一種室內空氣淨化物及其製備方法與流程

2024-04-07 11:49:05

本發明屬於室內空氣淨化技術領域，具體涉及一種適用於除去室內微塵、甲醛以及其他異味的室內空氣淨化物及其製備方法。

背景技術：

隨著人們生活水平的不斷提高，人們對室內的環境要求也越來越高，然而目前的室內環境主要面臨如下問題：

①室內裝修汙染：近年來室內裝修品以及內飾品的種類逐漸增多，然而帶來的室內環境汙染問題也逐漸增多，室內裝修夾雜著有毒氣體的釋放特別是甲醛氣體，微塵顆粒的堆積等等，這些問題都在潛移默化的影響著人們的身體健康；甲醛是一種無色的有毒氣體，家居裝修中的甲醛主要藏匿在一些複合板製成的夾具、衣櫃等，甲醛可經過呼吸道吸收，通過增加氧及氧化反應破壞人體的免疫系統，使人的機體內部結構發生損傷；甲醛對皮膚黏膜具有強烈的刺激作用，對人體具有致敏作用，可引起過敏性鼻炎、色斑、支氣管哮喘等，甲醛還具有強烈的致癌性和促癌變性，引起白血病等癌症。

②香菸汙染：對於菸民來說，香菸是不可離身的物品，香菸在燃燒過程中不僅會發出難聞的氣味，而且還釋放了對人體具有較大傷害的物質，這些物質的釋放不僅影響抽菸者的人體健康同時也影響這周圍人的人體健康。

③室內其他異味：在居家生活或公共運輸中，經常會遇到腳臭、食物腐爛、衛生間異味等問題，這些異味的存在不僅影響人們的心情同時釋放的氣味也會影響人們的身體健康。

綜上，需要研製一種空氣淨化劑，同時能夠淨化空氣中的有毒氣體、煙塵以及其他異味。

技術實現要素：

發明目的：本發明目的在於針對現有技術的不足，提供一種吸附效果好、攜帶方便適用於各種室內環境淨化的空氣淨化物及其製備方法。

技術方案：本發明所提供的淨化物以介孔有機二氧化矽層為骨架，所述介孔有機二氧化矽骨架上負載納米級甲醛分解酶形成光解酶複合體，所述光解酶複合體外包裹多孔型溶脹體；

上述淨化物的製備方法，包括如下步驟：

(11)將十六烷基三甲基氯化銨、氨水、乙醇和水按比例混合攪拌均勻製得表面活性劑混合液，然後將體系溫度升高至50～80℃，加入有機矽源，攪拌反應10～15h製得介孔有機二氧化矽層骨架材料，並過濾、洗滌、乾燥；

(12)將步驟(11)中製得的介孔有機二氧化矽層骨架材料置入反應瓶中，並向反應瓶中加入光敏聚氨酯超分散劑和hh972-2穩定劑，然後將體系溫度升高至35～50℃，攪拌條件下加入納米級甲醛分解酶，超聲波條件下將甲醛分解酶裝載到介孔有機二氧化矽骨架上，得到光解酶複合體；

(13)向高粘殼聚糖中加入醋酸水溶液，攪拌均勻，然後向該體系中加入二氨酯二醇和引發劑體系，氮氣環境下升溫至150～170℃，減壓攪拌回流反應3～8h，得到改性高粘殼聚糖；撤掉回流體系，保溫條件下加入步驟(12)得到的體系，並隨後加入碳酸氫鈉與乙醇混合體系，氮氣環境下攪拌均勻後停止攪拌，超聲波環境下將體系逐漸降溫至80～100℃，保持2～5h，後體系無氣泡冒出，將體系繼續降溫至室溫，後對體系過濾、洗滌、乾燥、粉磨，得到室內空氣淨化物。

進一步地，為提高該淨化物對室內有毒氣體，特別是甲醛的分解淨化能力，所述納米級甲醛分解酶的製備方法包括如下步驟：

(21)將鎢酸鈉溶於水中，並加入無水乙酸和冰醋酸，在20～30℃下攪拌3～6h，得到a溶膠；將鈦酸四丁酯與無水乙酸和冰醋酸混合均勻，在20～30℃下攪拌3～6h，得到b溶膠；將a溶膠與b溶膠混合併加入0.1～0.2wt％的石墨烯微波下劇烈攪拌1～2h，然後靜置1～3d，靜置完成後將混合體系置入乾燥箱中90～100℃下乾燥3～5h；

(22)將步驟(21)中得到物質研磨粉碎，並加入研磨粉碎的鋅摻雜納米tio2，攪拌混合均勻，然後在氨氣環境中450～500℃煅燒2～5h得到納米級甲醛分解酶wo3·zn-n-tio2。

進一步地，為提高該分解酶在弱光條件下的分解活性，所述甲醛分解酶中w、zn、ti的摩爾比例為0.3～0.5％：0.5～0.8％：1。

進一步地，光敏聚氨酯超分散劑的添加比例為2～5wt％，hh972-2穩定劑的添加比例為3～6wt％，納米級甲醛分解酶的添加比例為3～8wt％。

進一步地，步驟(13)中碳酸氫鈉與乙醇混合體系的添加量為3～10％，其中碳酸氫鈉與乙醇的摩爾比為1:3～8。

進一步地，步驟(13)中所述引發劑體系為過硫酸銨與氯化亞錫的混合引發劑體系，其中過硫酸銨與氯化亞錫的混合摩爾比例為1:3～5。

本發明提供了採用上述方法製備的空氣淨化物。

本發明還提供了上述空氣淨化物的使用方法，具體為，將空氣淨化物倒入20～35℃溫水中，其中空氣淨化物與水的體積比控制為1:5～7，靜置1～5min，淨化物體積膨脹，表面微孔張大，一方面淨化物表面的微孔吸附空氣中的微塵，緩解霧霾傷害；另一方面微孔張大後，毒性氣體如甲醛等進入微孔內，甲醛分解酶在光照條件下將甲醛分解，淨化室內有毒氣體。

有益效果：(1)本發明中通過採用介孔有機二氧化矽層為骨架，在骨架上負載納米級甲醛分解酶形成光解酶複合體，並在解酶複合體外包裹多孔型溶脹體製得空氣淨化物；該空氣淨化物遇水可迅速溶脹，淨化物的表面微孔張大，一方面淨化物表面的微孔吸附空氣中的微塵，緩解霧霾傷害；另一方面微孔張大後，毒性氣體如甲醛等進入微孔內，甲醛分解酶在光照條件下將甲醛分解，淨化室內有毒氣體；

(2)本發明提供的產品具有能較好的穩定性，而且在乾燥狀態下體積較小，較易於攜帶使用；

(3)本品還可應用於對腳臭、食品腐爛等異味的吸收，在較密閉的公共環境中具有較好的氣味淨化效果。

(4)本品種含有新型的甲醛分解酶，該分解酶可以在非常微弱的光照條件下對甲醛進行高效分解，使該淨化物持續不斷的對室內有毒氣體淨化。

具體實施方式

下面通過實施例對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發明的保護範圍不局限於所述實施例。

實施例1：一種淨化物的製備方法，包括如下步驟：

(11)將十六烷基三甲基氯化銨、氨水、乙醇和水按比例混合攪拌均勻製得表面活性劑混合液，然後將體系溫度升高至70℃，加入有機矽源，攪拌反應13h製得介孔有機二氧化矽層骨架材料，並過濾、洗滌、乾燥；

(12)將步驟(11)中製得的介孔有機二氧化矽層骨架材料置入反應瓶中，並向反應瓶中加入4wt％光敏聚氨酯超分散劑和5wt％hh972-2穩定劑，然後將體系溫度升高至4℃，攪拌條件下加入5wt％納米級甲醛分解酶，超聲波條件下將甲醛分解酶裝載到介孔有機二氧化矽骨架上，得到光解酶複合體；

(13)向高粘殼聚糖中加入醋酸水溶液，攪拌均勻，然後向該體系中加入二氨酯二醇和引發劑體系，引發劑體系為過硫酸銨與氯化亞錫的混合引發劑體系，其中過硫酸銨與氯化亞錫的混合摩爾比例為1:4；氮氣環境下升溫至160℃，減壓攪拌回流反應6h，得到改性高粘殼聚糖；撤掉回流體系，保溫條件下加入步驟(12)得到的體系，並隨後加入碳酸氫鈉與乙醇混合體系，碳酸氫鈉與乙醇混合體系的添加量為8％，其中碳酸氫鈉與乙醇的摩爾比為1:6；氮氣環境下攪拌均勻後停止攪拌，超聲波環境下將體系逐漸降溫至90℃，保持4h，後體系無氣泡冒出，將體系繼續降溫至室溫，後對體系過濾、洗滌、乾燥、粉磨，得到室內空氣淨化物。

其中，步驟(12)中的納米級甲醛分解酶的製備方法包括如下步驟：

(21)將鎢酸鈉溶於水中，並加入無水乙酸和冰醋酸，在25℃下攪拌5h，得到a溶膠；將鈦酸四丁酯與無水乙酸和冰醋酸混合均勻，在25℃下攪拌5h，得到b溶膠；將a溶膠與b溶膠混合併加入0.15wt％的石墨烯微波下劇烈攪拌1.5h，然後靜置2d，靜置完成後將混合體系置入乾燥箱中95℃下乾燥4h；

(22)將步驟(21)中得到物質研磨粉碎，並加入研磨粉碎的鋅摻雜納米tio2，攪拌混合均勻，然後在氨氣環境中480℃煅燒4h得到納米級甲醛分解酶wo3·zn-n-tio2；其中，w、zn、ti的摩爾比例為4％：7％：1。

實施例2：一種淨化物的製備方法，包括如下步驟：

(11)將十六烷基三甲基氯化銨、氨水、乙醇和水按比例混合攪拌均勻製得表面活性劑混合液，然後將體系溫度升高至50℃，加入有機矽源，攪拌反應10h製得介孔有機二氧化矽層骨架材料，並過濾、洗滌、乾燥；

(12)將步驟(11)中製得的介孔有機二氧化矽層骨架材料置入反應瓶中，並向反應瓶中加入2wt％光敏聚氨酯超分散劑和3wt％hh972-2穩定劑，然後將體系溫度升高至35℃，攪拌條件下加入3wt％納米級甲醛分解酶，超聲波條件下將甲醛分解酶裝載到介孔有機二氧化矽骨架上，得到光解酶複合體；

(13)向高粘殼聚糖中加入醋酸水溶液，攪拌均勻，然後向該體系中加入二氨酯二醇和引發劑體系，引發劑體系為過硫酸銨與氯化亞錫的混合引發劑體系，其中過硫酸銨與氯化亞錫的混合摩爾比例為1:3；氮氣環境下升溫至150℃，減壓攪拌回流反應3h，得到改性高粘殼聚糖；撤掉回流體系，保溫條件下加入步驟(12)得到的體系，並隨後加入碳酸氫鈉與乙醇混合體系，碳酸氫鈉與乙醇混合體系的添加量為3wt％，其中碳酸氫鈉與乙醇的摩爾比為1:3；氮氣環境下攪拌均勻後停止攪拌，超聲波環境下將體系逐漸降溫至80℃，保持2h，後體系無氣泡冒出，將體系繼續降溫至室溫，後對體系過濾、洗滌、乾燥、粉磨，得到室內空氣淨化物。

其中，步驟(12)中的納米級甲醛分解酶的製備方法包括如下步驟：

(21)將鎢酸鈉溶於水中，並加入無水乙酸和冰醋酸，在20℃下攪拌3h，得到a溶膠；將鈦酸四丁酯與無水乙酸和冰醋酸混合均勻，在20℃下攪拌3h，得到b溶膠；將a溶膠與b溶膠混合併加入0.1wt％的石墨烯微波下劇烈攪拌1h，然後靜置1d，靜置完成後將混合體系置入乾燥箱中90℃下乾燥5h；

(22)將步驟(21)中得到物質研磨粉碎，並加入研磨粉碎的鋅摻雜納米tio2，攪拌混合均勻，然後在氨氣環境中450℃煅燒5h得到納米級甲醛分解酶wo3·zn-n-tio2；其中，w、zn、ti的摩爾比例為0.3％：0.5％：1。

實施例3：一種淨化物的製備方法，包括如下步驟：

(11)將十六烷基三甲基氯化銨、氨水、乙醇和水按比例混合攪拌均勻製得表面活性劑混合液，然後將體系溫度升高至80℃，加入有機矽源，攪拌反應15h製得介孔有機二氧化矽層骨架材料，並過濾、洗滌、乾燥；

(12)將步驟(11)中製得的介孔有機二氧化矽層骨架材料置入反應瓶中，並向反應瓶中加入5wt％光敏聚氨酯超分散劑和6wt％hh972-2穩定劑，然後將體系溫度升高至50℃，攪拌條件下加入8wt％納米級甲醛分解酶，超聲波條件下將甲醛分解酶裝載到介孔有機二氧化矽骨架上，得到光解酶複合體；

(13)向高粘殼聚糖中加入醋酸水溶液，攪拌均勻，然後向該體系中加入二氨酯二醇和引發劑體系，引發劑體系為過硫酸銨與氯化亞錫的混合引發劑體系，其中過硫酸銨與氯化亞錫的混合摩爾比例為1:5；氮氣環境下升溫至170℃，減壓攪拌回流反應8h，得到改性高粘殼聚糖；撤掉回流體系，保溫條件下加入步驟(12)得到的體系，並隨後加入碳酸氫鈉與乙醇混合體系，碳酸氫鈉與乙醇混合體系的添加量為10wt％，其中碳酸氫鈉與乙醇的摩爾比為1:8；氮氣環境下攪拌均勻後停止攪拌，超聲波環境下將體系逐漸降溫至100℃，保持5h，後體系無氣泡冒出，將體系繼續降溫至室溫，後對體系過濾、洗滌、乾燥、粉磨，得到室內空氣淨化物。

其中，步驟(12)中的納米級甲醛分解酶的製備方法包括如下步驟：

(21)將鎢酸鈉溶於水中，並加入無水乙酸和冰醋酸，在30℃下攪拌6h，得到a溶膠；將鈦酸四丁酯與無水乙酸和冰醋酸混合均勻，在30℃下攪拌6h，得到b溶膠；將a溶膠與b溶膠混合併加入0.2wt％的石墨烯微波下劇烈攪拌2h，然後靜置3d，靜置完成後將混合體系置入乾燥箱中100℃下乾燥3h；

(22)將步驟(21)中得到物質研磨粉碎，並加入研磨粉碎的鋅摻雜納米tio2，攪拌混合均勻，然後在氨氣環境中500℃煅燒2h得到納米級甲醛分解酶wo3·zn-n-tio2；其中，w、zn、ti的摩爾比例為0.5％：0.8％：1。

使用時，將空氣淨化物倒入20～35℃溫水中，其中空氣淨化物與水的體積比控制為1:5～7，靜置1～5min，淨化物體積膨脹，表面微孔張大，一方面淨化物表面的微孔吸附空氣中的微塵，緩解霧霾傷害；另一方面微孔張大後，毒性氣體如甲醛等進入微孔內，甲醛分解酶在光照條件下將甲醛分解，淨化室內有毒氣體，最大化的釋放淨化材料，可針對室內甲醛、苯、氨、tvoc等毒性氣體清理、異味、煙塵以及霧霾等吸收，而且本品因攜帶、汙染性小，適於各種較密閉的環境淨化空氣使用。

以本品用於除室內甲醛的效果為例，將實施例1～3中製得的產品與現有的除甲醛產品進行對比，效果數據如表1所示；

表1實施例1～3中室內空氣淨化物與現有甲醛捕捉劑在正常光照下的效果數據

由上表數據對比可知，採用本發明產品可以較快的分解室內的甲醛，且持續時間較長，處理效果好，綜合成本低。

本申請發明人還將實施例1～3中製得的室內空氣淨化物與現有的甲醛捕捉劑在光照強度均為0.2lx的微弱光照條件下效果進行對照試驗，對比數據如表2所示；

表2實施例1～3中室內空氣淨化物與現有甲醛捕捉劑載微光下甲醛分解效果數據

由上表數據對比可知，採用本發明產品可以較微弱的燈光下依然保持較高的光催化電子效率，依然保持光解甲醛的效果。

以本品用於除室內微塵的效果為例，將實施例1～3中製得的產品與現有的微塵吸附產品進行對比，實施過程中，本產品與現有的微塵吸附劑體積基本相同，室內空間體積為10m3，效果數據如表3所示；

表3實施例1～3中室內空氣淨化物與現有微塵吸附劑對pm2.5的吸附效果數據

由上表數據對比可知，採用本發明產品可對空氣中pm2.5迅速的吸附，淨化室內空氣，相對於現有產品，效果十分明顯。

如上所述，儘管參照特定的優選實施例已經表示和表述了本發明，但其不得解釋為對本發明自身的限制。在不脫離所附權利要求定義的本發明的精神和範圍前提下，可對其在形式上和細節上作出各種變化。