茶多酚整理棉织物去除空气中甲醛的研究

时间：2024-07-28

马刘，闫红清

(山东科技职业学院，山东潍坊 261053)

1 引言

目前，室内甲醛污染越来越受到人们的重视，但甲醛去除的办法不多，效率不高，且绝大部分为化学试剂，容易造成二次污染。茶多酚为多羟基酚类衍生物的混合物，具有抗菌、消臭等功能，在日化领域应用较多，其主要成分为儿茶素(结构示意图见图1)[1，2]。本文通过对绿茶中茶多酚进行提取，将其整理到棉纺织品上并进行改性处理，再对制成品除甲醛效果进行评价，获得了具有良好除甲醛性和耐洗性的纺织品，为绿色生态纺织品的开发提供参考。

2 实验材料及药品

实验材料：纯棉布、绿茶、甲醛、无水乙醇、氯化钠、乙酰丙酮、冰醋酸、醋酸铵、三氯化铁、氯化铜、氯化锌、酒石酸亚铁、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾等均为分析纯试剂。

图1 儿茶素结构示意图[1]

主要仪器与设备：红外染色小样机、恒温振荡水浴锅、鼓风干燥箱、电子天平、紫外/可见分光光度计仪、甲醛检测仪、Nicolet5700型傅立叶红外光谱仪。

3 实验方法

3.1 茶多酚有效成分提取

绿茶中茶多酚有效成分的提取采用醇提工艺并进行优化。样品与酒石酸亚铁试剂反应，将通过分光光度法测定的吸光度与图2茶多酚含量标准曲线进行比较，确定最佳浸提条件为：70 %乙醇作浸提剂、料液比为1∶20、浸提温度70℃、浸提时间30 min。

图2 茶多酚标准工作曲线

3.2 整理方法

3.2.1茶多酚整理棉织物。棉织物2 g，绿茶提取液浓缩至50 mL，pH值：7～8，温度：70℃，时间：90 min，浴比为1∶20。

3.2.2金属离子络合处理。经茶多酚整理的棉织物，选择ZnCl2进行媒染处理，以提高对甲醛的去除率及其耐洗性能，工艺条件：媒染剂4%(o.w.f)，温度为60℃，时间为30 min。

3.2.3甲醛的测试方法。根据GB/T 15516—1995《空气质量甲醛的测定乙酰丙酮分光光度法》测定甲醛浓度。

3.2.4甲醛去除率计算。将整理织物放置在已知气体中甲醛浓度为C0的密闭容器中一定时间后，用检测仪器检测容器中被测气体甲醛浓度C1，用式(1)计算整理织物的甲醛去除百分率。

甲醛去除百分率=(C0-C1)/C0×100%

(1)

式中：C0—初始甲醛浓度；C1—试验后残留甲醛浓度。

3.2.5红外光谱(IR)分析。采用溴化钾压片法，用Nicolet5700型傅立叶红外光谱仪测定。

3.2.6耐洗性测试。参照GB/T 3921.3—1997《纺织品色牢度试验耐洗色牢度：试验3》进行测试。

4 实验结果与讨论

4.1 除甲醛效果

4.1.1茶多酚整理棉织物除甲醛效果

纯棉织物经茶多酚整理后，测其24 h甲醛去除率达到89.5 %，同等条件下，未经处理的棉织物24 h甲醛去除率仅为10.9 %。原因在于与甲醛反应的主要是茶多酚中的儿茶素，其酚羟基通过离解，甲醛羰基发生质子化反应，提高了羰基碳上的缺电子性，最后儿茶素离解生成的氧负离子再与甲醛加成，其反应过程如图3所示。

图3 茶多酚去除甲醛反应过程

4.1.2金属Zn2+处理对除甲醛效果的影响

将茶多酚整理棉织物用Zn2+按如下条件进行处理，ZnCl25%(o.w.f)，温度60℃，时间30 min，实验结果如图4所示。

图4 Zn2+整理织物后的甲醛去除率

由图4可知，茶多酚整理棉织物经Zn2+处理后，24 h甲醛去除率达到91.8 %，可能是茶多酚与Zn2+发生络合反应，络合主要发生在多酚分子两个相邻的酚羟基上，对于连苯三酚型,两个相邻的羟基和金属离子配位，第三个羟基不进入络合物内，但可促进前两个酚羟基的离解而使络合更稳定,络合物可有不同的取代度，单配体、二配体、三配体(见图5)，金属络合后其酚羟基的活性大大提高，但由于酚羟基的数目减少，对甲醛的去除并无很大的提高[3，4]。

图5 络合物结构示意图

4.2 茶多酚及Zn2+络合红外谱图分析

由图6和图7可知，茶多酚及其络合物在3500 cm-1～3300 cm-1处均有很强的羟基缔合伸缩振动吸收峰，络合物的红外光谱中缔合羟基的振动峰明显发生红移，说明了多酚分子内的氢键被破坏，羟基参与了配位反应。当茶多酚与Zn2+形成络合物后，邻位酚羟基特征吸收峰的波数有较大变化，波数由1238 cm-1移动到1212 cm-1，邻位酚羟基振动频率均向低波长方向移动，这是由于邻位羟基上的氧与金属离子之间形成配位键后引起碳基成键电子密度更加偏离键的几何中心而移向氧原子，使C—O键电子云密度降低[5]。

图6 茶多酚的红外吸收光谱图

图7 茶多酚络合物的红外吸收光谱图