DE112014003153T5

DE112014003153T5 - Verwendung von Plyoxometallat zur Vorbereitung eines Desinfektionsmittels für Sterilisation und Entfernung von Formaldehyd

Info

Publication number: DE112014003153T5
Application number: DE112014003153.4T
Authority: DE
Inventors: Kangfu Gu; Tongxing Xie; JiaBao Zhao; Wenhai Wang; Zuolin Zhu; Meng Sun; Zhenji Zhu; Shanqing Sun
Original assignee: Ninbo Yuchen Enviroclean Tech Co Ltd; Ninbo Yuchen Enviroclean Tech CoLtd
Current assignee: Ninbo Yuchen Enviroclean Tech Co Ltd; Ninbo Yuchen Enviroclean Tech CoLtd
Priority date: 2013-09-07
Filing date: 2014-05-22
Publication date: 2016-03-31
Also published as: WO2015032217A1; US20160213003A1; CN103503921A; CN103503921B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verwendung von besser wasserlöslichem Polyoxometallat zur Vorbereitung eines Desinfektionsmittels für Sterilisierung oder Entfernung von Formaldehyd. Es stellt ein Sterilisier- und Desinfektionssystem bereit, das der Sauerstoff in der Luft als Oxidationsmittel verwendet, um Mikroben durch katalytische Oxidation zu töten und besonders für Luftreinigungssystem geeignet ist. Desinfektionsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung kann lang Zeit benutzt werden, wenn die Luft ununterbrochen zugeführt wird. Es benötigt keine antiviralen Medikamente, keine sicherheitsbedenkliche Peroxid, keine halogenhaltigen irritierenden Substanzen, auch keine explosionsgefährliche Alkohol. Dieses Desinfektionssystem ohne Edelmetall leicht herzustellen und kostengünstig. Es verursacht keine sekundäre Umweltverschmutzung und hat gute Aussichten zu verwenden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von besser wasserlöslichem Polyoxometallat zur Vorbereitung eines Desinfektionsmittels für Sterilisierung oder Entfernung von Formaldehyd.
Mit der zunehmenden Bevölkerungsdichte und Energieverbrauch von chemischen Rohstoffen wird die Umweltbelastung zunehmend intensiviert, vor allem die Luftverschmutzung, die die menschliche Gesundheit ernsthaft beeinträchtigt. Luftreinigung ist zu eine der wichtigsten akuten Aufgaben der Menschheit geworden. Der Schwerpunkt der Forschung und Entwicklung moderner Wissenschaft und Technik ist die Luft zu bereinigen, ohne sekundäre Umweltverschmutzung und mit niedrigen Kosten.
Die Luftreinigung umfasst zwei Aspekte. Ein ist alle Arten von suspendierten Teilchen in der Luft zu entfernen und die andere ist die gesundheitsschädlichen Gaskomponenten zu beseitigen. Das gesundheitsschädliche Gas umfasst Formaldehyd, Schwefeloxide, Stickstoffoxide etc. und die suspendierten Partikel umfasst Viren, Bakterien, auch andere Mikroorganismen. Bisher wurden keine Veröffentlichung über ein System zur Entfernung von Formaldehyd und gleichzeitig zur Tötung von Bakterien und Viren gefunden. Die gewöhnliche Maßnahme zur Vernichtung von Virus und Bakterien ist, Antibiotika und antivirale Medikamente oder halogenhaltigen Desinfektionsmitteln (z. B. Natriumhypochlorit) oder Peroxid (wie Peressigsäure, Wasserstoffperoxid Alkohol, Wasserstoffperoxid, etc.) oder niedermolekularen Alkohole (z. B. Ethanol, Propanol) oder Silber-Ionen zu verwenden. Diese Verfahren erzeugen sekundäre Umweltverschmutzung. Einige Methoden hat sogar ein großes Explosionsgefahr (wie Peroxide, kleines Molekül Alkohol, etc.). Normalerweise wird der Absorber durch passive Mechanismen, hauptsächlich Aktivkohle, verwendet, Formaldehyd in der Luft zu beseitigen. Unter vielen Umständen können diese beiden Verfahren nicht kombiniert werden. Zum Beispiel, wenn Aktivkohle und Peroxid gemeinsam anwesend sind, wird Aktivkohle Peroxid schnellen katalytisch abbauen.
Der Erfinder hat ein neues Konzept gebracht, ein nicht-toxische Substanz als Katalysator zu verwenden. Durch chemische Katalyse wird der Sauerstoff in der Luft aktiviert. Der aktivierte Sauerstoff kann Bakterien und Viren töten und Formaldehyd in der Luft entfernen. Die in 1 gezeigten Mechanismus hat eine neue Richtung für Forschung und Entwicklung gezeigt, die die menschlichen Bedürfnisse von Luftreinigung erfüllt. Unter der Anleitung dieses Konzepts haben wir ein Desinfektionssystem mit Anthrachinon Salz und ein Desinfektionssystem mit Bisphenol-Salz erfolgreich entwickelt. Die beiden Systeme haben aber einen Nachteil. Einige chemische Verbindung dieser beiden Arten hat Problem mit Wasserlöslichkeit. Dies wird zu einer niedrigen als die beste Konzentration in der Desinfektionslösung führen.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Verwendung von höhere wasserlösliche Polyoxometallat zur Vorbereitung eines Desinfektionssystem für Sterilisation und für Entfernung von Formaldehyd bereitzustelle.
Die Lösung ist wie folgende:
Verwendung von Polyoxometallat (Polyoxometalates) zur Herstellung von Desinfektionsmitteln. Das Anion des Polyoxometallats ist [PW₁₂O₄₀]^3– oder [PV₂Mo₁₀O₄₀]^5–. Das Kation ist ein Alkalimetall-Ion, Erdalkalimetall Ion, Übergangsmetall-Ion oder ein Ammonium-Ion. Vorzugsweise ist das Kation von Polyoxometallat ein der folgenden: Kalium-Ion, Natrium-Ion, Ammonium-Ion, Calcium-Ion, Magnesium-Ion, Kupfer-Ion oder Eisen-Ion.
Die Desinfektionsfähigkeit des genannten Polyoxometallat ist nur in Gegenwart des Sauerstoffes möglich. Deswegen wenn es als Desinfektionsmittel verwendet wird, muss die Luft ununterbrochen zugeführt werden. Unter dem normalen Betrieb eines Luftreinigungsgerätes (mehr als 5 Minuten, unter der Zimmertemperatur, ausreichende große Luftmenge) kann die Bakterien und Viren wirksam getötet und das Ziel der Desinfektion erreicht werden. Es ist auch fähig, Formaldehyd aus der Luft besser zu entfernen.
Insbesondere hat die Basislösung des Desinfektionsmittels, die aus Polyoxometallat gleichmäßig in dem Lösungsmittel dispergiert hergestellt wird, eine pH-Wert 8 bis 12 (unterhalb dieses Bereichs hat sie ein schlechtes Sterilisationseffekt; oberhalb dieses Bereichs wird sie einigermaßen korrosiv sein). In Gegenwart von Sauerstoff wird eine wirksame Sterilisation erzielen. Das Lösungsmittel ist Wasser, Glycerin, oder eine Mischung davon. Die Massenkonzentration des Polyoxometallats im Lösungsmittel ist 0,5% bis 15% (im allgemein wird sie weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5%; zu hoch wird es zu teuer sein). Die Basislösung kann direkt als Desinfektionsmittel verwendet werden. Sie kann auch nach der Mischung mit üblichem Zusatzsoff als Desinfektionsmittel verwendet werden. Der Zusatzstoff, einschließlich Aroma, Farbe, etc., ist nicht beschränkt, so lange die Aufgabe der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt wird. Das Desinfektionsmittel kann als Flüssigkeits-, Paste- oder Fest-Produkt hergestellt werden.
Vorzugsweise hat das Desinfektionsmittel eine pH-Wert von 9,5 bis 11. Die Massenkonzentration des Polyoxometallats in der Lösung ist vorzugsweise 1% bis 5%.
Das Desinfektionsmittel wird hauptsächlich ins Luftreinigungsgerät für die Sterilisation oder Entfernung von Formaldehyd zugeführt (zum Beispiel, die Desinfektionslösung wird in einem Einlasskanal des Luftreinigungsgeräts platziert).
Die vorteilhafte Wirkung der vorliegenden Erfindung ist hauptsächlich wie folgend: das Desinfektionsmittel kann unter der Voraussetzung, dass die Luft ununterbrochen zugeführt ist, Langzeit verwendet werden. Es benötigt keine antivirale Mittel, keine sicherheitsbedenkliche Peroxiden, keine halogenhaltigen irritierenden Substanzen und auch keine Explosion gefährliche Alkohol. Dieses Desinfektionssystem ohne Edelmetall ist leicht herzustellen und kostengünstig. Sie hat keine sekundäre Umweltverschmutzung und hat eine gute Aussichte zur Verwendung.
1 zeigt das Funktionsmechanismus von Verwendung des Sauerstoffs in der Luft den Mikroorganismus zu töten.
Ausführungsbeispiel 1: Auswahl des Katalysators
Staphylokokkus-aureus wird als Mikroorganismus und CASO-Agar als Medium für die Auswahl des Katalysators ausgewählt. Materialpulver wird mit 3% Gewichts/Volumen-Verhältnis (d. h. Pulver 3 g/100 ml Wasser) mit Reinwasser homogen zugemischt. Dann wird ein neutrales Präzisionsfilterpapier mit 5 mm Durchmesser etwa 10 Sekunden lang in der Lösung eingeweicht. Und dann wird es in Kirby-Bauer Diffusionsmessgerät eingelegt. Das Kirby-Bauer Diffusionstestgerät wird in einem verschlossenen Glasbehälter platziert. Etwa 10 Liter Luft pro Minute wird in den Glasbehälter zugeführt. Die Sterilisationsfähigkeit des Katalysators wird mit dem Durchmesser der Fläche an Rande des Papiers wo keine Bakterien zugewachsen sind beurteilt.
Die Ergebnisse zeigten, dass nach den Versuchen mit Tausende von anorganische Salze, die keine starke Oxidation, nicht-traditionelle Sauerstoff-Aktivator, keine Sterilisation- und Desinfektionsvermögen und gute Wasserlöslichkeit sind, nur Polyoxometallate die Fähigkeit von katalytischen Aktivierung des Sauerstoffs haben, um die Viren und Bakterien zu töten. Die aus Reinwasser hergestellte Polyoxometallat-Lösung hat einen Hemmungskreis von mehr als 13 mm in Durchmesser. Während die andere getestete Salze haben einen Hemmungskreis von weniger als 5 mm in Durchmesser. Im Fall keine Lüftung hat das Polyoxometallat eine schlechtere Desinfektionswirkung. Der Hemmungskreis ist normalerweise von 3 bis 5 mm in Durchmesser.
Ausführungsbeispiel 2:

Die Lösungen werden mit verschiedenen Polyoxometallaten in einer Massenkonzentration von 3% vorbereitet. Die pH = 10 wird sichergestellt. Staphylokokkus-aureus wird weiterhin als Mikroorganismus verwendet und mit Kirby-Bauer Diffusionsmessgerät unter verschiedenen Zuständen (keine Lüftung und mit Lüftung) gemessen. Im Fall mit Lüftung wird die Randbedingung gleich gehalten. Die Temperatur ist jeweils Raumtemperatur (25°C) und 37°C. Das Ergebnis wird in Tabelle 1 dargestellt. Es zeigt, dass die Desinfektionsfähigkeit mit der Massenkonzentration von 3% und unter der Raumtemperatur oder unter ein bisschen hoher Temperatur keinen großen Unterschied hat. Es bedeutet, dass dieses Desinfektionssystem stabil ist. Tabelle 1: Desinfektionswirkung unter verschiedenen Konzentrationen und Temperaturen

Polyoxometallate	kein Sauerstoff Desinfektionswirkung, (Durchmesser, mm)	25°C Desinfektionswirkung (Durchmesser, mm)	37°C Desinfektionswirkung (Durchmesser, mm)
K₃[PW₁₂O₄₀]	3	19	19
Na₃[PW₁₂O₄₀]	3	19	18
(NH₄)₃[PW₁₂O₄₀]	4	19	20
Ca₃[PW₁₂O₄₀]₂	4	18	20
K₅[PV₂Mo₁₀O₄₀]	5	20	20
Na₅[PV₂Mo₁₀O₄₀]	4	19	20
(NH₄)₅[PV₂Mo₁₀O₄₀]	5	19	19

Die Ergebnisse zeigen, dass alle Polyoxometallate gute Desinfektionsfähigkeiten aus katalytischer Aktivierung des Sauerstoffs haben.
Ausführungsbeispiel 3:
Poly-Kaliumwolframat (K₃[PW₁₂O₄₀]) wird jeweils mit einer Massenkonzentration von 0,5%, 1,0%, 2,0%, 3%, 5%, 10% und 15% in Wasserlösung vorbereitet. pH = 10 wird sichergestellt. Staphylokokkus-aureus wird als Mikroorganismus zur Beurteilung der Desinfektionsfähigkeit verwendet und mit Kirby-Bauer Diffusionsmessgerät gemessen.
Die Randbedingungen bei der Lüftung werden gleich gehalten. Die Temperatur ist jeweils Raumtemperatur (25°C) und 37°C. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Es zeigt, die Desinfektionsfähigkeit bei einer Konzentration von mehr als 5% und unter Raumtemperatur oder unter leicht erhöhter Temperatur keinen signifikanten Unterschied hat. Tabelle 2: Desinfektionswirkung unter verschiedenen Konzentrationen und Temperaturen

Konzentration (%) 25°C Desinfektionswirkung (Durchmesser, mm) 37°C Desinfektionswirkung (Durchmesser, mm)

0.5 8 9

1.0 11 10

2.0 14 16

3.0 16 18

5 18 19

10 20 20

15 19 18
Ausführungsbeispiel 4: Einfluss der pH-Wert zu der Desinfektionswirkung

Die Wasserlösungen werden mit 3% Konzentration von Poly-Kaliumwolframat (K₃[PW₁₂O₄₀]) und jeweils mit den pH-Werte von 6, 7, 8, 8.5, 9, 9.5, 10, 10.5, 11, 11.5, 12 bereitgestellt. Staphylokokkus-aureus wird weiterhin als Mikroorganismus verwendet und mit dem Kirby-Bauer Diffusionsmessgerät gemessen. Die Randbedingung von Lüftung wird gleich gehalten. Die Temperatur ist jeweils Raumtemperatur (25°C) und 37°C. Das Ergebnis wird in Tabelle 3 gezeigt. Bei einer Konzentration von 3% und bei Zimmertemperatur oder ein bisschen hoher Temperatur haben die Lösungen mit pH-Wert mehr als 8 eine bessere Desinfektionswirkung. Die besten Ergebnisse sind wenn pH-Wert mehr als 10 ist. Tabelle 3: Desinfektionswirkung vom Poly-Kaliumwolframat (K₃[PW₁₂O₄₀]) mit verschiedenen pH-Werte

pH	25°C Desinfektionswirkung (Durchmesser, mm)	37°C Desinfektionswirkung (Durchmesser, mm)
6	5	6
7	6	8
8	8	11
8.5	14	15
9	17	18
9.5	20	19
10	19	19
10.5	18	19
11	20	20
11.5	20	20
12	20	20

Ausführungsbeispiel 5: Desinfektionsfähigkeit zur Entfernung von Formaldehyd
Das Experiment wird mit einem verschlossenen Behälter aus rostfreiem Stahl (0,7 m × 0,7 m × 0,7 m) als Meßraum für Formaldehyd durchgeführt. Die Fähigkeit der Formaldehyd-Entfernung wird mit der von Aktivkohle verglichen. In den zwei Experimenten-Boxen, ein hat 500 ml Lösung mit 3% Poly-Kaliumwolfraram (pH = 10). Der andere hat 500 Gramm Aktivkohle in Lebensmittels-Klasse. Ein Formaldehyd-Messgerät (PPM Formaldehydemeter 400, Messgenauigkeit 0,01 ppm) wird verwendet. Vor den Messungen hat die Luft eine Formaldehyd-Konzentration von 10 ppm. Tabelle 4: die Veränderung der Formaldehyde in der Luft

Zeit (Stunde) Wirkung mit K₃[PW₁₂O₄₀] Wirkung mit K₃[PW₁₂O₄₀]

0 10 10

1 7.1 9.5

2 5.3 8.5

3 3.7 8.1

4 2.5 5.5

5 1.3 4.2
Das Ergebnis hat gezeigt, dass das Desinfektionssystem gemäß vorliegender Erfindung eine bessere Adsorptionsfähigkeit von Formaldehyd als Aktivkohle hat. Es bedeutet, dass das Desinfektionssystem dieser Erfindung eine bessere Wirkung für die Luftreinigung hat.

Claims

Verwendung von Polyoxometallat (Polyoxometalates) zur Herstellung von Desinfektionsmitteln, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyoxometallat-Anion [PW₁₂O₄₀]^3– oder [PV₂Mo₁₀O₄₀]^5– ist; wobei das Kation ein Alkalimetall-Ion, Erdalkalimetall Ion, Übergangsmetall-Ion oder ein Ammonium-Ion ist.
Verwendung von Polyoxometallat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kation von Polyoxometallat ein der folgenden ist: Kalium-Ion, Natrium-Ion, Ammonium-Ion, Calcium-Ion, Magnesium-Ion, Kupfer-Ion oder Eisen-Ion.
Verwendung von Polyoxometallat nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Desinfektionsmittel eine Basislösung beinhaltet, die aus Polyoxometallat gleichmäßig in einem Lösungsmittel dispergiert gebildet ist und eine pH-Wert 8 bis 12 hat; wobei in Gegenwart von Sauerstoff eine wirksame Desinfektion realisiert; wobei das Lösungsmittel Wasser, Glycerin oder eine Mischung davon ist; wobei die Basislösung eine Massenkonzentration von Polyoxometallat 0,5% bis 15% hat.
Verwendung von Polyoxometallat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Basislösung einen pH-Wert 9,5 bis 5% und eine Massenkonzentration von Polyoxometallat 1% hat.
Verwendung von Polyoxometallat nach Ansprüchen 1 oder 2, wobei das Desinfektionsmittel ins Luftreinigungsgerät zur Sterilisation oder Entfernung von Formaldehyd zugeführt wird.
Verwendung von Polyoxometallat nach Ansprüchen 1 oder 2, wobei die Basislösung weiterhin Zusatzstoff beinhaltet.
Verwendung von Polyoxometallat nach Ansprüchen 1 oder 2, wobei das Desinfektionsmittel als Flüssigkeit-, Paste- oder Fest-Produkt hergestellt ist.