一種能清除空氣中細(xì)菌的陽(yáng)離子化骨架聚合物及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是關(guān)于一種能清除空氣中細(xì)菌污染的陽(yáng)離子化骨架聚合物的及其制備方 法。使用該陽(yáng)離子化骨架聚合物可以方便、快捷、有效的去除空氣中微生物污染。
【背景技術(shù)】
[0002] 空氣不是微生物良好的生存場(chǎng)所，因?yàn)榭諝庵胁粌H沒(méi)有微生物生長(zhǎng)繁殖所需要的 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和充足的水分，還有日光中紫外線的照射。但是土壤、水體、各種腐爛的有機(jī)物以 及人和動(dòng)物體上的微生物，都可以隨著氣流的運(yùn)動(dòng)被攜帶到空氣中，空氣中確實(shí)漂浮著許 多看不見(jiàn)的微生物，它們主要有各種球菌、芽孢桿菌、產(chǎn)色素細(xì)菌以及對(duì)干燥和射線有抵抗 力的真菌孢子等，也可能有像結(jié)核分枝桿菌、白喉?xiàng)U菌那樣的病原性細(xì)菌。灰塵是細(xì)菌的主 要載體，因而塵埃量多的空氣中，微生物也多，一般在畜舍、公共場(chǎng)所、醫(yī)院、宿舍、城市街道 等的空氣中，微生物數(shù)量最多。近年來(lái)，城市化生活方式促使人口的大量聚集與流動(dòng)，霧霾 氣候愈加頻繁，空氣中微生物的污染明顯加劇，對(duì)人類的健康產(chǎn)生嚴(yán)重威脅，所以越來(lái)越引 起人們的重視。
[0003] 細(xì)菌是一種形態(tài)微小、無(wú)色半透明并含有大量水分的微小生物，控制微生物的方 法有物理方法與化學(xué)方法，物理方法包括：熱力、輻射、過(guò)濾、滲透壓、干燥和超聲波；化學(xué) 方法就是使用消毒劑來(lái)殺滅微生物。必須指出的是，消滅細(xì)菌的手段或方法往往會(huì)同樣對(duì) 人體造成傷害，所以上述方法大都只能針對(duì)小范圍的特殊場(chǎng)合下使用，對(duì)于人居環(huán)境中的 空氣進(jìn)行殺菌消毒，目前缺乏一種安全的方法，紫外線常用來(lái)對(duì)人居環(huán)境進(jìn)行高效的殺菌， 但是紫外線本身對(duì)人體有害，同時(shí)紫外線會(huì)產(chǎn)生臭氧，也會(huì)造成對(duì)人體的傷害。相比之下， 過(guò)濾方法是比較安全的，但是對(duì)于形態(tài)較小的細(xì)菌來(lái)說(shuō)，過(guò)濾介質(zhì)的孔徑也要很小，那么空 氣阻力就會(huì)很大，過(guò)濾的效率就是一個(gè)問(wèn)題，一般來(lái)說(shuō)過(guò)濾方法比較適合于清除液體中的 細(xì)菌污染。本發(fā)明利用一種三維骨架結(jié)構(gòu)的密胺樹(shù)脂，通過(guò)對(duì)其表面進(jìn)行陽(yáng)離子化，一方面 使材料表面帶有正電荷，這樣就能吸附帶負(fù)電荷的細(xì)菌（細(xì)菌的等電點(diǎn)為PH = 2~5,在 接近中性的環(huán)境中通常帶負(fù)電荷）；另一方面，增強(qiáng)材料的親水性，發(fā)現(xiàn)其三維骨架可以?shī)A 帶無(wú)數(shù)分割的小水滴，空氣很容易在小水滴之間以較小的阻力流通，而細(xì)菌具有很好的親 水性，很容易被轉(zhuǎn)移到水滴中，更有益的是積聚在骨架材料內(nèi)的污染物質(zhì)很容被水清洗，從 而使該材料能夠多次循環(huán)使用。這種空氣凈化的方案有很多優(yōu)點(diǎn)：裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用成本 低，能耗小，適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)環(huán)境與人都安全友好，沒(méi)有二次污染。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明所要解決的首要技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)人居環(huán)境空氣中微生物污染問(wèn)題提供一 種操作方便、效果良好的空氣凈化新方案，它依賴一種陽(yáng)離子化的骨架結(jié)構(gòu)高分子材料，這 種材料很容易附著小水滴，又能使空氣快速流通，實(shí)現(xiàn)水與空氣的充分交匯，空氣中的細(xì)菌 既可以被陽(yáng)離子表面吸附，也可以轉(zhuǎn)移到水滴中，因而可以達(dá)到凈化空氣的目的。沉積在材 料中的污染物很容易用水清洗，高分子材料能夠多次循環(huán)使用，這種空氣凈化的方案有很 多優(yōu)點(diǎn)：裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用成本低，能耗小，適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)環(huán)境與人都友好，沒(méi)有二次污染， 非常適合在人居環(huán)境中應(yīng)用。
[0005] 本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供上述陽(yáng)離子化骨架聚合物的制備路線 與方法，它切實(shí)可行，操作簡(jiǎn)便，易于批量生產(chǎn)。
[0006] 本發(fā)明所要解決的再一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種上述陽(yáng)離子化骨架聚合物在清除 空氣中漂浮微生物的具體應(yīng)用。
[0007] 1、本發(fā)明解決首要技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：一種陽(yáng)離子化的三維骨架聚合 物，其結(jié)構(gòu)具有如圖1所示的特征，骨架之間包含約100 μ m的互相連通的孔道，這種孔道對(duì) 空氣流通的阻力非常低，骨架的尺寸最小處為5μπι左右，骨架之間通過(guò)共同點(diǎn)連結(jié)，構(gòu)成 三維連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0008] 非常有益的是，上述的三維骨架聚合物表面覆蓋聚陽(yáng)離子電解質(zhì)，能夠吸附帶負(fù) 電荷的細(xì)菌，同時(shí)具有很強(qiáng)的親水性，非常有利于在孔道中夾帶小水滴，使小水滴在該空間 中密集的排列，這樣能使其與流通的空氣發(fā)生界面接觸，使空氣中的細(xì)菌轉(zhuǎn)移到水滴中，實(shí) 現(xiàn)空氣在安全方式下的凈化。
[0009] 2.、本發(fā)明解決另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：一種上述高分子骨架材料 的離子化方法，操作與反應(yīng)路線如圖4所示。
[0010]
[0011] 其特征步驟為：先將商品的殼聚糖溶于稀醋酸水溶液中（粘度大于400mPa的配成 1~2wt. %的濃度，粘度在200~400mPa范圍的配成2~3wt. %的濃度）加入少量陽(yáng)離 子表面活性劑（如十二烷基三甲基氯化銨，在溶液中的含量為0. 1~0. 2wt. %范圍），然后 將市售的密胺海綿（三聚氰胺與甲醛交聯(lián)反應(yīng)制成的泡沫材料，現(xiàn)已商品化）浸泡在溶液 中，取出后用真空吸掉多余的溶液，保證其在靜置下沒(méi)有溶液流出，然后再在烘箱中于60°C 下干燥2~3小時(shí)，再在pH = 9~10的碳酸鈉溶液中浸泡20~30分鐘，殼聚糖去質(zhì)子化 后形成不溶性的薄膜覆蓋在骨架表面，材料用清水洗滌后再浸泡于10~15wt. %的乙二醇 二縮水甘油醚的乙醇溶液中于常溫下反應(yīng)1~2小時(shí)，然后用95%乙醇洗滌1~2次，再在 常溫下浸泡于10~15wt. %的亞硫酸氫鈉的水溶液中處理1~2小時(shí)，通過(guò)環(huán)氧基團(tuán)與亞 硫酸根的反應(yīng)使骨架材料帶上磺酸根負(fù)離子基團(tuán)，再用1~2wt. %的聚二甲基二烯丙基氯 化銨水溶液常溫下浸泡2~3小時(shí)，利用靜電相互作用來(lái)引入聚陽(yáng)離子電解質(zhì)水合層，將材 料置于清水中浸泡3~4小時(shí)，用以洗去未吸附的聚陽(yáng)離子。
[0012] 上述的乙二醇二縮水甘油醚起到兩個(gè)作用：一是與殼聚糖表面的氨基反應(yīng)，引出 懸掛的環(huán)氧基團(tuán)；二是與殼聚糖內(nèi)部的氨基反應(yīng)，使殼聚糖發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，有利于該包覆層 的穩(wěn)定化。殼聚糖既有很強(qiáng)的親水性，又有較好的機(jī)械強(qiáng)度，這樣能保證涂層不會(huì)輕易脫 落。
[0013] 3.、本發(fā)明解決再一個(gè)技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：上述陽(yáng)離子化骨架聚合物 在清除空氣中細(xì)菌污染中的應(yīng)用方法，其特征在于先使骨架聚合物充分吸水，然后置于一 個(gè)通風(fēng)裝置中，在流動(dòng)空氣的推力作用下，三維骨架中的部分水被擠出，形成空氣流動(dòng)的通 道（如圖2所示），達(dá)成平衡后小水滴就密集分布在材料中。顯然，材料的親水性越強(qiáng)，則水 滴分布得越密集，未經(jīng)處理的密胺海綿只保留很少的水滴。在空氣流動(dòng)過(guò)程中，測(cè)量?jī)艋?后空氣中的細(xì)菌個(gè)數(shù)就能評(píng)價(jià)其對(duì)空氣凈化的效果。
[0014] 非常有益的是，上述處理方法操作簡(jiǎn)單，材料可以重復(fù)使用，運(yùn)行成本合理，由于 不是基于過(guò)濾原理，所以無(wú)論何種尺寸的細(xì)菌都能清除，空氣阻力小，效果理想，不會(huì)造成 二次污染。
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：避免了現(xiàn)有紫外線殺菌在安全方面的弊端，通過(guò)將空氣中的 細(xì)菌直吸附到材料中或直接轉(zhuǎn)移到水相中，可以使空氣凈化問(wèn)題得到簡(jiǎn)化，有利于人與環(huán) 境的和諧相處。此外，使用濕法空氣凈化還能同時(shí)對(duì)空氣以加