低分子量气体吸附剂及其制备方法、空气净化器与流程

本发明涉及空气净化，尤其是涉及一种低分子量气体吸附剂及其制备方法、空气净化器。

背景技术：

1、现有技术中，常用多孔材料例如活性炭作为挥发性气体的吸附剂，但是活性炭在吸附污染物时容易出现生物污染的风险，尤其是与湿气长期接触后。这是由于活性炭等多孔材料一般具有相对较高纹理的表面，原则上构成微生物定殖的首选场所，从而使得过滤系统的过滤效率持续降低，大大缩短了活性炭的吸附性能与使用寿命。吸附材料上的细菌负荷过大也会带来风险，即在过滤器的使用过程中，微生物及其代谢产物可能从吸附剂表面脱落并重新进入大气，导致滤网出现酸味等异味。

2、硅胶作为一种常用的吸附剂，具有比表面积大，具有抗菌性等优点表现出更好的吸附性能。但是，常规硅胶对于小分子量气体分子的吸附性能不理想。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种低分子量气体吸附剂，对于低分子量气体的吸附性能好。

2、本发明的另一个目的在于提出一种低分子量气体吸附剂的制备方法。

3、本发明的再一个目的在于提出一种空气净化器。

4、根据本发明第一方面的实施例，本发明提供了一种低分子量气体吸附剂，包括：多孔材料和附着在所述多孔材料上的功能药剂，所述功能药剂和所述多孔材料的重量比满足：0.05～0.2：1；功能药剂包括烷基硅烷偶联剂，烷基硅烷偶联剂结构式如下：ch3(ch2)nsi(or1)3，其中，n为0～17的整数；r1选自甲基或乙基。

5、根据本发明的低分子量气体吸附剂，通过将功能药剂附着在多孔材料上，实现对多孔材料的孔调节，并改善了多孔材料的表面性能。使得本发明的吸附剂中多孔材料的适用性广。即使该多孔材料具有大孔径，也可以通过功能药剂的吸附实现其对小分子量气体的捕捉和吸附。不会因为多孔材料的孔径过大而影响其对低分子量有机气体(如丁烷等)的吸附性能。利用该吸附剂材料制成的吸附剂具有高丁烷或甲苯吸附容量，从而可以有效减少丁烷或甲苯等小分子量气体的排放。

6、根据本发明的一些实施例，所述烷基硅烷偶联剂包括：甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、正己基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、癸基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷和十八烷基三乙氧基硅烷中的至少一种。

7、根据本发明的一些实施例，所述功能药剂还包括：醇和/或酯，所述醇和/或酯的摩尔量为m，其中，所述m满足：m≥180g/mol；所述醇和/或酯的沸点为t1，其中，所述t1满足：t1≥180℃；所述醇和/或酯的熔点为t2，其中，所述t2满足：t2≥25℃。

8、根据本发明的一些实施例，所述醇包括碳原子个数为12～25的脂族醇中的至少一种；优选地，所述所述醇为辛基十二烷醇、异硬脂醇、油醇、2-己基癸醇和2-丁基辛醇中的至少一种。

9、根据本发明的一些实施例，所述酯的结构如下式所示：r2coor3，式中，r2为含碳原子个数为5～40的直链或支链脂肪酸残基，r3为含碳原子个数为5～40的烃基，优选地，r3为包含支链的烃基，以碳原子的个数计，r2+r3≥10。

10、根据本发明的一些实施例，所述酯包括己二酸二异丙酯、肉豆蔻酸异丙酯、棕榈酸异丙酯、含碳原子个数为12～15的苯甲酸烷基酯、月桂酸己酯、辛酸十六烷基酯、异壬酸异壬酯、棕榈酸2-乙基己基酯、异硬脂酸异硬脂基酯、醇或多醇的庚酸酯、辛酸酯、癸酸酯、蓖麻醇酸酯和二辛酸丙二醇酯中的至少一种；优选为，羟基化的酯。

11、根据本发明的一些实施例，还包括：表面活性剂，所述表面活性剂与所述功能药剂的重量比为：1：5～50。

12、根据本发明的一些实施例，所述表面活性剂包括烯烃磺酸盐、磺基琥珀酸酯、1,4-丁基-双(十二烷基二甲基溴化铵)、十六烷基三甲基溴化铵、四甲基溴化铵、苄基三甲基溴化铵、十八烷基甜菜碱、β-巯基乙胺盐酸盐、失水山梨醇脂肪酸酯、羧甲基壳聚糖、十二烷基琥珀酸钠、十二烷基葡萄糖酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和烷基/芳基磺酸盐中的至少一种。

13、根据本发明的一些实施例，所述多孔材料的孔径为d1，其中，所述d1满足：5nm≤d1≤100nm。

14、根据本发明的一些实施例，所述多孔材料为硅胶；和/或所述硅胶的孔径为d1，其中，所述d1满足：5nm≤d1≤50nm。

15、根据本发明第二方面的实施例，本发明提供一种根据第一方面实施例所述的低分子量气体吸附剂的制备方法，包括如下步骤：步骤一、提供预处理后的多孔材料；步骤二、将预处理后的多孔材料加入到烷基硅烷偶联剂的溶液中，混合搅拌，缩合反应，抽滤、洗涤和真空干燥，得到一次改性的多孔材料；步骤三、将步骤二得到的一次改性的多孔材料与烷基硅烷偶联剂、醇、酯和表面活性剂中的至少一种的溶液混合搅拌反应，反应结束后，进行抽滤、洗涤和干燥，得到二次改性的多孔材料。

16、根据本发明的一些实施例，还包括：步骤四、多次重复步骤三，得到多次改性的多孔材料。

17、根据本发明的一些实施例，所述多孔材料与所述烷基硅烷偶联剂、醇或酯反应时，所述多孔材料完全浸没在相应的溶液中。

18、根据本发明的一些实施例，所述烷基硅烷偶联剂的溶液为浓度为0.05g/ml～0.2g/ml的所述烷基硅烷偶联剂的乙醇溶液；和/或所述醇的溶液为浓度为0.05g/ml～0.2g/ml的所述醇的乙醇溶液；和/或所述酯的溶液为浓度为0.05g/ml～0.2g/ml的所述酯的乙醇溶液；和/或所述表面活性剂的溶液为浓度为0.05g/ml～0.2g/ml的所述表面活性剂的乙醇溶液。

19、根据本发明的一些实施例，所述预处理为取多孔材料置于的naoh溶液中，搅拌反应，超声处理，然后用无水乙醇清洗以去除残留的naoh和杂质，至洗涤下来的乙醇的ph为中性，抽滤干燥即得。

20、根据本发明的一些实施例，所述抽滤中，控制多孔材料中无液体滴下且硅胶颗粒表面呈干燥状态时，抽滤完成；和/或所述干燥为真空干燥，所述真空干燥的温度为150℃～170℃，所述真空干燥的时间为1～2h。

21、根据本发明第三方面的实施例，本发明提供一种空气净化器，包括根据本发明第一方面实施例所述的低分子量气体吸附剂，或包括根据本发明第二方面所述的制备方法制得的低分子量气体吸附剂。

22、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种低分子量气体吸附剂，其特征在于，包括：多孔材料和附着在所述多孔材料上的功能药剂，所述功能药剂和所述多孔材料的重量比满足：0.05～0.2：1；

2.根据权利要求1所述的低分子量气体吸附剂，其特征在于，所述烷基硅烷偶联剂包括：甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、正己基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、癸基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷和十八烷基三乙氧基硅烷中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的低分子量气体吸附剂，其特征在于，所述功能药剂还包括：醇和/或酯，

4.根据权利要求3所述的低分子量气体吸附剂，其特征在于，所述醇包括碳原子个数为12～25的脂族醇中的至少一种；优选地，所述所述醇为辛基十二烷醇、异硬脂醇、油醇、2-己基癸醇和2-丁基辛醇中的至少一种。

5.根据权利要求3所述的低分子量气体吸附剂，其特征在于，所述酯的结构如下式所示：r2coor3，式中，r2为含碳原子个数为5～40的直链或支链脂肪酸残基，r3为含碳原子个数为5～40的烃基，优选地，r3为包含支链的烃基，以碳原子的个数计，r2+r3≥10；优选地，所述酯包括己二酸二异丙酯、肉豆蔻酸异丙酯、棕榈酸异丙酯、含碳原子个数为12～15的苯甲酸烷基酯、月桂酸己酯、辛酸十六烷基酯、异壬酸异壬酯、棕榈酸2-乙基己基酯、异硬脂酸异硬脂基酯、醇或多醇的庚酸酯、辛酸酯、癸酸酯、蓖麻醇酸酯和二辛酸丙二醇酯中的至少一种；更有地，所述酯为羟基化的酯。

6.根据权利要求1所述的低分子量气体吸附剂，其特征在于，还包括：表面活性剂，所述表面活性剂与所述功能药剂的重量比为：1：5～50。

7.根据权利要求6所述的低分子量气体吸附剂，其特征在于，所述表面活性剂包括烯烃磺酸盐、磺基琥珀酸酯、1,4-丁基-双(十二烷基二甲基溴化铵)、十六烷基三甲基溴化铵、四甲基溴化铵、苄基三甲基溴化铵、十八烷基甜菜碱、β-巯基乙胺盐酸盐、失水山梨醇脂肪酸酯、羧甲基壳聚糖、十二烷基琥珀酸钠、十二烷基葡萄糖酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和烷基/芳基磺酸盐中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的低分子量气体吸附剂，其特征在于，所述多孔材料的孔径为d1，其中，所述d1满足：5nm≤d1≤100nm；

9.一种根据权利要求1-8中任一项所述的低分子量气体吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，还包括：

11.根据权利要求9或10所述的制备方法，其特征在于，所述烷基硅烷偶联剂的溶液为浓度为0.05g/ml～0.2g/ml的所述烷基硅烷偶联剂的乙醇溶液；和/或

12.根据权利要求9或10所述的制备方法，其特征在于，所述预处理为取多孔材料置于的naoh溶液中，搅拌反应，超声处理，然后用无水乙醇清洗以去除残留的naoh和杂质，至洗涤下来的乙醇的ph为中性，抽滤干燥即得。

13.一种空气净化器，其特征在于，包括根据权利要求1-8中任一项所述的低分子量气体吸附剂，或包括权利要求9-12中任一项所述的制备方法制得的低分子量气体吸附剂。

技术总结
本发明公开了一种低分子量气体吸附剂及其制备方法、空气净化器，所述低分子量气体吸附剂，包括：多孔材料和附着在所述多孔材料上的功能药剂，所述功能药剂和所述多孔材料的重量比满足：0.05～0.2：1；功能药剂包括烷基硅烷偶联剂，烷基硅烷偶联剂结构式如下：CH3(CH2)nSi(OR1)3，其中，n为0～17的整数；R1选自甲基或乙基。根据本发明的低分子量气体吸附剂，通过将功能药剂附着在多孔材料上，实现对多孔材料的孔调节，并改善了多孔材料的表面性能。使得所述低分子量气体吸附剂对低分子量气体的吸附性能好。

技术研发人员：严诚,王冀,陈剑锋
受保护的技术使用者：佛山市顺德区阿波罗环保器材有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31