布在材料中。显然，材料的亲水性越强，则水滴分布得 越密集，未经处理的密胺海绵只能保留很少的水分。在空气流动过程中，分别测量流经材料 前后空气的PM2. 5数值，以此评价其对空气的净化效果。
[0015] 非常有益的是，上述处理方法操作简单，材料可以重复使用，运行成本合理，由于不 是基于过滤原理，所以无论何种尺寸的颗粒物质都能清除，效果理想，不会造成二次污染。
[0016] 本发明的优点在于：避免了现有的过滤/吸附净化技术的种种弊端，改变了这种 技术越来越复杂化的发展趋势，通过将空气中的污染物质直接转移到水中，可以使问题得 到简化，遏制空气净化成本的进一步上升，有利于人与环境的和谐相处。此外，使用湿法空 气净化还能同时对空气以加湿作用，当材料中水分不足时，可以及时补水，因而特别适合北 方地区的使用。
【附图说明】 图1为三维骨架材料的SEM图像： 图2为湿法空气净化的基本模式。
【具体实施方式】
[0017] 以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
[0018] 材料制备：首先，将商品的壳聚糖溶于稀醋酸水溶液中（粘度大于400mpa的配成 1~2wt. %的浓度；粘度在200~400mpa范围的配成2~3wt. %的浓度）加入少量阳离子 表面活性剂（如十二烷基三甲基氯化铵，在溶液中的含量为〇. 1~〇. 2wt. % )，然后，将市 售的密胺海绵（三聚氰胺与甲醛交联反应制成的泡沫材料，现已商品化）浸泡在溶液中，取 出后用真空吸掉多余的溶液，保证其在静置下没有溶液流出，在烘箱中于60°C下干燥2~3 小时后，浸泡在pH = 9~10的碳酸钠溶液中处理20~30分钟，壳聚糖去质子化后形成不 溶性的薄膜覆盖在骨架表面，材料用清水洗涤后再浸泡于10~15wt. %的乙二醇二缩水甘 油醚的乙醇溶液中，并于常温下反应1~2小时，然后用95%乙醇洗涤1~2次，再在常温 下浸泡于10~15wt. %的亚硫酸氢钠水溶液中反应1~2小时，通过环氧基团与亚硫酸根 的反应使骨架材料的表面带上磺酸根负离子基团。
[0019] 保水率测试：三维骨架材料能够吸收自身重量20倍的水，在空气流动推力的作用 下，大部分的水就会被排出（如图2所示），但总会有一部分的水仍然保留，在气流推力与骨 架亲和力的共同作用下，体系会自动保持一种平衡状态，实验证明在同样气流推力的作用 下，其保水率与材料本身的亲水性有关。实验中所谓的保水率是指水的重量与材料自身重 量的百分比，表1列出了实验结果，保水量随空气流量的增大而下降，在同样空气流量的推 动下，保水率会因材料骨架的亲水性的提高而增大，既然本发明是采用湿法空气净化技术， 所以保水率是一项很重要的考察指标，高的保水率自然对空气净化有利，这也是对骨架材 料进行离子化的根本原因。
[0020] 表1在不同空气流量推动下材料的保水量$
[0021]
[0022] $通风时间固定为1分钟
[0023] 净化测试方式：以大气本身的颗粒物质作为净化目标，实验时测得环境的PM2. 5 平均浓度为157μ g/m3,用送风机将自然空气通过管道穿过不同厚度的骨架聚合物材料，以 材料的截面积计算空气流量，用仪表测定空气经过一次净化后的PM2. 5浓度，这样得到的 结果是指一分钟内的统计平均值。须说明的是，实际的空气净化器是经过多次循环净化后 所得到的结果，因而净化时间越长空气质量越好，这一点必须加以区别。本实验旨在测定材 料本身的净化作用，而非最终产品的净化效果。
[0024] 测试结果：表2列出了不同材料厚度及不同空气流量下的测试结果，由此可以得 出以下三个结论：1、模拟大自然净化方式的湿法空气净化效果是存在的，而且净化效果主 要与材料的保水率有关，保水率越高净化效果越好，按照国家规定PM2. 5浓度在35 μ g/m3 以下就属于优质空气，那么表2中有一些结果就达到了这个标准；2、空气流量越大，PM2. 5 浓度降低幅度越小，这主要是由于保水率降低影响所致，另外流量越大，空气流速就越大， 那么空气与水滴接触的时间就越短，污染转移的可能性就会降低，但是空气流量大有利于 空气的快速循环，其累积的净化效果就越显著，所以空气流量应选择一个合理的值；3、材料 厚度越大，净化效果就越好，但是空气阻力也会随厚度的增加而增大，但是在同等风量的情 况下，这种阻力一定是小于过滤净化的方式。
[0025] 表2不同材料厚度及不同空气流量下的净化效果
[0026]
【主权项】
1. 一种离子化骨架聚合物材料，其特征在于它具有如图1所示的结构，骨架的尺寸最 小处为5 左右，骨架之间通过共同点连结，构成连续的三维网络结构，骨架之间包含约 100 Um的互相连通的孔道。2. 根据权利要求1所述的离子化骨架聚合物，其特征在于所述的聚合物表面含有磺酸 根阴离子，其强的亲水性有助于骨架材料对水滴的附着。3. 根据权利要求1或2所述的三维骨架聚合物，其特征在于所述的材料在空气流通于 其中时能够将颗粒物质转移到附着的水滴中，借此实现污染空气的净化。4. 一种权利要求1所述的离子化骨架聚合物的制备方法，其特征在于步骤依次为： (1) 将密胺海绵浸泡在壳聚糖溶液中，取出后用真空吸掉多余的溶液，保证其在静置下 没有溶液流出，然后在烘箱中于60°C下干燥2~3小时，再浸泡在pH = 9~10的碳酸钠溶 液中处理20~30分钟，壳聚糖去质子化后形成不溶性的薄膜覆盖在骨架表面； (2) 上述材料用清水洗涤后再浸泡于10~15wt. %的乙二醇二缩水甘油醚的乙醇溶液 中常温下反应1~2小时，然后用95%乙醇洗涤1~2次； (3) 将材料在常温下浸泡于10~15wt. %的亚硫酸氢钠的水溶液中反应1~2小时， 通过环氧基团与亚硫酸根的反应使骨架材料表面带上磺酸根负离子基团。5. 根据权利要求4所述的聚阳离子的合成方法，其特征在于壳聚糖溶液的浓度与其本 身粘度有关，粘度大于400mpa的配成1~2wt. %的浓度，粘度在200~400mpa范围的配成 2~3wt. %的浓度。
【专利摘要】本发明是关于一种离子化骨架聚合物和其制备方法及在清除颗粒物质污染中的应用。利用现有的密胺海绵特有的三维骨架结构，将壳聚糖涂层包覆在骨架上，再通过乙二醇缩水甘油醚与壳聚糖涂层反应，使其交联并在表面携带大量的环氧基团，然后利用环氧基团与亚硫酸氢钠反应生成磺酸根阴离子，使骨架表面因强亲水化而吸附大量的小水滴，当空气流通于材料孔道中时能够将颗粒物质转移到吸附的水滴中，借此实现污染空气的净化。这种空气净化方式的优点是：装置结构简单，材料能多次循环使用，成本低，能耗小，适应性强，对环境与人都无害，没有二次污染。
【IPC分类】B01J20/26, C08J9/36, C08J9/42, B01J20/30
【公开号】CN105017556
【申请号】CN201410166793
【发明人】李伟逊, 张瑞丰, 尚传洋, 梁云霄, 江峰, 肖通虎, 龙能兵
【申请人】宁波大学
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2014年4月17日