一種能除氨和除二手菸的空氣淨化材料及其製備方法與流程

2023-12-12 20:54:17 1

本發明屬於環保材料，特別是指一種能除氨和除二手菸的空氣淨化材料及其製備方法。

背景技術：

空氣品質與人類的身體健康息息相關，據統計人們80%的時間是生活在室內的，人們69%的疾病與室內空氣汙染有關。美國環保總署（EPA）的一項報告指出，霧霾、家裝材料汙染、二手菸、微生物細菌、病毒、廚房油煙等綜合作用下，室內空氣汙染的程度要比室外空氣嚴重2-5倍，在特殊情況下甚至可達到100倍。而世界銀行2013年做的一項調查顯示，中國每年因室內空氣汙染所導致的超額死亡人數達11.1萬人，超額門診數可達22萬人次、超額急診數可達430萬人次。因此，如何提高室內空氣品質、消除室內空氣汙染成了人們迫切需要解決的問題。

目前，室內空氣汙染治理的方法主要有吸附技術、靜電技術、光催化技術、催化氧化技術、水膜過濾技術和生物酶技術等，其中使用最為普遍的是活性炭吸附法，室內汙染物研究最多的是甲醛。對於氨和二手菸的研究相對較少，並且也少有這一類的產品。室內空氣中的氨來源於建築材料的添加劑和增白劑等，它會緩慢釋放到室內空氣中，對人體的呼吸有刺激和腐蝕作用，減弱人體對疾病的抵抗力，最終導致呼吸道疾病等症狀。二手菸的危害不亞於任何其他室內空氣汙染物，對孕婦和小孩會造成巨大的傷害，特別是在室內環境下的二手菸較難散去，對吸菸者本身和周圍人員的危害更嚴重，尤其在密閉的辦公室、棋牌室、吸菸室、衛生間等地方更為明顯。因此，研究能夠快速去除室內空氣中氨和二手菸的產品具有重要意義。

利用多孔材料如活性炭、分子篩、氧化鋁、沸石、活性炭纖維等對有害氣體進行吸附去除是最方便和有效的，然而這種多孔材料吸附飽和後便會失效，並且在一定程度上會重新釋放已吸附的有害物質，造成二次汙染。通常需要對多孔吸附材料進行改性，如負載催化劑或添加化學試劑，以滿足實際使用中的需求。二手菸含有尼古丁、焦油、菸鹼、生物鹼、胺類、腈類、醇類、酚類、烷烴、醛類、雜環化合物、氮氧化物等多種有害物質，很難把有害物質全部去除，也比較難單靠吸附的方法去除。

專利CN104368307A公開了一種氨吸附專用活性炭，先用無機酸對活性炭進行行浸泡處理，水洗後在110-130oC下乾燥24小時，然後浸漬1-20%的氯化鹽溶液24小時，最後105-130oC乾燥24小時。這種產品雖然工藝簡單，但是生產時間長、效率低，並且使用了大量的無機酸，會殘留在活性炭上，使用後丟棄可能會造成潛在的危害。

專利CN105214436A公開了一種減少煙霧的空氣淨化材料，其採用非金屬礦吸附劑、活性炭、負離子粉、硅藻土、沸石、造孔劑和粘結劑等為原料，研磨成細粉，然後混合後通過擠出成型或壓模成型。專利CN105152680A公開一種以環氧樹脂、氧化鋯、活性炭、負離子粉、殼聚糖、硅藻土、造孔劑、粘結劑、託瑪琳等為原料製備的空氣淨化材料，具有殺菌、除異味、除二手菸等功能。專利CN102302876A公開了一種能夠淨化空氣和除二手菸的過濾材料，通過在基布上塗布由負離子粉、非金屬礦吸附材料、稀土礦粉、乳液和納米二氧化矽的漿料，然後烘乾製得。我們不難發現，這類產品都用到了負離子粉，用於釋放負離子，起到淨化空氣的目的。然而，負離子粉，即電氣石粉，電氣石主要採自獨居石礦，其主要成分中含有大量的放射性釷元素和少量的其他放射性元素，不宜在人們經常活動的場所使用，並且這種產品的實際效果是十分有限的。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種用於室內或車內空氣淨化且清除效果佳、使用安全的能除氨和除二手菸的空氣淨化材料及其製備方法。

為實現上述目的，本發明的解決方案是：

一種能除氨和除二手菸的空氣淨化材料，其重量組份包括：二氧化矽凝膠50-120份、納米二氧化矽乾粉6-20份、活性炭4-10份、活性金屬氧化物和氫氧化物的混合物10-28份、表面活性劑0.1-1.5份、活性助劑0.1-1.5份、粘合劑0.2-2份。

所述納米二氧化矽乾粉比表面積≥200m2/g；孔體積≥1.2cm3/g；含水量≤8%；吸油量≥2.0mL/g；平均粒徑15-80μm。

所述納米二氧化矽乾粉比表面積≥300m2/g；孔體積≥1.5cm3/g；含水量≤5%；吸油量≥2.5mL/g；平均粒徑25-60μm。

所述活性炭為粉末狀活性炭，其目數≥200目；比表面積≥800m2/g；碘值≥600mg/g；含水量≤8%。

所述活性炭為粉末狀活性炭，其目數≥250目；比表面積≥1000m2/g；碘值≥800mg/g；含水量≤5%。

所述活性金屬氧化物和氫氧化物的混合物為二氧化錳、氧化鈦、三氧化二鋁、氫氧化鋁、氧化鎂、氫氧化鎂、氧化鐵、氫氧化鐵、氧化鋅、氫氧化鋅、氫氧化鈣其中的分別各一種或幾種。

所述活性金屬氧化物和氫氧化物的重量組成比例為1:1-3。

所述表面活性劑選自十二烷基硫酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚、卵磷脂、聚山梨酯、脂肪酸甘油酯其中的一種或幾種。

所述活性助劑選自焦磷酸鈉、酒石酸鉀鈉、月桂酸鈉、檸檬酸鈉、抗壞血酸鈉其中的一種或幾種。

所述粘合劑選自羥乙基纖維素、羥甲基纖維素、羥丙基纖維素、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、羧乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、澱粉、聚丙烯醯胺其中的一種或幾種。

一種能除氨和除二手菸的空氣淨化材料的製備方法，包括以下步驟：

步驟1、先將二氧化矽凝膠製成二氧化矽凝膠濾餅，再由此二氧化矽濾餅製得納米二氧化矽乾粉；

步驟2、將二氧化矽凝膠濾餅50-120份、表面活性劑0.1-1.5份、活性助劑0.1-1.5份投入高速切割混合機中，切割混合成泥漿；然後投入納米二氧化矽乾粉6-20份、活性炭4-10份、活性金屬氧化物和氫氧化物的混合物10-28份、粘合劑0.2-2份，繼續進行快速切割混合3-20min，混合攪拌過程中噴淋去離子水，獲得含水量為55-70%的溼物料；

步驟3、將混合好的溼物料轉移至造粒機中進行造粒，獲得所需顆粒形狀和大小的條狀顆粒物料；

步驟4、將條狀顆粒物料分批次投入球形拋丸機中進行拋丸，獲得所需顆粒大小的球形顆粒；

步驟5、進行物料乾燥，控制乾燥溫度為60-180oC，乾燥時間為1-4小時，得到球形乾燥顆粒產品；

步驟6、用振動篩進行篩分，將顆粒大小不合格的產品剔除，獲得所需顆粒大小的成品，送去顆粒產品倉。

所述步驟1中二氧化矽凝膠餅的製備方法為：

步驟1、按重量比1:0.25-0.5將質量濃度為15%的水玻璃溶液和質量濃度為25%的硫酸同時打入到有底液的反應釜中，並以碳酸氫銨為反應助劑，控制反應pH值為8-9，反應溫度為20-50oC，加料時間為60min；

步驟2、加完水玻璃和硫酸後，保持pH值和溫度，繼續反應30min，然後升高溫度到80oC老化1.5小時，促進二氧化矽膠體結構的鞏固加強；

步驟3、老化完成後，繼續滴加硫酸，控制pH值為7左右，然後放入容器罐；

步驟4、待物料溫度降至60oC時，泵入板框壓濾機，用去離子水洗滌去除硫酸鹽，最後得到二氧化矽凝膠濾餅。

所述步驟1中納米二氧化矽乾粉是通過將二氧化矽凝膠濾餅用噴霧乾燥或閃蒸乾燥的方法獲得。

所述步驟3中造粒網孔孔徑選擇為0.5-5mm。

所述步驟5中是採用氣流乾燥或帶式乾燥進行物料的乾燥。

採用上述方案後，本發明通過使用二氧化矽凝膠和納米二氧化矽乾粉為主要基料複合多種活性成分製備除氨和除二手菸的顆粒產品，納米二氧化矽是一種高活性吸附性材料，具有比表面積大、孔道結構發達、吸油量大、風阻小等特點，它能夠選擇性吸附多種有害氣體，尤其對極性氣體分子的吸附能力更強，還能吸收香菸煙霧中的焦油大分子，其化學性質穩定，是一種安全環保的材料。並且，本發明材料對甲醛、廚房油煙等有害物質也具有一定的去除能力。即：1）能夠快速去除空氣中的二手菸和異味；2）氨去除率≥85%；3）含水量≤5%；4）顆粒大小為0.5-5mm；5）粉末脫落率≤3%。另外，本發明的製備方法工藝成熟、可靠，易於實現工業化生產和大規模應用。

本發明的空氣淨化材料的除氨和除二手菸的方法，可以將材料做成濾網後固定在空調、空氣淨化器或通風系統的迴風口處。也可以做成被動式的透氣包裝直接使用。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步詳述。

本發明所述的一種能除氨和除二手菸的空氣淨化材料包括以下重量組份：二氧化矽凝膠50-120份、納米二氧化矽乾粉6-20份、活性炭4-10份、活性金屬氧化物和氫氧化物10-28份、表面活性劑0.1-1.5份、活性助劑0.1-1.5份、粘合劑0.2-2份。

其中所述納米二氧化矽乾粉比表面積≥200m2/g；孔體積≥1.2cm3/g；含水量≤8%；吸油量≥2.0mL/g；平均粒徑15-80μm。

所述納米二氧化矽乾粉比表面積≥300m2/g；孔體積≥1.5cm3/g；含水量≤5%；吸油量≥2.5mL/g；平均粒徑25-60μm。優選目數≥200目；比表面積≥800m2/g；碘值≥600mg/g；含水量≤8%。

所述活性炭為粉末狀活性炭，其目數≥250目；比表面積≥1000m2/g；碘值≥800mg/g；含水量≤5%。

所述活性金屬氧化物和氫氧化物的混合物為二氧化錳、氧化鈦、三氧化二鋁、氫氧化鋁、氧化鎂、氫氧化鎂、氧化鐵、氫氧化鐵、氧化鋅、氫氧化鋅、氫氧化鈣其中的分別各一種或幾種。所述活性金屬氧化物和氫氧化物的重量組成比例為1:1-3。

所述表面活性劑選自十二烷基硫酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚、卵磷脂、聚山梨酯、脂肪酸甘油酯其中的一種或幾種。

所述活性助劑選自焦磷酸鈉、酒石酸鉀鈉、月桂酸鈉、檸檬酸鈉、抗壞血酸鈉其中的一種或幾種。

一種能除氨和除二手菸的空氣淨化材料的製備方法，包括以下步驟：

步驟1、先將二氧化矽凝膠製成二氧化矽凝膠濾餅，再由此二氧化矽濾餅製得納米二氧化矽乾粉；

其中二氧化矽凝膠餅的製備方法為：（1）按重量比1:0.25-0.5將質量濃度為15%的水玻璃溶液和質量濃度為25%的硫酸同時打入到有底液的反應釜中，並以碳酸氫銨為反應助劑，控制反應pH值為8-9，反應溫度為20-50oC，加料時間為60min；（2）加完水玻璃和硫酸後，保持pH值和溫度，繼續反應30min，然後升高溫度到80oC老化1.5小時，促進二氧化矽膠體結構的鞏固加強；（3）老化完成後，繼續滴加硫酸，控制pH值為7左右，然後放入容器罐；（4）待物料溫度降至60oC時，泵入板框壓濾機，用去離子水洗滌去除硫酸鹽，最後得到二氧化矽凝膠濾餅。

而納米二氧化矽乾粉可通過將二氧化矽凝膠濾餅用噴霧乾燥或閃蒸乾燥的方法獲得。

步驟3、將混合好的溼物料轉移至造粒機中進行造粒，造粒網孔孔徑可選擇為0.5-5mm，獲得所需顆粒形狀和大小的條狀顆粒物料；

步驟4、將條狀顆粒物料分批次投入球形拋丸機中進行拋丸，獲得所需顆粒大小的球形顆粒；

步驟5、可採用氣流乾燥或帶式乾燥進行物料乾燥，控制乾燥溫度為60-180oC，乾燥時間為1-4小時，得到球形乾燥顆粒產品；

步驟6、用振動篩進行篩分，將顆粒大小不合格的產品剔除，獲得所需顆粒大小的成品，送去顆粒產品倉。

所述步驟1中納米二氧化矽乾粉是通過將二氧化矽凝膠濾餅用噴霧乾燥或閃蒸乾燥的方法獲得。

本發明中：氨去除率採用QB/T 2761-2006所規定的方法進行測試，氨濃度採用GB/T 18204.25-2000所規定的方法進行測定。

本發明除二手菸的測試方法為：在250mL具塞玻璃瓶中放入50g樣品顆粒，然後用注煙器注入定量的香菸煙霧，迅速密封瓶口，並用秒表計時，輕輕震蕩2min，然後倒置。觀察瓶內煙霧變化，直至煙霧消失，記錄煙霧消失時間。煙霧消失後，再靜置30min，然後由5名氣味評判員分別對瓶內異味和顆粒上的異味進行綜合評價，並給出異味等級，最後取平均值。異味等級如下：1=無異味；2=稍有氣味；3=有異味但不刺鼻；4=有刺激氣味；5=強烈的刺激氣味；6=無法忍受的氣味。

以下結合具體實施例詳細描述本發明。然而，實施例只是為了說明目的，本發明內容的範圍並不限制於此，故但凡依本發明的權利要求和說明書所做的變化或修飾，皆應屬於本發明專利涵蓋的範圍之內。

實施例1

1500kg質量濃度為15%的水玻璃溶液和550kg濃度為25%的硫酸同時滴加到有4000kg去離子水底液的反應釜中，1kg反應助劑碳酸氫銨提前加入反應釜中，攪拌並控制反應溫度為35oC、pH值為9，加料時間為60min，然後保持溫度和pH值繼續反應30min，接著升溫到80oC老化1.5h。老化結束後，滴加硫酸調節pH值為7，然後將物料放入儲罐。待物料溫度降低至60oC以下，採用板框壓濾機洗滌除硫酸鹽，得到二氧化矽凝膠濾餅。將一部分二氧化矽凝膠濾餅直接閃蒸乾燥，得到納米二氧化矽乾粉。

將100份二氧化矽濾餅、0.15份脂肪醇聚氧乙烯醚、0.5份酒石酸鉀鈉投入高速切割混合機中，切割混合成泥漿，然後投入8份活性炭、14份納米矽膠乾粉、2份氧化鈦、4份三氧化二鋁、5份氫氧化鎂、6份氫氧化鈣、2份氫氧化鋅、0.8份羥丙基纖維素，繼續快速切割混合10min，得到蓬鬆的溼物料。採用4mm網孔的造粒機進行造粒。然後，將條狀顆粒物料投入球形拋丸機中進行滾圓，得到大小約為4mm的球形顆粒物料。接著，用氣流乾燥進行物料的乾燥，乾燥溫度120oC，乾燥時間3h，得到含水量＜5%的產品。最後，經過振動篩篩分後，得到成品。

實施例2