專利名稱：復合納米空氣凈化材料的制作方法
技術領域：
本發明公開了一種用于凈化空氣中對人體有害氣體，能夠抑制、殺滅空氣中有害細菌的復合納米空氣凈化材料，屬空氣凈化消毒新材料新技術領域。
背景技術：
目前空氣凈化材料的種類繁多，例如噴霧劑形式的空氣清新劑、負氧離子發生器等等，它們都能起到一定的空氣消毒和凈化效果。但普通存在的不足之處是作用時間短，存在一過性問題，效果有的不全，有的較差。空氣是無孔不入的物質，但目前尚未見到揮發性很強、流動性很強，只要在有空氣流動的地方就能起到空氣凈化作用的物質和材料。
具有抑菌滅菌作用而且細度在納米級的中草藥等固體微細粉末與具有很強揮發性的油性殺菌物質相混合，納米級固體殺菌物質就能隨揮發性油質物料而充滿到所有空氣所到之外，對有空氣流動的地方就能起到空氣凈化作用。
納米長度相當于10億分之一米。納米科技是指在1-100nm這樣微小的長度單位，研究原子和分子運動規律和特性的高新科學技術。目前隨著納米科技在理論和實踐中的不斷發展，納米材料的制備已成現有技術。據了解，有關納米材料制備及應用的文獻和書籍已有很多，其中有李鳳生、楊毅等編著的納米功能復合材料及應用，國防工業出版社，2003年版；徐輝碧，楊祥良等編著的納米醫藥，清華大學出版社，2004年版；廖傳華、黃振仁主編，超臨界CO2流體萃取技術——工藝開發及其應用，化學工業出版社，2004年7月版；李鳳生、劉宏英等編著的微納米粉體制備與改性設備，國防工業出版社，2004年版；李鳳生、楊毅等編著的微納米復合技術及應用，國防工業出版社，2002年版；鄭水林著，超細粉碎工藝設計與設備手冊，中國建材工業出版社，2002年版；鄭水林著，超細粉碎，中國建材工業出版社，1999年版；言仿雷著，超微氣流粉碎技術，材料科學與工程，2000年，18(4)145-149；李風生著，超細粉體技術，國防工業出版社，2000年版；張志焜、崔作林著，納米技術與納米材料，國防工業出版社，2000年版；曹茂盛著，超微顆粒制備科學與技術，哈爾濱工業大學出版社，1995年版。總之，目前我國應用納米技術制備納米粉體已經成為現有技術。
本發明選用青蒿、紫草、柴胡、薄荷、二氧化鈦、芳樟醇、香葉油、香草油、富馬酸二甲酯作為復合納米空氣凈化材料。
柴胡在《神農草本經》也稱金草。現代研究證明，柴胡有效成分為柴胡皂甙，有抗炎作用，有抗感冒、抗病毒作用。薄荷有清涼散熱、化痰作用，能減輕咽喉腫痛，對病毒有抑制作用。紫草對多種細菌有抑制作用，包括變形桿菌、溶血性鏈球菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等，有抗病毒作用、消炎作用，對腫瘤有抑制作用，還可用于治療皮膚病等。青蒿有蒿酮、青蒿素、青蒿甲素、青蒿乙素等，具有抗瘧作用、抗血吸蟲作用，抗菌、抗病毒作用；青蒿素對表皮葡萄球菌、卡他球菌、炭疽桿菌、白喉桿菌有較強的抑制作用，對金黃色葡萄球菌、綠膿桿菌、痢疾桿菌、結核桿菌等也有抑制作用，另外青蒿中谷甾醇和豆甾醇有抗病毒、抗流感病毒作用。
以上四種中藥即青蒿、紫草、柴胡、薄荷在本發明當中采用現有超臨界CO2流體萃取技術，首先制得納米級單一組分的粉體。
芳樟醇、香葉油、香草油是本發明選用的三種植物揮發性油質物，在本發明中也采用現有超臨界CO2流體萃取技術先行制備單一組分的高純度精油。
超臨界CO2流體萃取技術用于制備超微細材料是90年代發展起來的新型技術，在制備微納米藥物、緩釋藥物等領域得到了廣泛的應用。采用超臨界CO2流體萃取技術可以提煉出固體微納米粉體，能從藥用植物中萃取生物活性分子，也可以提煉出植物精油。與傳統的溶劑法和蒸餾法相比，超臨界CO2流體萃取技術具有提取純度高，選擇性好、低溫萃取不使藥成分熱解和無溶劑殘留的特點，且萃取率高，操作成本低，很適合于中草藥制藥行業，是中藥現代化進程不可缺少的先進技術。超臨界CO2流體萃取技術的技術原理是利用超臨界流體的溶解能力與其密度的關系，即利用壓力和溫度對臨界流體溶解能力的影響而進行的。在超臨界狀態下，將超臨界流體與待分離的物質接觸，使其有選擇性地把極性大小、沸點高低和分子量大小的成分依次萃取出來。當然，對應各壓力范圍所得到的萃取物不可能是單一的，但可以控制條件得到最佳比例的混合成分，然后借助減壓、升溫的方法使超臨界流體變成普通氣體，被萃取物則完全或基本析出，從而達到分離提純的目的。據廖傳華、黃振仁主編的《超臨界CO2流體萃取技術—工藝開發及其應用》一書(化學工業出版社，2004年版)第76頁和第78頁介紹，超臨界CO2流體萃取工藝過程主要由萃取階段和分離階段組成，并適當配備壓縮與熱交換等設備。萃取階段常在一個萃取釜中進行，分離階段可能有一個分離器，也可能有兩個，以實現二級分離。按照所采用操作方法不同，有變壓萃取分離(等溫法)，變溫萃取分離(等壓法)和吸附萃取分離(吸附法)、惰性氣體法和洗滌法五種。根據被萃取物質的形態不同可分為液態物料的萃取工藝和固態物料的萃取工藝。固相物料的超臨界CO2流體萃取過程除了可以采用上述列于前面的三種基本流程外，還可采用惰性氣體法流程和洗滌法流程。超臨界CO2萃取技術包含有以下兩個特點1、可以在接近室溫(35-40℃)及CO2氣體籠罩下進行提取，有效地防止了熱敏性物質的氧化和逸散。因此，在萃取物中保持著藥用植物的全部成分，而且能把高沸點、低揮發性、易熱解的物質在遠低于其沸點溫度下萃取出來。2、該方法是最干凈的提取方法，由于全過程不用有機溶劑，因此萃取物絕無殘留的溶劑物質，從而防止了提取過程中對人體有害物的存在和對環境的污染，保證了100％的純天然性。據廖傳華、黃振仁主編《超臨界CO2流體萃取技術—工藝開發及其應用》化學工業出版社2004年7月版第204-206頁記載可知超臨界CO2流體萃取技術的工藝流程為原料萃取—→萃取液過濾—→顆粒分離—→分離固體和分離液體分別送往貯槽—→補充新鮮CO2—→萃取溶質分離放出—→送往大氣貯槽—→送成品槽。
本發明采用超臨界CO2流體萃取技術分別制備以上四種中藥和三種植物揮發性油時所選用的主要設備及其性能規格是萃取釜1L-1000L(25-35MPa)固液態兩用；分離釜1L-500L(5-15MPa)；精餾塔內徑50-500mm、25-35MPa；CO2高壓泵20L-3000L/40MPa；溫度控制自動控溫±＜1℃；壓力控制自動控制穩壓、操作安全；組合形式二萃一塔一分。
納米二氧化鈦是一種具有光催化作用的氧化劑，也被稱之為二氧化鈦光觸媒抗菌劑。李鳳生、楊毅、馬振葉、姜煒等編著的《納米功能復合材料及應用》一書(國防工業出版社2003年版)第107頁、第111頁已對光催化基本原理及納米光催化復合材料的種類及制備作了詳盡的論述。根據該書第251頁、第273頁、第283頁的有關內容可知，納米TiO2光催化劑不僅能殺死細菌，而且可以降解細菌釋放出的有毒物，納米TiO2對綠膿桿菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等有強殺傷力。通常空氣中的有害氣體如裝修材料等放出的甲醛及生活環境中產生的甲硫醇、硫化氫、氨氣等，只要濃度在百萬分之幾時就能使人感到不適。而納米二氧化鈦則可將這些有害物質吸附于表面，然后分解氧化，從而使空氣中的這些有害物質的濃度降低，減輕或消除人們對環境的不適感。因此，納米TiO2是一種非常理想的空氣凈化材料。該書第256頁已對二氧化鈦光催化殺菌原理作出論述。納米二氧化鈦抗菌包含有如下主要特征1、二氧化鈦光催化反應產生的·OH自由基具有402.8MJ/mol反應能，高于有機化合物中各類化學鍵能，可將各種有機物分解為無害的CO2和水。它既能殺滅微生物，也能分解微生物賴以生存繁衍的有機營養物，達到抗菌目的。因此，TiO2殺菌能力很強，同時還具有抗菌的性能。2、TiO2對人體安全無毒。
納米級二氧化鈦可采用現有激光氣相合成法制得。由李鳳生、劉宏英、劉雪東、姜煒等編著的《微納米粉體制備與改性設備》(國防工業出版社，2004年版)第262-263頁指出激光氣相合成法現已能夠合成一系列粒徑均勻、純度高的微納米粉體……采用該法相關設備可以引發氣體、液體、固體表面的化學反應，從而合成高性能的的微納米粉體，包括微納米金屬粉體，如Fe、Si、Co、Ni、Al、Ti、Zr、Cr、Mo、Ta等，以及其氧化物，如Fe2O3、NiO、Al2O3、TiO2、Cr2O3、Ta2O5、WO3、M0O3等。該書第255頁還指出一套完整的激光氣相合成法制備微納米粉體的組成設備為合成反應設備、激光發生設備、粉體收集設備、原料蒸發設備、供氣設備和真空設備，其中合成反應設備是激光氣相合成設備的核心。該書第261頁給出了激光氣相合成設備全系統結構組合設計及其結構組合設計圖。
富馬酸二甲酯是一種具有高效、低毒、廣譜抗菌作用的防霉劑，具有較強的升華性和揮發性，廣泛應用于食品、水果、魚、肉、蔬菜、糧食及飼料行業，可用于食品加工場合的空氣凈化，也是一種很普通、效果很好的空氣凈化材料組成部分。富馬酸二甲酯別名為反丁烯二酸二甲酯，分子式C6H8O4，相對分子量144.13。產品性狀為白色粉末或結晶。略有辛辣味。熔點103-104℃，易升華，沸點193℃，相對密度1.37。溶解于乙酸乙酯、氯仿、醇類，微溶于水，耐熱性能好。使用的PH范圍寬，能在PH值3-8內使用。據溫輝梁、黃紹華等編著的《食品添加劑生產技術與應用配方》(江西科學技術出版社2002年10月版)第38頁介紹，富馬酸二甲酯可采用三種不同的工藝流程制得，這三種工藝流程是1、反丁烯二酸和甲醇直接酯化法，2、馬來酸酐二步合成法，3、富馬酸或馬來酸先酰化、后酯化法。本發明采用了上述第1種工藝流程來制備富馬酸二甲酯，其工藝流程為富馬酸、甲醇、催化劑—→回流—→冷水洗滌—→10％碳酸鈉溶液中和—→結晶—→干燥—→成品。此法原料易得，反應條件易掌握，成本也較低，便于工業化生產。工藝因所用的催化劑不同而略有區別。一般為富馬酸和甲醇在催化劑的存在下回流反應，醇酸比一般為(6-10)∶1，常用的催化劑有硫酸、對甲苯磺酸、磷酸和一些新型催化劑，如固體催化劑，ZrO2/SO42-、磷鎢酸以及高效強酸型陽離子交換樹脂。酯化反應完成后，加入冷水洗滌，然后加入10％碳酸鈉溶液中和，再于甲醇溶液中結晶，干燥后即得成品。
本發明所選用的空氣凈化材料的各種組分均采用現有技術先行制得。

發明內容
本發明的目的是利用現有技術先行制備青蒿、紫草、柴胡、薄荷中藥的納米級粉體、精制芳樟醇、精制香葉油、精制香草油及納米級二氧化鈦和富馬酸二甲酯微細粉末，然后將上述物質組合制備成一種復合納米空氣凈化材料。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是復合納米空氣凈化材料，其特征在于該材料由以下重量百分比的各組分組成富馬酸二甲酯10-35％，納米二氧化鈦10-25％，納米青蒿1-2％，納米紫草1-2％，納米柴胡1-3％，納米薄荷1-10％，芳樟醇10-16％，香葉油10-18％，香草油5-15％，并采用下述方法制備1、采用現有超臨界CO2流體萃取技術分別制備以下物質納米青蒿、納米紫草、納米柴胡、納米薄荷、芳樟醇、香葉油、香草油；制備以上物質的超臨界CO2流體萃取技術的工藝流程均相同，為原料萃取—→萃取液過濾—→顆粒分離—→送往貯槽—→補充新鮮CO2—→萃取溶質分離放出—→送往大氣貯槽—→送成品槽；制備以上物質的超臨界CO2流體萃取技術中所采用的設備均相同，主要設備為萃取釜、分離釜、精餾塔、CO2高壓泵，溫度控制器、壓力控制器，設備組合形式是二萃一塔一分；2、采用現有激光氣相合成法制備納米二氧化鈦粉體，所使用的設備為合成反應設備、激光發生設備、粉體收集設備、原料蒸發設備、供氣設備及真空設備；3、采用現有反丁烯二酸和甲醇直接酯化法制備富馬酸二甲酯，其工藝流程為富馬酸、甲醇、催化劑—→回流—→冷水洗滌—→10％碳酸鈉溶液中和—→結晶—→干燥—→成品；其中甲醇與富馬酸重量比為(6-10)∶1，催化劑為以下當中的一種硫酸、磷酸和一些新型催化劑；4、按照前述復合納米空氣凈化材料各組分的重量百分比要求稱取已制得的各組分物料，先將步驟3制得的富馬酸二甲酯加入攪拌器的不銹鋼容器中加熱至103-104℃溶化后攪拌均勻，再將步驟2所制得的納米二氧化鈦加入，且邊加入邊攪拌，溫度冷卻至70℃時，一同加入步驟1所制得的納米級青蒿、納米級紫草、納米級柴胡和納米級薄荷，邊加入邊攪拌，在溫度冷卻至50℃時，最后一同加入步驟1所制備好的芳樟醇、香葉油和香草油，冷卻后用模具或壓片機將冷卻物制成片塊形狀即制得復合納米空氣凈化材料成品。
本發明的積極效果是復合納米空氣凈化材料能高效抑制、殺滅空氣中的有害細菌，包括第六代最具耐藥性的大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、綠濃桿菌、鏈球菌等；能抵抗致病因子，防止病毒交叉感染，尤其是對空調病、流感、小兒流腦等傳染性疾病能有效預防；它能在短時間內使新裝修居室內的甲醛、苯等多種對人體有害氣體沉降分解；還具有提神醒腦，、平衡氣血，消除疲勞、增強記憶等功效，對減輕長時間駕車人員的疲勞有特效。尤其是本發明產品能在空氣中揮發干凈，不留殘物，能起到其它空氣凈材料無法做到的降解和分解效果。
具體實施例方式
實施例1、采用下述方法制備復合納米空氣凈化材料(1)、采用現有超臨界CO2流體萃取技術分別制得納米級以下物質青蒿1.5kg、紫草1.5kg、柴胡2kg、薄荷3kg、芳樟醇15kg、香葉油15kg、香草油12kg，備用。(2)、采用現有激光氣相合成法制備納米二氧化鈦20kg，備用。(3)、采用現有反丁烯二酸和甲醇直接酯化法制取富馬酸二甲酯30kg，備用。(4)將富馬酸二甲酯30kg加入攪拌器的不銹鋼容器中加熱至103℃熔化后攪拌均勻，再加入納米二氧化鈦20kg，邊加入邊攪拌，溫度冷卻至70℃時一同加入納米級青蒿1.5kg、紫草1.5kg、柴胡2kg、薄荷3kg，邊加入邊攪拌，在溫度冷卻至50℃時一同加入芳樟醇15kg、香葉油15kg、香草油12kg，繼續冷卻后用模具或壓片機將冷卻物制成片塊形狀，得到本發明產品復合納米空氣凈化材料100kg。
實施例2、采用下述方法制備復合納米空氣凈化材料(1)、采用現有超臨界CO2流體萃取技術分別制得納米級以下物質青蒿1kg、紫草1kg、柴胡3kg、薄荷8kg、芳樟醇12kg、香葉油14kg、香草油11kg備用。(2)、采用現有激光氣相合成法制備納米二氧化鈦25kg，備用。(3)、采用現有反丁烯二酸和甲醇直接酯化法制取富馬酸二甲酯25kg，備用。(4)將富馬酸二甲酯25kg加入攪拌器的不銹鋼容器中加熱至104℃熔化后攪拌均勻，再加入納米二氧化鈦25kg，邊加入邊攪拌，溫度冷卻至70℃時一同加入納米級青蒿1kg、紫草1kg、柴胡3kg、薄荷8kg，邊加入邊攪拌，在溫度冷卻至50℃時一同加入芳樟醇12kg、香葉油14kg、香草油11kg，繼續冷卻后用模具或壓片機將冷卻物制成片塊形狀，得到本發明產品復合納米空氣凈化材料100kg。
權利要求
1.一種復合納米空氣凈化材料，其特征在于該材料由以下重量百分比的各組分組成富馬酸二甲酯10-35％，納米二氧化鈦10-25％，納米青蒿1-2％，納米紫草1-2％，納米柴胡1-3％，納米薄荷1-10％，芳樟醇10-16％，香葉油10-18％，香草油5-15％，并采用下述方法制備(1)、采用現有超臨界CO2流體萃取技術分別制備以下物質納米青蒿、納米紫草、納米柴胡、納米薄荷、芳樟醇、香葉油、香草油；制備以上物質的超臨界CO2流體萃取技術的工藝流程均相同，為原料萃取—→萃取液過濾—→顆粒分離—→送往貯槽—→補充新鮮CO2—→萃取溶質分離放出—→送往大氣貯槽—→送成品槽；制備以上物質的超臨界CO2流體萃取技術中所采用的設備均相同，主要設備為萃取釜、分離釜、精餾塔、CO2高壓泵，溫度控制器、壓力控制器，設備組合形式是二萃一塔一分；(2)、采用現有激光氣相合成法制備納米二氧化鈦粉體，所使用的設備為合成反應設備、激光發生設備、粉體收集設備、原料蒸發設備、供氣設備及真空設備；(3)、采用現有反丁烯二酸和甲醇直接酯化法制備富馬酸二甲酯，其工藝流程為富馬酸、甲醇、催化劑—→回流—→冷水洗滌—→10％碳酸鈉溶液中和—→結晶—→干燥—→成品；其中甲醇與富馬酸重量比為(6-10)∶1，催化劑為以下當中的一種硫酸、磷酸和一些新型催化劑；(4)、按照前述復合納米空氣凈化材料各組分的重量百分比要求稱取已制得的各組分物料，先將步驟3制得的富馬酸二甲酯加入攪拌器的不銹鋼容器中加熱至103-104℃溶化后攪拌均勻，再將步驟2所制得的納米二氧化鈦加入，且邊加入邊攪拌，溫度冷卻至70℃時，一同加入步驟1所制得的納米級青蒿、納米級紫草、納米級柴胡和納米級薄荷，邊加入邊攪拌，在溫度冷卻至50℃時，最后一同加入步驟1所制備好的芳樟醇、香葉油和香草油，冷卻后用模具或壓片機將冷卻物制成片塊形狀即制得復合納米空氣凈化材料成品。
全文摘要
本發明公開了一種復合納米空氣凈化材料，它由以下重量百分比的各組分組成富馬酸二甲酯10－35％，納米二氧化鈦10－25％，納米青蒿1－2％，納米紫草1－2％，納米柴胡1－3％，納米薄荷1－10％，芳樟醇10－16％，香葉油10－18％，香草油5－15％。富馬酸二甲酯采用現有反丁烯二酸和甲醇直接酯化法先行制備，納米二氧化鈦采用現有激光氣相合成法先行制備，其余7種組分采用現有超臨界CO
文檔編號A61L9/013GK1634604SQ20041009724
公開日2005年7月6日 申請日期2004年11月18日 優先權日2004年11月18日
發明者黃琴根 申請人:黃琴根