一种快速吸附低浓度甲醛的聚合物及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种快速吸附低浓度甲醛的聚合物及制备方法，该方法步骤如下：（1）将β‑环糊精和配体以及反应催化剂溶于溶剂中；（2）将步骤（1）所得混合溶液超声，用气体吹扫混合溶液，再加热搅拌反应；（3）将步骤（2）所得多孔β‑环糊精聚合物洗涤，过滤，浸泡活化，干燥，得聚合物。本发明专利技术基于β‑环糊精的甲醛吸附剂具有优异的甲醛吸附性能。相对于现有甲醛吸附材料，其对低浓度甲醛的吸附速率及吸附量大大提高，在10ppm下，吸附量达到28.9mg/g，是普通活性炭的八十倍，吸附速率是普通活性炭吸附速率的十倍以上，满足室内对甲醛快速高效吸附的需求。因此，该类吸附剂在室内低浓度吸附甲醛方面具有很大的潜在应用前景。

A polymer for fast adsorption of formaldehyde with low concentration and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种快速吸附低浓度甲醛的聚合物及制备方法
本专利技术涉及气态甲醛的脱除领域，特别涉及一种快速吸附低浓度甲醛的聚合物及制备方法。
技术介绍
随着人们生活水平的提高，室内装修往往运用到复杂多样的装修材料及家具，由此必然带来一些室内环境污染。中国室内装饰协会、室内环境监测工作委员会发布的最新检测结果表明：甲醛己成为新装修家庭中和办公场所的主要污染物。甲醛是一种高毒性的气体分子，长期、低浓度接触甲醛会引起头痛、头晕、乏力、感觉障碍、免疫力降低，并可出现瞌睡、记忆力减退或神经衰弱。新装修的房间甲醛含量较高，是众多疾病的主要诱因，进行室内甲醛净化刻不容缓。我国治理和去除室内甲醛污染的主要方法有：通风换气、植物生态净化、吸附法、空气负离子法和光触媒催化氧化法等。其中，吸附法具有经济高效、方便快捷的优点，是目前最常采用的方法。吸附法的核心是吸附剂的选择，目前使用范围最广的甲醛吸附剂是活性炭，其具有比表面积大、孔容大、微孔数量多、性能稳定等特点，能够有效吸附室内甲醛。但同时，活性炭也有其局限性：活性炭成分多为惰性的碳，而对甲醛吸附有明显作用的含氮及含氧基团量却往往极低，导致了活性炭对甲醛的吸附容量较低。如Yan等[Y.Song,W.Qiao,S.-H.Yoon,I.Mochida,Q.Guo,L.Liu,Removalofformaldehydeatlowconcentrationusingvariousactivatedcarbonfibers,JournalofAppliedPolymerScience,106(2007)2151-2157.]探究了一系列不同氮氧含量的活性炭纤维对甲醛的吸附能力，发现ACF上的N/C比率越高，它表现出的甲醛吸附能力就越大，但最大的FE100在20ppm下的饱和吸附量也仅有14.34mg/g的吸附量。此外，室内甲醛浓度极低，往往是ppm甚至ppb的数量级，而根据室内空气质量标准(GB/T18883-2002)，室内甲醛含量应低于0.1mg/m3，因此吸附剂对于极低浓度下的甲醛气体吸附能力尤为关键。活性炭对于极低浓度甲醛气体吸附能力较差，如Falco等[G.deFalco,M.Barczak,F.Montagnaro,T.J.Bandosz,ANewGenerationofSurfaceActiveCarbonTextilesAsReactiveAdsorbentsofIndoorFormaldehyde,ACSAppliedMaterials&Interfaces,10(2018)8066-8076.]利用尿素，硫脲，双氰胺、青霉素G等一系列含氮试剂浸渍来改性高度多孔的碳纤维，以提高活性炭纤维在1ppm极低浓度下甲醛的吸附量，改性后的活性炭纤维较原始活性炭吸附量有三倍的提高，但仍然只有1.56mg/g的吸附量。专利CN108854963A制备了一种用于吸附甲醛的活性炭，其在150分钟内甲醛的吸附量达3.24μg/g，吸附速率很低，难以满足甲醛吸附需要的高速率要求。制备一种低浓度下能够快速、大量吸附甲醛气体的吸附剂成为了工业上必然要求。β-环糊精(β-cyclodextrin,β-CD)是一种包含七个D-吡喃葡萄糖单元,且各葡萄糖单元均以1,4-糖苷键连接的环状低聚糖。β-环糊精外缘亲水而内腔疏水的特性使它可以与污染物形成包合物。专利CN103691411A利用壳聚糖与环糊精进行聚合，合成的聚合物在35ppm下甲醛吸附量达13mg/g，但由于微孔的缺失导致其吸附能力受到限制。
技术实现思路
基于现有技术的不足，本专利技术提供一种快速吸附低浓度甲醛的聚合物及制备方法。利用微波法将含有N、F、Cl极性基团的有机配体和含有大量极性羟基的β环糊精聚合，生成具有较大比表面积、丰富微孔体积和极性基团的β-环糊精聚合物，体现出对低浓度甲醛气体的大量、快速吸附性能。本专利技术的目的通过如下技术方案实现。一种快速吸附低浓度甲醛的聚合物的制备方法，包括如下步骤：(1)将β-环糊精和配体以及反应催化剂溶于溶剂中，得到混合溶液；所述配体为多卤代苯二甲腈；(2)将步骤(1)所得混合溶液进行超声，用气体吹扫混合溶液，将混合溶液放入反应器中，进行加热搅拌反应，得多孔β-环糊精聚合物；(3)将多孔β-环糊精聚合物洗涤，过滤，浸泡活化，干燥，得活化后多孔β-环糊精聚合物。优选的，步骤(1)所述反应催化剂为碳酸钾、碳酸氢钾、醋酸钾、氢氧化钾、醋酸钠、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠的任意一种或多种。优选的，步骤(1)所述配体为四氯对苯二甲腈、四氟对苯二甲腈、四氟间苯二甲腈的任意一种或多种；所述β-环糊精和配体的摩尔比例为1:2～1:9。优选的，步骤(1)所述溶剂为水、DMF、四氢呋喃的任意一种或多种。进一步优选的，步骤(1)所述的反应催化剂为碳酸钾；配体为四氯对苯二甲腈；β-环糊精和配体的摩尔配比为1:3～1:6；最优选的β-环糊精和四氯对苯二甲腈的摩尔配比为1:6。进一步优选的，步骤(1)所述溶剂为水：DMF＝10:1，总量为16ml。优选的，步骤(2)所述超声的时间为1-30min。优选的，步骤(2)所述吹扫气体为氮气、氩气、氦气的任意一种，吹扫时间为1-60min。优选的，步骤(2)所述反应的方法为水热法和微波反应的任意一种，温度为60-120℃，反应时间为3-20h，微波加热功率为30-120W。进一步优选的，步骤(2)所述超声时间为3min。进一步优选的，步骤(2)所述吹扫气体为氮气，吹扫时间为30min。进一步优选的，步骤(2)所述反应方式为微波反应，微波反应温度为85℃，加热功率50W，反应时间6h。优选的，步骤(3)所述洗涤的溶剂为水、盐酸、醋酸、碳酸、稀硫酸中任意一种或多种；所述浸泡活化的溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷、水、甲醇、乙醇中的任意一种或多种；所述浸泡的时间为10min～48h。优选的，步骤(3)所述干燥的温度为20-90℃。进一步优选的，步骤(3)所述洗涤溶剂为盐酸；活化浸泡溶剂为水、二氯甲烷依次浸泡，浸泡时间为2h。进一步优选的，步骤(3)所述干燥温度为30℃。由以上任一项所述的方法制得的一种快速吸附低浓度甲醛的聚合物。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点与技术效果：(1)与传统甲醛吸附材料相比，本专利技术的吸附剂具有比表面积大、微孔体积大、极性基团丰富的特点，使其具备对低浓度甲醛优异的吸附能力。(2)与现有甲醛吸附材料相比，本专利技术的吸附剂在10ppm的甲醛浓度下，吸附量高达28.9mg/g，是普通活性炭的八十倍，前十分钟吸附速率达0.37mg/g/min，是普通活性炭吸附速率的十倍以上，满足室内使用要求。(3)本专利技术制备方法使用的原料便宜易得，制备方法简单，生产成本低，有利于工业化大规模应用。附图说明图1为本专利技术实施例1～5所得吸附剂在77K下吸脱附等温线图。图2为本专利技术实施例1～5所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速吸附低浓度甲醛的聚合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)将β-环糊精和配体以及反应催化剂溶于溶剂中，得到混合溶液；所述配体为多卤代苯二甲腈；/n(2)将步骤(1)所得混合溶液进行超声，用气体吹扫混合溶液，将混合溶液放入反应器中，进行加热搅拌反应，得多孔β-环糊精聚合物；/n(3)将多孔β-环糊精聚合物洗涤，过滤，浸泡活化，干燥，得聚合物。/n

【技术特征摘要】
1.一种快速吸附低浓度甲醛的聚合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将β-环糊精和配体以及反应催化剂溶于溶剂中，得到混合溶液；所述配体为多卤代苯二甲腈；
(2)将步骤(1)所得混合溶液进行超声，用气体吹扫混合溶液，将混合溶液放入反应器中，进行加热搅拌反应，得多孔β-环糊精聚合物；
(3)将多孔β-环糊精聚合物洗涤，过滤，浸泡活化，干燥，得聚合物。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述反应催化剂为碳酸钾、碳酸氢钾、醋酸钾、氢氧化钾、醋酸钠、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠的任意一种或多种。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述配体为四氯对苯二甲腈、四氟对苯二甲腈、四氟间苯二甲腈的任意一种或多种；所述β-环糊精和配体的摩尔比例为1:2～1:9。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述溶剂为水、DMF、四氢呋喃的任意一种或多种。

【专利技术属性】
技术研发人员：夏启斌，张鑫宇，姚晋泽，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44