本發(fā)明涉及一種采用植物廢料制備凈化PM2.5和TVOC的生物吸附劑的方法，它屬于一種環(huán)保原生態(tài)綠色生物吸附劑的生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

近幾年來，空氣中PM2.5的污染受到社會各界的關(guān)注。人們在日常生活中可以明確認識到PM2.5給生活、健康帶來的不便。而國內(nèi)外研究也充分證明，PM2.5對生育、健康有著明顯的影響。因此，對PM2.5的研究及對其治理不僅迫在眉睫，而且意義深遠。PM2.5是直徑小于或等于2.5微米的固體或液體顆粒狀物質(zhì)，其來源比較復(fù)雜，既有自然因素也有人為因素，人為因素是主要的排放來源。自然因素包括風揚塵土、海鹽、植物花粉、真菌、細菌及各種自然災(zāi)害所產(chǎn)生的污染物等向大氣層排放出的大量顆粒物；人為因素主要來源于化石燃料的燃燒、機動車尾氣排放、垃圾的焚燒等產(chǎn)生的顆粒物。PM2.5的危害可以分為以下幾個方面：(一)環(huán)境危害：1.波及范圍廣，存留時間長。顆粒物中1微米以下的沉降速度慢，在大氣中留存時間長，且在大氣動力作用下能夠被吹散到很遠的地方，污染往往波及很大區(qū)域。2.能見度低，影響交通安全。城市中不斷增加的人口及機動車、工業(yè)園污染，使得懸浮物大量增加，直接導(dǎo)致能見度降低，給交通安全帶來了一系列的問題。3.影響氣候變化。大氣中的大量顆粒物阻礙太陽和地面的輻射，從而使得氣候發(fā)生不可預(yù)知性的影響。(二)人體危害：直徑在2.5微米下的顆粒物，僅相當于頭發(fā)直徑的1/10大小，一旦吸入會進入呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)，對人體造成傷害。PM2.5還可能成為病毒和細菌的載體，成為呼吸道傳染病傳播的推進者。這些顆粒還能夠通過支氣管和肺泡進入血液，一旦融入血液，對人體的損傷將是巨大的。

室內(nèi)TVOC主要由房屋建設(shè)和裝修過程中所使用的建筑和裝飾材料產(chǎn)生，例如油漆、新家具、涂料、膠粘劑等。另外，烹調(diào)、吸煙等人類活動產(chǎn)生的煙霧，也是TVOC的來源之一?？傊?，TVOC具有多種來源，已經(jīng)成為越來越嚴重的環(huán)境問題。人體若處于高濃度的TVOC環(huán)境中，會損害中樞神經(jīng)系統(tǒng)、肝臟、腎臟及血液。即使在低濃度的TVOC環(huán)境中，敏感的人也會有劇烈的反應(yīng)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，TVOC和SBS癥狀具有密切的聯(lián)系。TVOC具有刺激性氣味，會使嗓子產(chǎn)生刺痛感，引起呼吸問題，甚至?xí)?dǎo)致肺癌。同時，TVOC會導(dǎo)致頭暈、惡心、產(chǎn)生疲倦感。另外，其對眼睛也有很大的傷害，會導(dǎo)致眼睛灼熱、水腫等。長期暴露在被TVOC污染的環(huán)境中，患癌癥的風險將會大大提高。為了保護環(huán)境，為了人體健康，防止TVOC污染是十分必要的。

目前用于凈化居室內(nèi)PM2.5和TVOC的方法主要有物理法、化學(xué)法、生物法。物理法常用活性炭、竹炭、硅藻純等吸附劑來吸附空氣中的PM2.5和TVOC，竹炭、活性炭對于PM2.5和TVOC均有一定吸附力且可反復(fù)使用，能有效地減少空氣中的PM2.5和TVOC，但竹炭、活性炭存在吸附飽和的問題，且是以木材和煤炭等為主要犧牲品，是不可再生資源；硅藻土雖然吸附力相對較好，但其價格昂貴。化學(xué)法指通過一系列化學(xué)反應(yīng)來降低TVOC的含量，常用的有噴霧劑和光催化氧化技術(shù)，市場上出售的噴霧劑對TVOC雖具有凈化效果，但是其也會對家具等造成腐蝕。生物法主要是指生物過濾法，此方法被證明具有一定的TVOC凈化效果，但其目前仍處于實驗研究階段。因此，現(xiàn)有凈化居室PM2.5和TVOC的方法存在著吸附易飽和及易使家具造成腐蝕等技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有凈化居室PM2.5和TVOC的方法存在著吸附易飽和及易使家具造成腐蝕等技術(shù)問題，提供一種采用植物廢料制備凈化PM2.5和TVOC的生物吸附劑的方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是：

采用植物廢料制備凈化PM2.5和TVOC的生物吸附劑的方法，其具體步驟如下：

(1)處理原料：將收集的植物廢料用水清洗干凈，然后放入沸水中煮20min-60min；

(2)漂洗、干燥：將蒸煮后的植物廢料漂洗至中性；置于60-100℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥12-48h；

(3)堿泡、水浴：將干燥的重量份為1-3份的植物廢料放入重量份為3-9份的濃度為0.10mol/L-0.30mol/L的NaOH溶液中浸泡30min-90min，然后，將浸泡后的植物廢料置于60℃-100℃的恒溫水浴鍋中水浴20min-60min；

(4)沖洗：將處理后的植物廢料用流動蒸餾水漂洗至中性；

(5)干燥：將沖洗至中性的植物廢料置于60-100℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥12-48h；

(6)粉碎過篩：把干燥的植物廢料用粉碎機粉碎，過40～100目篩，即得到生物吸附劑。

進一步地，所述植物廢料為果渣、橙子皮、香蕉皮、甘薯渣、花生殼或欒樹葉中的任意一種。

本發(fā)明采用生活中常見的植物廢料為原材料，對其進行改性制備出一種新型綠色環(huán)保的原生態(tài)生物吸附材料，解決了現(xiàn)有凈化居室PM2.5和TVOC的方法存在著吸附易飽和及易使家具等造成腐蝕的技術(shù)問題，與背景技術(shù)相比，本發(fā)明具有吸附效果好、持續(xù)長和利用廢物等優(yōu)點。

為表明本發(fā)明的吸附效果，應(yīng)用二次回歸旋轉(zhuǎn)正交實驗組合設(shè)計對本發(fā)明制得的生物吸附劑進行系統(tǒng)研究，并通過與傳統(tǒng)的活性炭、竹炭、硅藻土、樹脂的吸附試驗研究對比，結(jié)果表明在相同條件下：本發(fā)明制得生物吸附劑對PM2.5和TVOC的吸附效果大于活性炭、竹炭、硅藻土、樹脂對PM2.5和TVOC的吸附效果(見圖1～圖6)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制得果渣生物吸附劑與活性炭、竹炭、硅藻土及大塊樹脂對PM2.5吸附率的比較圖；

圖2為本發(fā)明制得橙子皮生物吸附劑與活性炭、竹炭、硅藻土及大塊樹脂對PM2.5吸附率的比較圖；

圖3為本發(fā)明制得香蕉皮生物吸附劑與活性炭、竹炭、硅藻土及大塊樹脂對PM2.5吸附率的比較圖；

圖4為本發(fā)明制得甘薯渣物吸附劑與活性炭、竹炭、硅藻土及大塊樹脂對PM2.5吸附率的比較圖；

圖5是本發(fā)明制得花生殼生物吸附劑與硅藻土、活性炭、樹脂及竹炭對TVOC吸附率比較圖；

圖6是本發(fā)明制得欒樹葉生物吸附劑與硅藻土、活性炭、樹脂及竹炭對TVOC吸附率比較圖；

圖7是原始果渣、果渣生物吸附劑和吸附PM2.5后的果渣生物吸附劑的掃描電鏡圖；

圖8是原始橙子皮、橙子皮生物吸附劑和吸附PM2.5后的橙子皮生物吸附劑的掃描電鏡圖；

圖9是原始香蕉皮、香蕉皮生物吸附劑和吸附PM2.5后的香蕉皮生物吸附劑的掃描電鏡圖；

圖10是原始甘薯渣、甘薯渣生物吸附劑和吸附PM2.5后的甘薯渣生物吸附劑的掃描電鏡圖；

圖11是本發(fā)明原材料花生殼放大5000倍的掃描電鏡圖；

圖12是本發(fā)明制得花生殼生物吸附劑放大5000倍的掃描電鏡圖；

圖13是本發(fā)明制得花生殼生物吸附劑吸附TVOC后放大5000倍掃描電鏡圖；

圖14是本發(fā)明原材料欒樹葉放大5000倍的掃描電鏡圖；

圖15是本發(fā)明制得欒樹葉生物吸附劑放大5000倍的掃描電鏡圖；

圖16是本發(fā)明制得欒樹葉生物吸附劑吸附TVOC后放大5000倍掃描電鏡圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步的詳細描述。

實施例1

本實施例中的采用植物廢料制備凈化PM2.5和TVOC的生物吸附劑的方法，其具體步驟如下：

(1)處理原料：將收集的花生殼用水清洗干凈，然后放入沸水中煮20min；

(2)漂洗、干燥：將蒸煮后的花生殼漂洗至中性；置于60℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥48h；

(3)堿泡、水?。簩⒏稍锏闹亓糠轂?份的花生殼放入重量份為3份的濃度為0.10mol/L的NaOH溶液中浸泡90min，然后，將浸泡后的花生殼置于60℃的恒溫水浴鍋中水浴60min；

(4)沖洗：將處理后的花生殼用流動蒸餾水漂洗至中性；

(5)干燥：將沖洗至中性的花生殼置于60℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥48h；

(6)粉碎過篩：把干燥的花生殼粉碎，過40目篩，即得到生物吸附劑。

實施例2

本實施例中的采用植物廢料制備凈化PM2.5和TVOC的生物吸附劑的方法，其具體步驟如下：

(1)處理原料：將收集的花生殼用水清洗干凈，然后放入沸水中煮60min；

(2)漂洗、干燥：將蒸煮后的花生殼漂洗至中性；置于100℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥12h；

(3)堿泡、水?。簩⒏稍锏闹亓糠轂?份的花生殼放入重量份為4份的濃度為0.30mol/L的NaOH溶液中浸泡30min，然后，將浸泡后的花生殼置于100℃的恒溫水浴鍋中水浴20min；

(4)沖洗：將處理后的花生殼用流動蒸餾水漂洗至中性；

(5)干燥：將沖洗至中性的花生殼置于100℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥12h；

(6)粉碎過篩：把干燥的花生殼粉碎，過60目篩，即得到生物吸附劑。

實施例3

本實施例中的采用植物廢料制備凈化PM2.5和TVOC的生物吸附劑的方法，其具體步驟如下：

(1)處理原料：將收集的花生殼用水清洗干凈，然后放入沸水中煮40min；

(2)漂洗、干燥：將蒸煮后的花生殼漂洗至中性；置于80℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥30h；

(3)堿泡、水浴：將干燥的重量份為3份的花生殼放入重量份為9份的濃度為0.20mol/L的NaOH溶液中浸泡60min，然后，將浸泡后的花生殼置于80℃的恒溫水浴鍋中水浴30min；

(4)沖洗：將處理后的花生殼用流動蒸餾水漂洗至中性；

(5)干燥：將沖洗至中性的花生殼置于80℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥30h；

(6)粉碎過篩：把干燥的花生殼粉碎，過100目篩，即得到生物吸附劑。

實施例4

本實施例中的采用植物廢料制備凈化PM2.5和TVOC的生物吸附劑的方法，其具體步驟如下：

(1)處理原料：將收集的橙子皮用水清洗干凈，然后放入沸水中煮30min；

(2)漂洗、干燥：將蒸煮后的橙子皮漂洗至中性；置于60℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥42h；

(3)堿泡、水?。簩⒏稍锏闹亓糠轂?份的橙子皮放入重量份為6份的濃度為0.15mol/L的NaOH溶液中浸泡60min，然后，將浸泡后的橙子皮置于80℃的恒溫水浴鍋中水浴25min；

(4)沖洗：將處理后的橙子皮用流動蒸餾水漂洗至中性；

(5)干燥：將沖洗至中性的橙子皮置于70℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥30h；

(6)粉碎過篩：把干燥的橙子皮粉碎，過80目篩，即得到生物吸附劑。

實施例5

本實施例中的采用植物廢料制備凈化PM2.5和TVOC的生物吸附劑的方法，其具體步驟如下：

(1)處理原料：將收集的橙子皮用水清洗干凈，然后放入沸水中煮50min；

(2)漂洗、干燥：將蒸煮后的橙子皮漂洗至中性；置于70℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥18h；

(3)堿泡、水?。簩⒏稍锏闹亓糠轂?份的橙子皮放入重量份為9份的濃度為0.20mol/L的NaOH溶液中浸泡50min，然后，將浸泡后的橙子皮置于60℃的恒溫水浴鍋中水浴50min；

(4)沖洗：將處理后的橙子皮用流動蒸餾水漂洗至中性；

(5)干燥：將沖洗至中性的橙子皮置于60℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥40h；

(6)粉碎過篩：把干燥的橙子皮粉碎，過60目篩，即得到生物吸附劑。

上述實施例中的花生殼、橙子皮還能用果渣、香蕉皮、甘薯渣或欒樹葉中的任意一種代替，制得環(huán)保生物吸附劑。

實施例6

本實施例中的采用植物廢料制備凈化PM2.5和TVOC的生物吸附劑的方法，其具體步驟如下：

(1)處理原料：將收集的植物廢料用水清洗干凈，然后放入沸水中煮20min-60min；

(2)漂洗、干燥：將蒸煮后的植物廢料漂洗至中性；置于60-100℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥12-48h；

(3)堿泡、水浴：將干燥的重量份為1-3份的植物廢料放入重量份為3-9份的濃度為0.10mol/L-0.30mol/L的NaOH溶液中浸泡30min-90min，然后，將浸泡后的植物廢料置于60℃-100℃的恒溫水浴鍋中水浴20min-60min；

(4)沖洗：將處理后的植物廢料用流動蒸餾水漂洗至中性；

(5)干燥：將沖洗至中性的植物廢料置于60-100℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥12-48h；

(6)粉碎過篩：把干燥的植物廢料用粉碎機粉碎，過40～100目篩，即得到生物吸附劑。

上述實施例中的植物廢料為果渣、橙子皮、香蕉皮、甘薯渣、花生殼或欒樹葉中的任意一種。

為驗證本發(fā)明制得的生物吸附劑對PM2.5的吸附效果，做了如下對比實驗：

(1)實驗選擇5個相同規(guī)格(邊長為0.4m)密閉的玻璃箱(留孔)模擬PM2.5污染的環(huán)境。取(釣魚牌)蚊香點燃，用鼓風裝置將蚊香燃燒產(chǎn)生的煙霧吹入實驗箱內(nèi)。靜置20min，用PM2.5檢測儀進行數(shù)據(jù)檢測，若數(shù)值在500μg/m3上下浮動，基本飽和。

(2)相同條件下與硅藻土、活性炭、大孔樹脂及竹炭吸附結(jié)果對比；

(3)采用掃描電鏡(SEM)對凈化居室內(nèi)PM2.5的生物吸附劑的表征分析。

為驗證本發(fā)明制得的生物吸附劑對TVOC的吸附效果，做了如下對比實驗：

(1)取適量油漆加入一個培養(yǎng)皿中，然后將培養(yǎng)皿移入密封的玻璃容器，使密閉箱中的油漆釋放的TVOC濃度上升至穩(wěn)定可測的范圍。

(2)相同條件下與活性炭、竹炭、樹脂、硅藻土吸附結(jié)果對比；

(3)采用掃描電鏡(SEM)對凈化居室內(nèi)TVOC的生物吸附劑的表征分析。

具體吸附效果見圖1～圖6。

與活性炭、竹炭、樹脂、硅藻土的吸附對比試驗：在相同條件下，本發(fā)明制備的生物吸附劑對PM2.5和TVOC的吸附效果均大于活性炭、竹炭和樹脂的吸附效果，硅藻土的吸附效果僅次于生物吸附劑。果渣、橙子皮、香蕉皮、甘薯渣、花生殼、欒樹葉富含纖維素，纖維素本身具有很好的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，經(jīng)過NaOH處理后的果渣、甘薯渣、花生殼及欒樹葉生物吸附劑中存在多種有機物質(zhì)，不僅存在物理吸附，還存在化學(xué)吸附。

圖7中的a是原始果渣電鏡圖，b、c分別是本發(fā)明制得的果渣生物吸附劑吸附前和吸附PM2.5后的電鏡圖，從圖中可看出，果渣生物吸附劑的外表面結(jié)構(gòu)與原始果渣外表差異非常明顯，具有疏松多孔，比表面積大，質(zhì)地疏松等結(jié)構(gòu)特性，這種表面結(jié)構(gòu)也使它對居室PM2.5的吸附能力增強，而吸附后的果渣表面結(jié)構(gòu)又發(fā)生了很大改變，說明它對PM2.5的吸附有顯著效果。

圖8中的a是原始橙子皮渣電鏡圖，b、c分別是本發(fā)明制得的橙子皮渣生物吸附劑吸附前和吸附PM2.5后的電鏡圖，從圖中可看出，橙子皮渣生物吸附劑的表面結(jié)構(gòu)比原始橙子皮的表面結(jié)構(gòu)粗糙，疏松多孔，孔徑分布范圍大、比表面積大、孔隙率高，這些表面褶皺處即為PM2.5吸附反應(yīng)的活性位置，這種表面結(jié)構(gòu)更有利于對居室PM2.5的吸附。

圖9中的a是原始香蕉皮渣電鏡圖，b、c分別是本發(fā)明制得的香蕉皮渣生物吸附劑吸附前和吸附PM2.5后的電鏡圖，從圖中可看出，處理前的香蕉皮渣電鏡圖表面有發(fā)白的，通過本發(fā)明處理后白色變淡，白色為香蕉皮中的糖類、油脂等物質(zhì)，通過本發(fā)明處理后將香蕉皮中的糖類、酯類等物質(zhì)除去，使香蕉皮渣表面更為疏松。通過SEM觀察對比：香蕉皮渣生物吸附劑的表面結(jié)構(gòu)和活性炭的表面結(jié)構(gòu)相似，也具有疏松多孔，比表面積大，質(zhì)地疏松等特點，這種表面結(jié)構(gòu)也使它對居室PM2.5有吸附作用。

圖10中的a是原始甘薯渣電鏡圖，b、c分別是本發(fā)明制得的甘薯渣生物吸附劑吸附前和吸附PM2.5后的電鏡圖，從圖中可看出，處理前的甘薯渣電鏡圖表面有不規(guī)則的白色物表面平整，通過本發(fā)明處理后白色變淡，白色不規(guī)則物是甘薯渣中的脂類、蛋白、糖類、油脂、果膠等物質(zhì)，通過本發(fā)明處理后將甘薯渣中的果膠、糖類、酯類等物質(zhì)除去，甘薯渣生物吸附劑的表面變得疏松多孔卷曲褶皺粗糙，具有吸附能力，吸附后的甘薯渣生物吸附劑表面重新布滿白色物質(zhì)，這些白色物質(zhì)為被吸附的PM2.5。

由圖11、圖12和圖13電鏡圖可知，原始花生殼有明顯的陰影似乎沒有吸附潛力，但經(jīng)本發(fā)明處理后，去除蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、糖類的物質(zhì)，花生殼生物吸附劑表面呈現(xiàn)更多的褶皺，更加疏松多孔，這種結(jié)構(gòu)使得花生殼生物吸附劑比表面積更大，更易于吸附空氣中的TVOC。

由圖14、圖15和圖16可知，欒樹葉生物吸附劑表面比原始欒樹葉渣具有更多褶皺，并且疏松多孔，這種結(jié)構(gòu)易于TVOC的吸附，吸附后的欒樹葉生物吸附劑表面褶皺減少，孔隙被填充，說明其有效地吸附了TVOC。

本發(fā)明不受上述實施例的限制，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，根據(jù)上述說明進行的改進與變換都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍。