一种除甲醛的改性活性炭纤维毡、滤网及它们的制备方法与流程

1.本发明属于织物处理技术领域，具体涉及为一种除甲醛的改性活性炭纤维毡、滤网及它们的制备方法。


背景技术：

2.甲醛是室内有毒害气体中的一部分，通常由装修板材，胶水，涂料中产生，甲醛对人身体的危害较大，因此治理甲醛一直是室内空气净化的热门。治理甲醛的方法主要有通风、光催化、金属氧化物法、吸附等方法。
3.通风方法耗时较长一般需要一年的时间才能将室内的甲醛浓度降到适宜居住的水平；光催化法是指二氧化钛在光照下会产生电子电离表面的水分子，氧气分子从而达到消除甲醛的目的但是此法会产生臭氧等问题而产生二次污染；金属氧化物法依靠金属氧化物能吸附解离空气中的水分子产生羟基，羟基再与甲醛反应，消耗甲醛，但此法存在操作复杂效率低等问题；吸附法主要依赖于活性炭、分子筛、氧化硅等多孔材料被动的吸附甲醛，单纯的依靠物理吸附很容易发生在吸附饱和后甲醛又脱附的情况。
4.因此目前大都研究物理吸附
‑
化学降解法，通过物理吸附甲醛，化学物质与甲醛反应的方式达到净化空气的目的，但是市面上所售的滤芯大部分为夹碳布吸附，填充活性炭吸附，这两者都存在阻力大、净化效率低、且增加了滤芯的重量等问题。


技术实现要素：

5.本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种除甲醛的改性活性炭毡。
6.本发明的另一目的在于提供一种除甲醛的改性活性炭毡滤网材料的制备方法。
7.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。
8.一种除甲醛的改性活性炭毡，由改性剂和基体组成，改性剂为含氮羟基化合物，基体为活性炭纤维毡；
9.所述改性剂为两种以上含氮羟基化合物的混合或者单一的含氮羟基化合物；含氮羟基化合物的通式用下式表示：
[0010][0011]
其中r1是氢或者c1‑
c4烷基；r2和r3均独立地是氢、甲基、乙基或者羟基甲基；r4和r5均独立地是氢、羟基乙基或者c1‑
c
10
烷基。
[0012]
所述含氮羟基化合物，为2
‑
氨基
‑
2甲基
‑1‑
丙醇、2
‑
氨基
‑2‑
乙基
‑
1,3
‑
丙二醇、2
‑
氨基
‑2‑
甲基
‑
1,3
‑
丙二醇、2
‑
氨基
‑2‑
(羟甲基)
‑
1,3
‑
丙二醇的两种以上的组合或者一种。
[0013]
一种除甲醛的改性活性炭毡，其比表面积为900～2500m2/g，克重为40～300g/m2。
[0014]
制备上述一种除甲醛的改性活性炭毡的方法，通过辐射接枝法制备除甲醛的改性活性炭毡，包括以下步骤：
[0015]
步骤s1，在室温空气气氛下将活性炭纤维毡用去离子水清洗干净后烘干，除去表面杂质，称重质量记为w1；
[0016]
步骤s2，将改性剂溶于水中制成接枝液；改性剂的质量为活性炭纤维毡质量的1％～10％，水的量是活性炭纤维毡的水饱和吸附量的1～3倍；
[0017]
步骤s3，将处理后的活性炭纤维毡浸入到接枝液中，用氮气鼓泡的方式排出活性炭纤维毡周围和溶液中的氧气；
[0018]
步骤s4，在室温下，用γ射线辐照，吸收剂量为30
‑
150kgy，接枝率为62％
‑
91％；
[0019]
步骤s5，将活性炭纤维毡取出用去离子水清洗，烘干，称重质量记为w2，即得到由接枝法制备的除甲醛的改性活性炭毡。
[0020]
进一步，步骤s1中，室温空气的温度在10℃～35℃。
[0021]
进一步，步骤s2中，活性炭纤维毡的水饱和吸附量，其计算方式为：取10g活性炭纤维毡，向其加入质量为m1的水，等待30min后，倒出剩余的水，剩余水的质量为m2，则活性炭纤维毡的水饱和吸附量为m1‑
m2。
[0022]
一种除甲醛的滤网，由三层组成，从上到下，第一层为第一除颗粒物过滤材料层，第二层为除甲醛的改性活性炭毡层，第三层为第二除颗粒物过滤材料层；所述除甲醛的改性活性炭毡层为除甲醛的改性活性炭毡，由改性剂和基体组成，改性剂为含氮羟基化合物，基体为活性炭纤维毡；
[0023]
所述改性剂为两种以上含氮羟基化合物的混合或者单一的含氮羟基化合物；含氮羟基化合物的通式用下式表示：
[0024][0025]
其中r1是氢或者c1‑
c4烷基；r2和r3均独立地是氢、甲基、乙基或者羟基甲基；r4和r5均独立地是氢、羟基乙基或者c1‑
c
10
烷基。
[0026]
进一步，所述第一除颗粒物过滤材料层和第二除颗粒物过滤材料层，均为熔喷无纺布、静电棉、ptfe拉伸膜、玻纤、或空滤纸。
[0027]
制备上述一种除甲醛的滤网的方法，将第一除颗粒物过滤材料层、除甲醛的改性活性炭毡层、第二除颗粒物过滤材料层依次在复合机上复合而成，制得除甲醛的滤网。
[0028]
活性炭纤维毡因其比表面大，孔径小，微孔丰富相较于活性炭具有更大的物理吸附能力，再配以改性剂改性，便实现了物理吸附
‑
化学降解的双功能，以此达到去除甲醛的能力，而且也能降低滤网的重量，避免活性炭的灰分产生的二次污染问题。
[0029]
本技术方案，具有以下有益效果：
[0030]
1、采用除甲醛的改性活性炭毡代替活性炭解决了活性炭易产生灰分造成二次污染的问题。
[0031]
2、除甲醛的改性活性炭毡的应用降低了滤网的重量，减少对外部构件的要求，降低了客户的成本。
[0032]
3、本发明除甲醛的改性活性炭毡的改性采用了辐照接枝法，抛弃传统的浸渍法，是因为辐照能将改性剂和基体都产生自由基离子，通过二者的自由基离子成键，使改性剂附在基体上而不至于像浸渍一样物理附在基体上从而摆脱易脱落的特点。
[0033]
4、所发明的除甲醛的改性活性炭毡具有较好的除醛效率，10g除甲醛的改性活性炭毡在1m3测试仓中1小时除醛率能达到80％以上。
[0034]
5、发明了一种新的除甲醛材料，并将这种材料应用到滤网中，该滤网既能够去除甲醛，同时也能吸附空气中的微小颗粒物。
附图说明
[0035]
图1为除甲醛的改性活性炭纤维毡的制备流程图；
[0036]
图2为除甲醛的滤网的结构示意图；
[0037]
图3为埃斯韦勒
‑
克拉克反应的反应方程式；
[0038]
图中，1
‑
第一除颗粒物过滤材料层、2
‑
除甲醛的改性活性炭毡层、3
‑
第二除颗粒物过滤材料层。
具体实施方式
[0039]
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0040]
一种除甲醛的改性活性炭毡，由改性剂和基体组成，改性剂为含氮羟基化合物，基体为活性炭纤维毡。
[0041]
所述改性剂为两种以上含氮羟基化合物的混合或者单一含氮羟基化合物；含氮羟基化合物的通式可用下式表示：
[0042][0043]
其中r1是氢或者c1‑
c4烷基；r2和r3均独立地是氢、甲基、乙基或者羟基甲基；r4和r5均独立地是氢、羟基乙基或者c1‑
c
10
烷基。
[0044]
含氮羟基化合物，作为优选，可以是以下之一或者组合：2
‑
氨基
‑
2甲基
‑1‑
丙醇、2
‑
氨基
‑2‑
乙基
‑
1,3
‑
丙二醇、2
‑
氨基
‑2‑
甲基
‑
1,3
‑
丙二醇、2
‑
氨基
‑2‑
(羟甲基)
‑
1,3
‑
丙二醇。
[0045]
活性炭纤维毡的比表面积为900～2500m2/g，克重为40～300g/m2。
[0046]
含氮羟基化合物，利用以下两个反应与空气中的甲醛进行反应。
[0047]
第一个反应：能在室温条件下就能与甲醛发生反应，该反应被称为埃斯韦勒
‑
克拉克反应(eschweiler
‑
clarke reaction)，胺与甲醛缩合为亚甲基亚胺(羰基化合物
‑
胺缩合反应)，亚胺被甲酸质子化为亚胺离子。然后甲酸根离子向亚胺离子转移一个负氢，生成仲胺，同时放出二氧化碳。仲胺可与第二分子甲醛再缩合为亚胺离子，并被甲酸根离子还原，生成叔胺，不过这一步较慢，反应方程式如图3。
[0048]
第二个反应：含氮羟基化合物中的羟基也能与羰基反应生成半缩醛或半缩酮。
[0049]
除甲醛的改性活性炭毡，通过上述两个反应的吸附降解能力，能有效吸附去除甲醛，除醛效果达到优级，除醛率大于75％。
[0050]
一种除甲醛的改性活性炭纤维毡的制备方法，通过辐射接枝法制备除甲醛的改性活性炭毡，包括以下步骤：
[0051]
步骤s1，在室温空气气氛下将活性炭纤维毡用去离子水清洗干净后烘干，除去表面杂质，称重质量记为w1；室温空气的温度在10℃～35℃。
[0052]
步骤s2，将改性剂溶于水中制成接枝液；改性剂的质量为活性炭纤维毡质量的1％～10％，水的量是活性炭纤维毡的水饱和吸附量的1～3倍；
[0053]
步骤s3，将处理后的活性炭纤维毡浸入到接枝液中，用氮气鼓泡的方式排出活性炭纤维毡周围和溶液中的氧气；
[0054]
步骤s4，在室温下，用γ射线辐照，吸收剂量为30
‑
150kgy，接枝率为62％
‑
91％；
[0055]
步骤s5，将活性炭纤维毡取出用去离子水清洗，烘干，称重质量记为w2，即得到由接枝法制备的除甲醛的改性活性炭毡。
[0056]
接枝率g计算方式：g＝[(w2‑
w1)/w1]
×
100％，式中w1为接枝前的活性炭纤维毡重量，w2为接枝后的活性炭纤维毡重量。
[0057]
步骤s2中，活性炭纤维毡的水饱和吸附量，其计算方式为：取10g活性炭纤维毡，向其加入质量为m1的水，等待30min后，倒出剩余的水，剩余水的质量为m2，则活性炭纤维毡的水饱和吸附量为m1‑
m2。
[0058]
在本发明中应用的活性炭纤维毡的水饱和吸附量为1g纤维毡饱和吸附7
‑
12g水。
[0059]
本发明的除甲醛的改性活性炭毡相较于以往的活性炭吸附，避免了活性炭因为脱附和灰分产生的二次污染。
[0060]
本发明的除甲醛的改性活性炭毡利用其双功能的吸附降解能力能有效吸附去除甲醛，10g除甲醛的改性活性炭毡1m3测试仓内1h除醛效果达到优级除醛率大于80％。
[0061]
一种除甲醛的滤网，由三层组成，从上到下，第一层为第一除颗粒物过滤材料层1，第二层为除甲醛的改性活性炭毡层2，第三层为第二除颗粒物过滤材料层3。
[0062]
所述第一除颗粒物过滤材料层1和第二除颗粒物过滤材料层3，均为熔喷无纺布、静电棉、ptfe拉伸膜、玻纤、或空滤纸。
[0063]
所述除甲醛的改性活性炭毡层2为改性活性炭纤维毡。
[0064]
一种除甲醛的滤网的制备方法，将第一除颗粒物过滤材料层1、除甲醛的改性活性炭毡层2、第二除颗粒物过滤材料层3依次在复合机上复合而成，优选采用热压，超声波，喷胶工艺。
[0065]
由除甲醛的改性活性炭纤维毡制得的滤网，重量轻，应用于空气净化器中，使得空气净化器更加的轻便化。
[0066]
含有除甲醛的改性活性炭毡的滤网不仅除醛过滤效率高，也能够对颗粒物进行去除。
[0067]
实施例一。
[0068]
取比表面积为900m2/g、克重为40g/m2的10g活性炭纤维毡，用去离子水清洗干净后，烘干备用；秤量10g的2
‑
氨基
‑
2甲基
‑1‑
丙醇溶于90g水中配成接枝液；将活性炭纤维毡浸入到接枝液中，用氮气鼓泡将接枝液中的氧气排出，在室温条件下用γ射线照射，吸收剂量为30kgy，待接枝反应结束后取出活性炭纤维毡，依次用去离子水清洗，最后在80℃烘箱中烘干，获得最终质量为12.0g，接枝率为62％。
[0069]
将接枝上改性剂的除甲醛的改性活性炭毡作为除甲醛的改性活性炭毡层2，然后将第一除颗粒物过滤材料层1、除甲醛的改性活性炭毡层2、第二除颗粒物过滤材料层3依次叠放之后，在复合机上复合而成除甲醛的滤网。
[0070]
实施例二。
[0071]
取比表面积为900m2/g、克重为40g/m2的10g活性炭纤维毡，用去离子水清洗干净后，烘干备用；秤量10g的2
‑
氨基
‑2‑
乙基
‑
1,3
‑
丙二醇溶于90g水中配成接枝液；将活性炭纤维毡浸入到接枝液中，用氮气鼓泡将接枝液中的氧气排出，在室温条件下用γ射线照射，吸收剂量为61kgy，待接枝反应结束后取出活性炭纤维毡，依次用去离子水清洗，最后在80℃烘箱中烘干，获得最终质量为14.05g，接枝率为70.05％。
[0072]
将接枝上改性剂的除甲醛的改性活性炭毡作为除甲醛的改性活性炭毡层2，然后将第一除颗粒物过滤材料层1、除甲醛的改性活性炭毡层2、第二除颗粒物过滤材料层3依次叠放之后，在复合机上复合而成除甲醛的滤网。
[0073]
实施例三。
[0074]
取比表面积为900m2/g、克重为40g/m2的10g活性炭纤维毡，用去离子水清洗干净后，烘干备用；秤量10g的2
‑
氨基
‑2‑
甲基
‑
1,3
‑
丙二醇溶于90g水中配成接枝液；将活性炭纤维毡浸入到接枝液中，用氮气鼓泡将接枝液中的氧气排出，在室温条件下用γ射线照射，吸收剂量为150kgy，待接枝反应结束后取出活性炭纤维毡，依次用去离子水清洗，最后在80℃烘箱中烘干，获得最终质量为18.1g，接枝率为91％。
[0075]
将接枝上改性剂的除甲醛的改性活性炭毡作为除甲醛的改性活性炭毡层2，然后将第一除颗粒物过滤材料层1、除甲醛的改性活性炭毡层2、第二除颗粒物过滤材料层3依次叠放之后，在复合机上复合而成除甲醛的滤网。
[0076]
实施例四。
[0077]
取比表面积为1500m2/g、克重为120g/m2的10g活性炭纤维毡，用去离子水清洗干净后，烘干备用；秤量10g的2
‑
氨基
‑2‑
(羟甲基)
‑
1,3
‑
丙二醇溶于90g水中配成接枝液；将活性炭纤维毡浸入到接枝液中，用氮气鼓泡将接枝液中的氧气排出，在室温条件下用γ射线照射，吸收剂量为100kgy，待接枝反应结束后取出活性炭纤维毡，依次用去离子水清洗，最后在80℃烘箱中烘干，获得最终质量为19.1g，接枝率为81％。
[0078]
将接枝上改性剂的除甲醛的改性活性炭毡作为除甲醛的改性活性炭毡层2，然后将第一除颗粒物过滤材料层1、除甲醛的改性活性炭毡层2、第二除颗粒物过滤材料层3依次叠放之后，在复合机上复合而成除甲醛的滤网。
[0079]
实施例五。
[0080]
取比表面积为2000m2/g、克重为200g/m2的10g活性炭纤维毡，用去离子水清洗干净后，烘干备用；秤量10g的2
‑
氨基
‑2‑
甲基
‑
1,3
‑
丙二醇溶于90g水中配成接枝液；将活性炭纤维毡浸入到接枝液中，用氮气鼓泡将接枝液中的氧气排出，在室温条件下用γ射线照射，吸收剂量为81kgy，待接枝反应结束后取出活性炭纤维毡，依次用去离子水清洗，最后在80℃烘箱中烘干，获得最终质量为16.2g，接枝率为82％。
[0081]
将接枝上改性剂的除甲醛的改性活性炭毡作为除甲醛的改性活性炭毡层2，然后将第一除颗粒物过滤材料层1、除甲醛的改性活性炭毡层2、第二除颗粒物过滤材料层3依次叠放之后，在复合机上复合而成除甲醛的滤网。
[0082]
实施例六。
[0083]
取比表面积为2500m2/g、克重为40g/m2的10g活性炭纤维毡，用去离子水清洗干净后，烘干备用；秤量10g的2
‑
氨基
‑
2甲基
‑1‑
丙醇溶于90g水中配成接枝液；将活性炭纤维毡浸入到接枝液中，用氮气鼓泡将接枝液中的氧气排出，在室温条件下用γ射线照射，吸收剂量为59kgy，待接枝反应结束后取出活性炭纤维毡，依次用去离子水清洗，最后在80℃烘箱中烘干，获得最终质量为12g，接枝率为62％。
[0084]
将接枝上改性剂的除甲醛的改性活性炭毡作为除甲醛的改性活性炭毡层2，然后将第一除颗粒物过滤材料层1、除甲醛的改性活性炭毡层2、第二除颗粒物过滤材料层3依次叠放之后，在复合机上复合而成除甲醛的滤网。
[0085]
实施例七。
[0086]
取比表面积为2500m2/g、克重为300g/m2的10g活性炭纤维毡，依次用丙酮和去离子水清洗干净后，烘干备用；秤量10g的2
‑
氨基
‑2‑
乙基
‑
1,3
‑
丙二醇溶于90g水中配成接枝液；将活性炭纤维毡浸入到接枝液中，用氮气鼓泡将接枝液中的氧气排出，在室温条件下用γ射线照射，吸收剂量为139kgy，待接枝反应结束后取出活性炭纤维毡，用去离子水清洗，最后在80℃烘箱中烘干，获得最终质量为18.3g，接枝率为73％。
[0087]
将接枝上改性剂的除甲醛的改性活性炭毡作为除甲醛的改性活性炭毡层2，然后将第一除颗粒物过滤材料层1、除甲醛的改性活性炭毡层2、第二除颗粒物过滤材料层3依次叠放之后，在复合机上复合而成除甲醛的滤网。
[0088]
实施例八。
[0089]
取比表面积为2500m2/g、克重为300g/m2的10g活性炭纤维毡，依次用丙酮和去离子水清洗干净后，烘干备用；秤量10g的2
‑
氨基
‑2‑
(羟甲基)
‑
1,3
‑
丙二醇溶于180g水中配成接枝液；将活性炭纤维毡浸入到接枝液中，用氮气鼓泡将接枝液中的氧气排出，在室温条件下用γ射线照射，吸收剂量为150kgy，待接枝反应结束后取出活性炭纤维毡，用去离子水清洗，最后在80℃烘箱中烘干，获得最终质量为13.9g，接枝率为87％。
[0090]
将接枝上改性剂的除甲醛的改性活性炭毡作为除甲醛的改性活性炭毡层2，然后将第一除颗粒物过滤材料层1、除甲醛的改性活性炭毡层2、第二除颗粒物过滤材料层3依次叠放之后，在复合机上复合而成除甲醛的滤网。
[0091]
对比例
[0092]
秤量比表面积为2500m2/g、克重为300g/m2的10g活性炭纤维毡，不进行辐照接枝改性，直接作为除甲醛的改性活性炭毡层2，然后将第一除颗粒物过滤材料层1、除甲醛的改性活性炭毡层2、第二除颗粒物过滤材料层3依次叠放之后，在复合机上复合而成除甲醛的滤网。
[0093]
表1为实施例和对照例的样品的除甲醛性能测试数据
[0094][0095][0096]
从表1的测试结果可以看出，辐照接枝后的活性炭纤维毡滤网除甲醛能力明显提升，随着辐照剂量的增加除甲醛性能增加，随纤维毡比表面积的增加除甲醛能力增加，随改性剂的含量增加接枝率提高除甲醛能力提高。
[0097]
甲醛去除率测试方法：在1m3仓中用模拟机测试，将10g滤网材料装在密封袋中放置在模拟机上，用50μl微量进样器吸取适量甲醛溶液通过外置针管滴入坩埚中，打开风扇和加热坩埚开关；待甲醛溶液蒸干后，关闭加热坩埚开关，风扇搅拌至甲醛浓度不再上升，通过监测仪读取舱内气体浓度，作为甲醛的初始浓度(0h/min)，初始浓度为1
±
0.2mg/m3；采样完毕后，从自封袋中取出样品，放于测试舱中间，并计时；取采样点，采样间隔时间5min，测试时间共1h；
[0098]
甲醛去除率＝[(舱内甲醛初始浓度
‑
某时刻舱内甲醛浓度)
÷
舱内甲醛初始浓度]
×
100％
[0099]
本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。