一种能清除空气中细菌的阳离子化骨架聚合物及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明是关于一种能清除空气中细菌污染的阳离子化骨架聚合物的及其制备方 法。使用该阳离子化骨架聚合物可以方便、快捷、有效的去除空气中微生物污染。
【背景技术】
[0002] 空气不是微生物良好的生存场所，因为空气中不仅没有微生物生长繁殖所需要的 营养物质和充足的水分，还有日光中紫外线的照射。但是土壤、水体、各种腐烂的有机物以 及人和动物体上的微生物，都可以随着气流的运动被携带到空气中，空气中确实漂浮着许 多看不见的微生物，它们主要有各种球菌、芽孢杆菌、产色素细菌以及对干燥和射线有抵抗 力的真菌孢子等，也可能有像结核分枝杆菌、白喉杆菌那样的病原性细菌。灰尘是细菌的主 要载体，因而尘埃量多的空气中，微生物也多，一般在畜舍、公共场所、医院、宿舍、城市街道 等的空气中，微生物数量最多。近年来，城市化生活方式促使人口的大量聚集与流动，雾霾 气候愈加频繁，空气中微生物的污染明显加剧，对人类的健康产生严重威胁，所以越来越引 起人们的重视。
[0003] 细菌是一种形态微小、无色半透明并含有大量水分的微小生物，控制微生物的方 法有物理方法与化学方法，物理方法包括：热力、辐射、过滤、渗透压、干燥和超声波；化学 方法就是使用消毒剂来杀灭微生物。必须指出的是，消灭细菌的手段或方法往往会同样对 人体造成伤害，所以上述方法大都只能针对小范围的特殊场合下使用，对于人居环境中的 空气进行杀菌消毒，目前缺乏一种安全的方法，紫外线常用来对人居环境进行高效的杀菌， 但是紫外线本身对人体有害，同时紫外线会产生臭氧，也会造成对人体的伤害。相比之下， 过滤方法是比较安全的，但是对于形态较小的细菌来说，过滤介质的孔径也要很小，那么空 气阻力就会很大，过滤的效率就是一个问题，一般来说过滤方法比较适合于清除液体中的 细菌污染。本发明利用一种三维骨架结构的密胺树脂，通过对其表面进行阳离子化，一方面 使材料表面带有正电荷，这样就能吸附带负电荷的细菌（细菌的等电点为PH = 2~5,在 接近中性的环境中通常带负电荷）；另一方面，增强材料的亲水性，发现其三维骨架可以夹 带无数分割的小水滴，空气很容易在小水滴之间以较小的阻力流通，而细菌具有很好的亲 水性，很容易被转移到水滴中，更有益的是积聚在骨架材料内的污染物质很容被水清洗，从 而使该材料能够多次循环使用。这种空气净化的方案有很多优点：装置结构简单，使用成本 低，能耗小，适应性强，对环境与人都安全友好，没有二次污染。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的首要技术问题是针对人居环境空气中微生物污染问题提供一 种操作方便、效果良好的空气净化新方案，它依赖一种阳离子化的骨架结构高分子材料，这 种材料很容易附着小水滴，又能使空气快速流通，实现水与空气的充分交汇，空气中的细菌 既可以被阳离子表面吸附，也可以转移到水滴中，因而可以达到净化空气的目的。沉积在材 料中的污染物很容易用水清洗，高分子材料能够多次循环使用，这种空气净化的方案有很 多优点：装置结构简单，使用成本低，能耗小，适应性强，对环境与人都友好，没有二次污染， 非常适合在人居环境中应用。
[0005] 本发明所要解决的另一个技术问题是提供上述阳离子化骨架聚合物的制备路线 与方法，它切实可行，操作简便，易于批量生产。
[0006] 本发明所要解决的再一个技术问题是提供一种上述阳离子化骨架聚合物在清除 空气中漂浮微生物的具体应用。
[0007] 1、本发明解决首要技术问题所采用的技术方案为：一种阳离子化的三维骨架聚合 物，其结构具有如图1所示的特征，骨架之间包含约100 μ m的互相连通的孔道，这种孔道对 空气流通的阻力非常低，骨架的尺寸最小处为5μπι左右，骨架之间通过共同点连结，构成 三维连续的网络结构。
[0008] 非常有益的是，上述的三维骨架聚合物表面覆盖聚阳离子电解质，能够吸附带负 电荷的细菌，同时具有很强的亲水性，非常有利于在孔道中夹带小水滴，使小水滴在该空间 中密集的排列，这样能使其与流通的空气发生界面接触，使空气中的细菌转移到水滴中，实 现空气在安全方式下的净化。
[0009] 2.、本发明解决另一个技术问题所采用的技术方案为：一种上述高分子骨架材料 的离子化方法，操作与反应路线如图4所示。
[0010]
[0011] 其特征步骤为：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0. 1~0. 2wt. %范围），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，然后再在烘箱中于60°C 下干燥2~3小时，再在pH = 9~10的碳酸钠溶液中浸泡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. %的亚硫酸氢钠的水溶液中处理1~2小时，通过环氧基团与亚 硫酸根的反应使骨架材料带上磺酸根负离子基团，再用1~2wt. %的聚二甲基二烯丙基氯 化铵水溶液常温下浸泡2~3小时，利用静电相互作用来引入聚阳离子电解质水合层，将材 料置于清水中浸泡3~4小时，用以洗去未吸附的聚阳离子。
[0012] 上述的乙二醇二缩水甘油醚起到两个作用：一是与壳聚糖表面的氨基反应，引出 悬挂的环氧基团；二是与壳聚糖内部的氨基反应，使壳聚糖发生交联反应，有利于该包覆层 的稳定化。壳聚糖既有很强的亲水性，又有较好的机械强度，这样能保证涂层不会轻易脱 落。
[0013] 3.、本发明解决再一个技术问题所采用的技术方案为：上述阳离子化骨架聚合物 在清除空气中细菌污染中的应用方法，其特征在于先使骨架聚合物充分吸水，然后置于一 个通风装置中，在流动空气的推力作用下，三维骨架中的部分水被挤出，形成空气流动的通 道（如图2所示），达成平衡后小水滴就密集分布在材料中。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保留很少的水滴。在空气流动过程中，测量净化前 后空气中的细菌个数就能评价其对空气净化的效果。
[0014] 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细菌都能清除，空气阻力小，效果理想，不会造成 二次污染。
[0015] 本发明的优点在于：避免了现有紫外线杀菌在安全方面的弊端，通过将空气中的 细菌直吸附到材料中或直接转移到水相中，可以使空气净化问题得到简化，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