碳酸钠溶液中和，再于甲醇溶液中结晶，干燥后即得成品。

本发明所选用的空气净化材料的各种组分均采用现有技术先行制得。

发明内容

本发明的目的是利用现有技术先行制备青蒿、紫草、柴胡、薄荷中药的纳米级粉体、精制芳樟醇、精制香叶油、精制香草油及纳米级二氧化钛和富马酸二甲酯微细粉末，然后将上述物质组合制备成一种复合纳米空气净化材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：复合纳米空气净化材料，其特征在于该材料由以下重量百分比的各组分组成：富马酸二甲酯10-35％，纳米二氧化钛10-25％，纳米青蒿1-2％，纳米紫草1-2％，纳米柴胡1-3％，纳米薄荷1-10％，芳樟醇10-16％，香叶油10-18％，香草油5-15％，并采用下述方法制备：

1、采用现有超临界CO₂流体萃取技术分别制备以下物质：纳米青蒿、纳米紫草、纳米柴胡、纳米薄荷、芳樟醇、香叶油、香草油；

制备以上物质的超临界CO₂流体萃取技术的工艺流程均相同，为：原料萃取—→萃取液过滤—→颗粒分离—→送往贮槽—→补充新鲜CO₂—→萃取溶质分离放出—→送往大气贮槽—→送成品槽；

制备以上物质的超临界CO₂流体萃取技术中所采用的设备均相同，主要设备为：萃取釜、分离釜、精馏塔、CO₂高压泵，温度控制器、压力控制器，设备组合形式是：二萃一塔一分；

2、采用现有激光气相合成法制备纳米二氧化钛粉体，所使用的设备为：合成反应设备、激光发生设备、粉体收集设备、原料蒸发设备、供气设备及真空设备；

3、采用现有反丁烯二酸和甲醇直接酯化法制备富马酸二甲酯，其工艺流程为：富马酸、甲醇、催化剂—→回流—→冷水洗涤—→10％碳酸钠溶液中和—→结晶—→干燥—→成品；其中甲醇与富马酸重量比为(6-10)∶1，催化剂为以下当中的一种：硫酸、磷酸和一些新型催化剂；

4、按照前述复合纳米空气净化材料各组分的重量百分比要求称取已制得的各组分物料，先将步骤3制得的富马酸二甲酯加入搅拌器的不锈钢容器中加热至103-104℃溶化后搅拌均匀，再将步骤2所制得的纳米二氧化钛加入，且边加入边搅拌，温度冷却至70℃时，一同加入步骤1所制得的纳米级青蒿、纳米级紫草、纳米级柴胡和纳米级薄荷，边加入边搅拌，在温度冷却至50℃时，最后一同加入步骤1所制备好的芳樟醇、香叶油和香草油，冷却后用模具或压片机将冷却物制成片块形状即制得复合纳米空气净化材料成品。

本发明的积极效果是：复合纳米空气净化材料能高效抑制、杀灭空气中的有害细菌，包括第六代最具耐药性的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、绿浓杆菌、链球菌等；能抵抗致病因子，防止病毒交叉感染，尤其是对空调病、流感、小儿流脑等传染性疾病能有效预防；它能在短时间内使新装修居室内的甲醛、苯等多种对人体有害气体沉降分解；还具有提神醒脑，、平衡气血，消除疲劳、增强记忆等功效，对减轻长时间驾车人员的疲劳有特效。尤其是本发明产品能在空气中挥发干净，不留残物，能起到其它空气净材料无法做到的降解和分解效果。

具体实施方式

实施例1、采用下述方法制备复合纳米空气净化材料：(1)、采用现有超临界CO₂流体萃取技术分别制得纳米级以下物质：青蒿1.5kg、紫草1.5kg、柴胡2kg、薄荷3kg、芳樟醇15kg、香叶油15kg、香草油12kg，备用。(2)、采用现有激光气相合成法制备纳米二氧化钛20kg，备用。(3)、采用现有反丁烯二酸和甲醇直接酯化法制取富马酸二甲酯30kg，备用。(4)将富马酸二甲酯30kg加入搅拌器的不锈钢容器中加热至103℃熔化后搅拌均匀，再加入纳米二氧化钛20kg，边加入边搅拌，温度冷却至70℃时一同加入纳米级青蒿1.5kg、紫草1.5kg、柴胡2kg、薄荷3kg，边加入边搅拌，在温度冷却至50℃时一同加入芳樟醇15kg、香叶油15kg、香草油12kg，继续冷却后用模具或压片机将冷却物制成片块形状，得到本发明产品复合纳米空气净化材料100kg。

实施例2、采用下述方法制备复合纳米空气净化材料：(1)、采用现有超临界CO₂流体萃取技术分别制得纳米级以下物质：青蒿1kg、紫草1kg、柴胡3kg、薄荷8kg、芳樟醇12kg、香叶油14kg、香草油11kg备用。(2)、采用现有激光气相合成法制备纳米二氧化钛25kg，备用。(3)、采用现有反丁烯二酸和甲醇直接酯化法制取富马酸二甲酯25kg，备用。(4)将富马酸二甲酯25kg加入搅拌器的不锈钢容器中加热至104℃熔化后搅拌均匀，再加入纳米二氧化钛25kg，边加入边搅拌，温度冷却至70℃时一同加入纳米级青蒿1kg、紫草1kg、柴胡3kg、薄荷8kg，边加入边搅拌，在温度冷却至50℃时一同加入芳樟醇12kg、香叶油14kg、香草油11kg，继续冷却后用模具或压片机将冷却物制成片块形状，得到本发明产品复合纳米空气净化材料100kg。

Claims (1)

1、一种复合纳米空气净化材料，其特征在于：该材料由以下重量百分比的各组分组成：富马酸二甲酯10-35％，纳米二氧化钛10-25％，纳米青蒿1-2％，纳米紫草1-2％，纳米柴胡1-3％，纳米薄荷1-10％，芳樟醇10-16％，香叶油10-18％，香草油5-15％，并采用下述方法制备：

(1)、采用现有超临界CO₂流体萃取技术分别制备以下物质：纳米青蒿、纳米紫草、纳米柴胡、纳米薄荷、芳樟醇、香叶油、香草油；

制备以上物质的超临界CO₂流体萃取技术的工艺流程均相同，为：原料萃取—→萃取液过滤—→颗粒分离—→送往贮槽—→补充新鲜CO₂—→萃取溶质分离放出—→送往大气贮槽—→送成品槽；

制备以上物质的超临界CO₂流体萃取技术中所采用的设备均相同，主要设备为：萃取釜、分离釜、精馏塔、CO₂高压泵，温度控制器、压力控制器，设备组合形式是：二萃一塔一分；

(2)、采用现有激光气相合成法制备纳米二氧化钛粉体，所使用的设备为：合成反应设备、激光发生设备、粉体收集设备、原料蒸发设备、供气设备及真空设备；

(3)、采用现有反丁烯二酸和甲醇直接酯化法制备富马酸二甲酯，其工艺流程为：富马酸、甲醇、催化剂—→回流—→冷水洗涤—→10％碳酸钠溶液中和—→结晶—→干燥—→成品；其中甲醇与富马酸重量比为(6-10)∶1，催化剂为以下当中的一种：硫酸、磷酸和一些新型催化剂；

(4)、按照前述复合纳米空气净化材料各组分的重量百分比要求称取已制得的各组分物料，先将步骤3制得的富马酸二甲酯加入搅拌器的不锈钢容器中加热至103-104℃溶化后搅拌均匀，再将步骤2所制得的纳米二氧化钛加入，且边加入边搅拌，温度冷却至70℃时，一同加入步骤1所制得的纳米级青蒿、纳米级紫草、纳米级柴胡和纳米级薄荷，边加入边搅拌，在温度冷却至50℃时，最后一同加入步骤1所制备好的芳樟醇、香叶油和香草油，冷却后用模具或压片机将冷却物制成片块形状即制得复合纳米空气净化材料成品。