一种室温去除空气甲醛的多孔聚合物材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种室温去除空气甲醛的多孔聚合物材料及其制备方法。
背景技术：
：人类一生中至少有80％的时间在室内度过，室内空气质量对人的身体健康有至关重要的影响。甲醛是最普遍存在的室内空气污染物，对人体健康有不良影响。根据国际癌症研究机构(iarc)报道，甲醛被归类为致癌物质，属于危险物质组。室内甲醛的主要来源是建筑/装修材料、地板、油漆和家具等。在过去的几十年中，人们致力于避免在建筑材料和家用电器中使用甲醛衍生的热固性塑料，但是室内甲醛含量仍然相当可观。因此，解决室内甲醛污染成为人们普遍关注的焦点，越来越多的方法用于去除室内甲醛。在可用的甲醛去除方法中，吸附法简单、高效、经济，是目前最适合的甲醛去除方法。早期研究比较多的甲醛吸附材料为活性炭等物理吸附材料。然而，甲醛的沸点较低(-20℃)且分子具有较强的极性，所以在室温下气态甲醛在表面为非极性或者弱极性活性炭等材料上的吸附一般较弱。因此，在空气低甲醛浓度条件下，单靠物理吸附去除甲醛是很困难的。为了提高材料的甲醛去除效果，一类胺基改性吸附材料引起关注。该类吸附材料在孔道表面负载含有胺基的分子，依靠胺基与甲醛的化学反应来增强对甲醛的吸附效果，避免物理吸附的甲醛脱附问题。活性炭、多孔硅、树脂等具有发达孔结构的材料被负载胺基，用于甲醛去除，表现出良好的甲醛去除效果。然而，一般此类材料采用后浸渍或者化学接枝的方法制备，材料制备过程复杂、成本较高，吸附性能有待进一步提高。技术实现要素：为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种室温去除空气甲醛的多孔聚合物材料及其制备方法。本发明所采取的技术方案是：一种室温去除空气甲醛的多孔聚合物材料的制备方法，是通过高内相乳液聚合反应，得到室温去除空气甲醛的多孔聚合物材料；其中，高内相乳液由以下质量份的原料组成：聚合单体10～25份，乳化剂1～2.5份，引发剂0.1～0.25份，有机胺1～5份，水72～88份。优选的，高内相乳液中，乳液油相是由聚合单体、乳化剂和引发剂组成；乳液水相是由有机胺和水组成。优选的，这种室温去除空气甲醛的多孔聚合物材料的制备方法是，将乳液油相和乳液水相制成油包水高内相乳液，然后进行聚合反应，得到多孔聚合物材料。优选的，这种室温去除空气甲醛的多孔聚合物材料的制备方法中，聚合物单体为苯乙烯、二乙烯基苯、对氯甲基苯乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、醋酸乙烯酯、丙烯腈、二丙二醇二丙烯酸酯中的至少一种；进一步优选的，聚合物单体为苯乙烯、二乙烯基苯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯中的至少一种；再进一步优选的，聚合物单体为苯乙烯和二乙烯基苯。进一步优选的，聚合单体是由以下质量份的原料组成：苯乙烯10～20份、二乙烯基苯5～15份。优选的，这种室温去除空气甲醛的多孔聚合物材料的制备方法中，乳化剂为任选hlb值是3～8的一种或多种乳化剂；进一步优选的，乳化剂为司班80、司班60、司班40中的至少一种。优选的，这种室温去除空气甲醛的多孔聚合物材料的制备方法中，引发剂为偶氮类引发剂、过氧化物引发剂中的至少一种；进一步优选的，引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯、过氧化甲乙酮中的至少一种；再进一步优选的，引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯中的至少一种。这种室温去除空气甲醛的多孔聚合物材料的制备方法中，所用的有机胺为含有胺基的难挥发的水溶性分子；优选的，有机胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺、聚乙烯亚胺中的至少一种；进一步优选的，有机胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的至少一种。优选的，这种室温去除空气甲醛的多孔聚合物材料的制备方法具体包括以下步骤：1)将聚合单体、乳化剂和引发剂按组成称取，混合，得到乳液油相；将有机胺和水按组成称取，混合，得到乳液水相；2)在搅拌条件下，将乳液水相加入到乳液油相中，得到高内相乳液；3)将高内相乳液进行聚合反应，得到聚合物产物；4)将聚合物产物干燥，得到室温去除空气甲醛的多孔聚合物材料。优选的，这种室温去除空气甲醛的多孔聚合物材料的制备方法步骤2)具体为：在400r/min～600r/min的转速下，将乳液水相加入到乳液油相中，加完乳液水相后，继续在800r/min～1200r/min转速下搅拌；进一步的，添加乳液水相的时间为20min～30min；继续搅拌的时间为3min～10min。优选的，这种室温去除空气甲醛的多孔聚合物材料的制备方法步骤2)中，将乳液水相加入到乳液油相的方式为滴加。优选的，这种室温去除空气甲醛的多孔聚合物材料的制备方法步骤3)中，聚合反应的温度为60℃～70℃，聚合反应的时间为10h～15h。优选的，这种室温去除空气甲醛的多孔聚合物材料的制备方法步骤3)中，聚合反应在密闭容器中进行。优选的，这种室温去除空气甲醛的多孔聚合物材料的制备方法步骤4)中，干燥为在50℃～70℃下真空干燥至恒重。一种室温去除空气甲醛的多孔聚合物材料，是由上述的制备方法制得。本发明的有益效果是：本发明公开的甲醛去除材料制备工艺简单，在室温下即可去除空气中低浓度的甲醛，去除率高，适用范围广。具体而言：1)本发明提供了一种在室温下高效去除空气中低浓度甲醛的大孔聚合物材料，通过高内相乳液聚合的方法，将有机胺负载于大孔聚合物材料孔道表面。2)本发明材料的制备过程简单，无废液废渣产生，成本低；成品形状可控，可做成粉末状、颗粒状、块状，或者板状，也可负载于其他载体上做成整体器件；材料具有互通的大孔结构，孔结构可控，孔径大，有利于气体扩散；胺负载量高，甲醛去除效果优良，在室温下即可有效去除空气中低浓度的甲醛。3)本发明提供的聚合物材料适用于去除人造板生产车间、居室、建材家具市场等封闭、半封闭空间的低浓度(空气中的甲醛含量≤1mg/m3)甲醛污染物。附图说明图1是实施例1的材料实物图；图2是实施例1的材料扫描电镜图。具体实施方式以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例中所用的原料如无特殊说明，均可从常规商业途径得到。实例中原料的用量“份”均指质量份。实施例1取20份聚苯乙烯、5份二乙烯基苯、2.5份司班80、0.25份偶氮二异丁腈于圆底烧瓶中混合均匀，作为油相；接着取5份三乙烯四胺溶于75份去离子水中，作为水相。在500r/min转速搅拌下将水相滴加到油相中，整个滴加过程的时间为20-30min。水相滴加完毕，再将转速调到1000r/min继续搅拌5min得到稳定的乳液。然后，将乳液转移到可封闭的聚丙烯塑料瓶中，再将塑料瓶放在65℃下聚合12小时。最后，将聚合物材料从塑料瓶中取出，置于真空干燥箱中，在60℃下真空干燥至恒重，即可得到实施例1的聚合物材料。实施例2取20份聚苯乙烯、5份二乙烯基苯、2.5份司班80、0.25份偶氮二异丁腈于圆底烧瓶中混合均匀，作为油相；接着取2.5份三乙烯四胺溶于75份去离子水中，作为水相。在500r/min转速搅拌下将水相滴加到油相中，整个滴加过程的时间为20-30min。水相滴加完毕，再将转速调到1000r/min继续搅拌5min得到稳定的乳液。然后，将乳液转移到可封闭的聚丙烯塑料瓶中，再将塑料瓶放在65℃下聚合12小时。最后，将聚合物材料从塑料瓶中取出，置于真空干燥箱中，在60℃下真空干燥至恒重，即可得到实施例2的聚合物材料。实施例3取20份聚苯乙烯、5份二乙烯基苯、2.5份司班80、0.25份偶氮二异丁腈于圆底烧瓶中混合均匀，作为油相；接着取5份聚乙烯亚胺溶于75份去离子水中，作为水相。在500r/min转速搅拌下将水相滴加到油相中，整个滴加过程的时间为20-30min。水相滴加完毕，再将转速调到1000r/min继续搅拌5min得到稳定的乳液。然后，将乳液转移到可封闭的聚丙烯塑料瓶中，再将塑料瓶放在65℃下聚合12小时。最后，将聚合物材料从塑料瓶中取出，置于真空干燥箱中，在60℃下真空干燥至恒重，即可得到实施例3的聚合物材料。对比例1取20份聚苯乙烯、5份二乙烯基苯、2.5份司班80、0.25份偶氮二异丁腈于圆底烧瓶中混合均匀，作为油相；接着取75份去离子水作为水相。在500r/min转速搅拌下将水相滴加到油相中，整个滴加过程的时间为20-30min。水相滴加完毕，再将转速调到1000r/min继续搅拌5min得到稳定的乳液。然后，将乳液转移到可封闭的聚丙烯塑料瓶中，再将塑料瓶放在65℃下聚合12小时。最后，将聚合物材料从塑料瓶中取出，置于真空干燥箱中，在60℃下真空干燥至恒重，即可得到对比例1的聚合物材料。以上实例的聚合物材料产率均在97％以上。将以上各实例制备的聚合物材料置于甲醛初始浓度为1mg/m3的200l有机玻璃反应仓中，测试材料对低浓度甲醛的去除效果。本发明各施例所用材料的用量均为1.5g，测试结果如表1所示。表1实施例和对比例的甲醛去除效果实例1小时后甲醛浓度(mg/m3)实施例10.07实施例20.13实施例30.19对比例10.91与未负载有机胺的对比例1相比，实施例1～3均表现出较高的甲醛去除率，去除率最高达93％。由此可知，本发明制备的聚合物材料对低浓度甲醛具有良好的去除效果。附图1是实施例1样品测试时的材料实物图，为了测试方便由手工切碎得到，因此颗粒不均匀。其他实施例测试时的材料颗粒状态与之相似。附图2是实施例1的材料扫描电镜图。从图2可见，实施例1的材料呈现互通的大孔结构，其他实施例材料的孔道结构与之相似。当前第1页12