[发明专利]一种能清除颗粒物污染的离子化骨架聚合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种新型离子化骨架聚合物的制备及其在清除颗粒物质污染中的应用。使用该离子化骨架聚合物可提供一种既方便快捷又效果极佳的去除空气中颗粒物质的方法。

背景技术

直径小于2.5微米的颗粒物质称为PM2.5，近年来随着汽车尾气、工业燃烧、家庭或自然所带来的污染加剧，空气中PM2.5的浓度迅速升高，对人体健康的危害越来越严重。据一项新的研究称，每年世界范围内因为空气污染造成的过早死亡病例有近210万。通过大量的研究发现，PM2.5水平与肺癌发病率和死亡率呈正相关，PM2.5可以进入血液，所携带的东西会造成心脏的损害，研究显示PM2.5每升高10μg/m3，肺癌的死亡率就会上升17％-25％左右。世界卫生组织今年11月17日发表的一项研究结果还认为，雾霾与抽烟一样，可以引起肺癌，还有可能引起膀胱癌。PM2.5致人死亡不是单纯死于肺癌，而是心肺的整体性损害。中美合作做了20年的统计，调查烧煤区与不烧煤地区人群的寿命，以此来计算雾霾对人的影响，结果显示，在烧煤的淮河以北，人的平均寿命比淮河以南人群寿命低5.52年。

历史经验和实际状况表明，治理空气污染是个长期的过程，抵御空气污染，目前主要依靠技术手段。对于如医院、芯片车间、手术室等大型建筑，建造室内空气过滤系统是目前的解决方式，经过三重过滤技术，让室内外空气健康循环，实现99％的净化，建立一道天然屏障，彻底消除室内污染。对于居室内小范围的空气净化问题，目前利用小型空气净化器来净化解决的，其所依赖的基本上都是过滤和吸附技术，过滤所用的介质基本上都是HEPA折叠过滤膜，主要用于过滤空气中的PM2.5以及尺寸更大的灰尘，吸附所用的材料基本上都是活性炭，主要用于除去挥发性有机小分子。这种过滤技术存在两个缺点：一是过滤效果与空气流量之间存在矛盾，即为了提高过滤效果，往往要增加过滤层的厚度，那么空气的流通阻力增大，气流量就变小，为了在保证过滤效果的前提下增加气流量，就不得不增加风机的功率，这样既浪费了能量，又增大了噪音。另一个缺点就是HEPA是一次性使用，一旦灰尘积累过多，就只能更换新的，其使用成本较高。此外，过滤方法还存在潜在的技术瓶颈，清除PM2.5 是它的过滤极限，它不能应付PM0.1那样的极微小污染物，而实际上污染物的尺寸越小，其带来的危害越大，这个问题应当引起足够的重视，今后对空气净化要求进一步提高的话，那么单纯依靠过滤技术是不够的。

现有的空气净化技术存在缺点，从根本上来讲是缺少一个最基本的要素---水。大自然本身具有强大的空气净化能力，但不是通过过滤的方式，而是依靠空气、水和土壤三位一体、不断循环的净化方式，空气中的PM污染通过自然降水转移到土壤中，再由土壤将污染物固定、消化。众所周知，每当雨水过后空气必然清洁，说明空气中的颗粒物质最容易被水所清洗，这是一种最高效、最廉价的净化方式。受此启发，如果能够在技术上模拟一种局部空间内的水与空气交汇的场景，那么空气中的污染物一定会转移到水中，再将水中的污染物转移到土壤环境中。我们利用一种三维骨架结构的密胺树脂，通过对其进行表面的离子化来增强其亲水性，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，经过实验证明，这种方式能有效清除空气中的颗粒物质，并且积聚在骨架材料内的颗粒物质很容被水清洗，从而实现多次循环使用。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。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题是针对空气过滤技术中存在的问题提供一种操作方便、效果良好的湿法空气净化新方案，它依赖一种离子化的骨架聚合物材料，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，空气中的颗粒物质一遇到水就会发生团聚、凝结，并转移到水滴中，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，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。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供上述离子化骨架聚合物材料的制备路线与方法，它切实可行，操作简便，易于批量生产。

本发明所要解决的再一个技术问题是提供一种上述离子化高分子骨架材料在空气净化中的使用方法。