一种生物质基透明甲醛捕捉清除剂及制备方法

技术领域

本发明涉及空气净化技术领域，具体涉及一种生物质基透明甲醛捕捉清除剂及制备方法。

背景技术

甲醛气体无色、有刺激性味道、会刺激皮肤黏膜，室内累积少量即可引发头晕、恶心、呼吸困难、皮肤过敏等症状，长期超标则会引起人体中毒，表现为记忆力衰退、免疫力降低、食欲减退、失眠多梦等，严重者甚至罹患癌症，孕妇中毒则会导致胎儿发育畸形。

目前除甲醛主要采用植物吸收法、物理吸附法、化学法、光触媒法和生物酶除醛等。

植物吸收法吸收的甲醛量太少，见效太慢；物理吸附法，如活性炭吸附短时见效快，但受吸附总量限制，其除甲醛有效期不够长；化学法常常将某种能与甲醛发生固气复相反应的物质与油漆结合，从而赋予油漆吸收和分解甲醛的功能，但这种物质通常为肼类化合物，如申请号为201410542797.8的中国发明专利公开了一种甲醛清除剂，含有酰肼，使用中存在游离肼，有毒，长期使用会对居室内的用户健康产生影响，并且甲醛分解效率以及有效期受其添加量影响，且容易产生二次污染。

光触媒法和生物酶除醛是相对环保的去除甲醛方法。光触媒在强光照射下，会产生类似光合作用的光催化反应，可将室内中的甲醛、苯、氨、TVOC等污染物分解成水和二氧化碳，具有全面消毒性。生物酶利用生物降解过程，对甲醛及其他污染物的处理效果与光触媒类似，且无毒害、无污染、对环境友好。但这两类物质仍有明显短板。首先是光触媒：第一，其需要辅以紫外线催化才能达到最佳效果，因此其在缺乏强光照射的环境中作用效率较低，在夜间基本停止作用。针对这一问题已有相关改进，比如专利CN202011591553.0提供了一种弱光光触媒复合除醛喷剂，其在弱光或暗光条件下也可以降解甲醛。但是其作用机理的根本需要光条件，所以其不能在无光条件下使用。第二，其反应依靠实际的表面接触，要求空气中游离的有害物质与其主动结合才能引发分解反应，所以运用光触媒时还需增强室内空气的流动；第三，由于表面接触要求，其对甲醛的处理是偶然的、间接的，无法从根源上处理装修耗材本身的甲醛。其次是生物酶，短处主要出于其大多数为蛋白质：第一，易变性，在高温、强酸或强碱下易被破坏，所以要求室内环境、气温状况保持相对稳定；第二，寿命短，无法对标装修耗材长达10年以上的甲醛散发，单次喷涂无明显效果，必须长期持续喷涂、维持活性酶的含量才能对室内污染物起到处理效果。这就导致了上述使用方法，其分解甲醛的效率不高，极大限制了的应用。

综上所述，研发一种生物质基透明甲醛捕捉清除剂及制备方法，仍是空气净化技术领域中急需解决的关键问题。

发明内容

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明在于提供一种生物质基透明甲醛捕捉清除剂及制备方法，本发明中[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵(SBMA)与甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)的交联可形成三维多孔网络结构，为甲醛分子的吸附提供了足够的空间位点，同时，甲醛捕捉剂的加入可增强材料对甲醛分子的捕捉能力；其次，氨丁三醇的引入为涂层提供了分解甲醛的能力，其分解产物无毒无害，不会造成二次污染；再次，值得注意的是，随着甲醛分子的不断分解，占用的位点会重新空闲，使网络结构再次具有吸附能力，从而实现涂层对甲醛分子的捕捉及分解，以此实现高效、环保、持久、无二次污染的甲醛清除。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明的第一方面：提供了一种生物质基透明甲醛捕捉清除剂，包括以下质量份数的原料：氨丁三醇10-20份、纳米银粒子6-18份、2-咪唑烷酮4-8份、[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵3-5份、甲基丙烯酸羟乙酯4-6份、偶氮二异丁脒盐酸盐2-5份、去离子水30-40份。

本发明进一步的设置为：包括以下质量份数的原料：氨丁三醇15份、纳米银粒子12份、2-咪唑烷酮6份、[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵4份、甲基丙烯酸羟乙酯5份、偶氮二异丁脒盐酸盐3份、去离子水35份。

本发明的第二方面：还提供了一种生物质基透明甲醛捕捉清除剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)取氨丁三醇溶于二分之一的去离子水中，第一次搅拌后，加入纳米银粒子，第二次搅拌后，向溶液中加入2-咪唑烷酮，第三次搅拌10min，待其充分溶解后，得到具有一定甲醛清除功能的溶液A；

(2)将[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵加入剩余去离子水中，搅拌30min，待其充分溶解后，加入甲基丙烯酸羟乙酯，搅拌30min后，加入偶氮二异丁脒盐酸盐，常温搅拌后，得到充当甲醛捕捉网络结构的溶液B；

(3)将溶液A与溶液B混合搅拌后，得到最终产物。

本发明进一步设置为：在步骤(1)中，所述的第一次搅拌时间为30min。

本发明进一步设置为：在步骤(1)中，所述的第二次搅拌时间为30min。

本发明进一步设置为：在步骤(1)中，所述的第三次搅拌时间为10min。

本发明进一步设置为：在步骤(2)中，所述的常温搅拌时间为60min。

本发明进一步设置为：在步骤(3)中，所述的混合搅拌时间为30min。

有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：

本发明制备的生物质基透明甲醛捕捉清除剂，具有优异的甲醛分子吸附能力、分解能力以及生物相容性，通过实验数据分析可得，三维网络结构是必要存在的，氨丁三醇的引入为涂层提供了分解甲醛的能力，其分解产物无毒无害，不会造成二次污染，同时，随着甲醛分子的不断分解，占用的位点会重新空闲，使网络结构再次具有吸附能力，此外，涂层与光触媒法和生物酶除醛法相比，不受环境条件的限制，本发明所提供的生物质基透明甲醛捕捉清除剂，在空气净化领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明中性能检测中所制备的甲醛捕捉清除剂与现有活性炭家用吸甲醛竹炭除甲醛能力的记录表；

图2为本发明性能检测中SBMA与HEMA的配比记录表；

图3为本发明性能检测中甲醛捕捉剂的含量记录表；

图4为本发明性能检测中氨丁三醇含量记录表；

图5为本发明性能检测中抗甲醛涂层的扫描电镜图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1：

本发明提供了一种生物质基透明甲醛捕捉清除剂，包括以下质量份数的原料：氨丁三醇15份、纳米银粒子12份、2-咪唑烷酮6份、[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵4份、甲基丙烯酸羟乙酯5份、偶氮二异丁脒盐酸盐3份、去离子水35份。

此外，本发明还提供了一种生物质基透明甲醛捕捉清除剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)取0.2wt％的氨丁三醇溶于17.5份去离子水中，第一次搅拌后，加入1wt％的纳米银粒子，第二次搅拌后，向溶液中加入0.1wt％的2-咪唑烷酮，第三次搅拌10min，待其充分溶解后，得到具有一定甲醛清除功能的溶液A。

进一步的，第一次搅拌时间为30min。

进一步的，第二次搅拌时间为30min。

进一步的，第三次搅拌时间为10min。

(2)将6wt％的[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵加入剩余17.5份去离子水中，搅拌30min，待其充分溶解后，加入1.5％的甲基丙烯酸羟乙酯，搅拌30min后，加入0.065wt％偶氮二异丁脒盐酸盐，常温搅拌后，得到充当甲醛捕捉网络结构的溶液B。

进一步的，常温搅拌时间为60min。

(3)将溶液A与溶液B混合搅拌后，得到最终产物。

进一步的，混合搅拌时间为30min。

实施例2：

本发明提供了一种生物质基透明甲醛捕捉清除剂，包括以下质量份数的原料：氨丁三醇10份、纳米银粒子6份、2-咪唑烷酮4份、

[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵3份、甲基丙烯酸羟乙酯4份、偶氮二异丁脒盐酸盐2份、去离子水30份。

此外，本发明还提供了一种生物质基透明甲醛捕捉清除剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)取0.05wt％的氨丁三醇溶于15份去离子水中，第一次搅拌后，加入1wt％的纳米银粒子，第二次搅拌后，向溶液中加入0.03wt％的2-咪唑烷酮，第三次搅拌10min，待其充分溶解后，得到具有一定甲醛清除功能的溶液A。

进一步的，第一次搅拌时间为30min。

进一步的，第二次搅拌时间为30min。

进一步的，第三次搅拌时间为10min。

(2)将6wt％的[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵加入剩余15份去离子水中，搅拌30min，待其充分溶解后，加入1.2％的甲基丙烯酸羟乙酯，搅拌30min后，加入0.065wt％偶氮二异丁脒盐酸盐，常温搅拌后，得到充当甲醛捕捉网络结构的溶液B。

进一步的，常温搅拌时间为60min。

(3)将溶液A与溶液B混合搅拌后，得到最终产物。

进一步的，混合搅拌时间为30min。

实施例3：

本发明提供了一种生物质基透明甲醛捕捉清除剂，包括以下质量份数的原料：氨丁三醇20份、纳米银粒子18份、2-咪唑烷酮8份、[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵5份、甲基丙烯酸羟乙酯6份、偶氮二异丁脒盐酸盐5份、去离子水40份。

此外，本发明还提供了一种生物质基透明甲醛捕捉清除剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)取0.25wt％的氨丁三醇溶于20份去离子水中，第一次搅拌后，加入1wt％的纳米银粒子，第二次搅拌后，向溶液中加入0.12wt％的2-咪唑烷酮，第三次搅拌10min，待其充分溶解后，得到具有一定甲醛清除功能的溶液A。

进一步的，第一次搅拌时间为30min。

进一步的，第二次搅拌时间为30min。

进一步的，第三次搅拌时间为10min。

(2)将6wt％的[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵加入剩余20份去离子水中，搅拌30min，待其充分溶解后，加入6％的甲基丙烯酸羟乙酯，搅拌30min后，加入0.065wt％偶氮二异丁脒盐酸盐，常温搅拌后，得到充当甲醛捕捉网络结构的溶液B。

进一步的，常温搅拌时间为60min。

(3)将溶液A与溶液B混合搅拌后，得到最终产物。

进一步的，混合搅拌时间为30min。

性能检测：

1)分别按照实施例1、实施例2和实施例3的方法制备生物质基透明甲醛捕捉清除剂(分别作为实验1组、实验2组和实验3组)，再取市售的活性炭家用吸甲醛竹炭(纳米矿晶炭包，货号JS-PPW)(作为对比组)，测试在密闭的1m

清除率＝(初始浓度-24小时的浓度)/初始浓度。

由图1可知，与对比组相比，实验组(实验1组、实验2组和实验3组)对于甲醛的净化效果均明显优于对比组(p＜0.05)，在各实验组之间，实验1组的效果最佳。

2)利用甲醛测试箱对各种原料的添加量进行探究，按照1)中的方法，对不同浓度的([2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵)SBMA与(甲基丙烯酸羟乙酯)HEMA配比来确定甲醛捕捉网络结构，以此来确定拥有最多空间位点从而使其具有最佳的甲醛捕捉能力。此时体系中仅有SBMA以及HEMA，引发剂含量固定为0.065wt％，水为40g，测试结果如图2所示。

由图2可知，SBMA与HEMA的最佳配比为4:1，此时除醛效率相对最高。

3)利用甲醛测试箱对各种原料的添加量进行探究，按照1)中的方法，在确定捕捉网络具体含量后，我们对甲醛捕捉剂的含量进行确定，以此来证明双捕捉效应的必要性。实验结果如图3所示。

由3图可以看出，在整个体系中，双捕捉的效果要优于单捕捉剂，即捕捉网络与捕捉剂的结合已经拥有较好的甲醛捕捉效果。

4)利用甲醛测试箱对各种原料的添加量进行探究，按照1)中的方法，在体系中引入甲醛消除剂氨丁三醇，其可与甲醛进行反应，生成亚胺或噁唑烷，对其添加量进行探究，结果如图4所示。

由图4可知，当氨丁三醇的含量为0.2wt％时，此时甲醛含量最低，即达到最佳状态，此时加入纳米银粒子，使涂层兼具一定的抗菌功能，即得到性能优异的抗甲醛涂层。

利用扫描电镜对材料的表面形貌进行分析，如图5所示，可以看到涂层表面具有丰富的三维孔状结构，从而赋予材料极佳的空间位点，并且孔状结构也有利于甲醛捕捉剂与甲醛消除剂紧密配合，从而使涂层具有极佳的除甲醛能力。

当没有三维网络结构，仅仅利用溶液A对除甲醛性能进行测试时，再经过72小时后，甲醛浓度为29.6mg/m3，既说明三维网络存在的必要性。还对材料抗甲醛性能进行持续检测，在经过96小时后，甲醛浓度为0.04mg/m3，去除率为99.91％，以此说明所制备的材料具有持续抗甲醛能力。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。