CN100417438C - 一种吸附二硫化碳的材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种吸附二硫化碳的材料，其在活性碳纤维上附着分布有硫酸铜。该吸附材料可以通过将活性炭纤维浸泡于硫酸铜溶液中干燥后制成，或者用硫酸铜溶液喷涂活性炭纤维后烘干制成，或者先将活性炭纤维于硫酸铜溶液浸泡干燥后再用硫酸铜溶液喷涂烘干制成。本发明的吸附材料对二硫化碳具有优异的吸附净化能力，将其用于开放或密闭空间中都可以很好地吸附除去环境空气中的二硫化碳从而降低二硫化碳的浓度，保护人体免受侵害。

Description

一种吸附二硫化碳的材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及吸附净化材料，尤其涉及一种吸附二硫化碳的材料。
背景技术
二硫化碳是一种易燃液体，化学分子式CS2，分子量76.14，纯品为无色，具有芳香气味，带甜味。工业品为黄色液体，具有烂萝卜的难闻气味。熔点-112℃，沸点46.3℃，密度1.263g/cm3(20℃)，不易挥发，一般在靠近地面累积。
二硫化碳在工业上常用做溶解剂，制造粘胶纤维、玻璃纸和四氯化碳等。在上述生产使用过程中由于工艺设计不合理和安全保护措施不力等原因，可对空气、水、食物造成一定污染。人体接触时可引起不良反应或及慢性中毒。
二硫化碳主要来源于人造纤维、玻璃纸、四氯化碳、橡胶、光学玻璃等的释放，可对周围环境造成污染。特别在密闭空间里污染将加剧，如卫生间随着使用人数和频率的增加，二硫化碳的浓度将升高，电站在开启后比开启前二硫化碳浓度增高1倍以上。
CS2可经呼吸道吸入体内。也可由消化道摄入或经皮肤吸收。进入机体的CS2一部分从呼气、尿、汗、乳汁中排出，而70～90％则在体内代谢后随尿排出。CS2体内由血液中红细胞和血浆吸收，并经血液循环送至全身，很快溶解在脂肪和脂类中，与氨基酸、蛋白质结合，所以体内的CS2大多存在于组织和器官中，血液较少。其体内蓄积较强。CS2的毒性，因吸收途径、接触浓度和暴露时间的不同而异。急性中毒症状一般为神经麻痹，仍至昏迷、甚至呼吸衰竭。长期吸入8-10mg/m3浓度的CS2可能引起慢性中毒。一般表现为神经衰弱症状、多发性周围神经炎、植物神经功能紊乱和其他如性欲减退、妇女月经不调、早产、流产及眼部疾患等。
为了吸收环境中的CS2、降低其在环境中的浓度以最大限度地避免人体接触CS2是保证人体健康的重要需求。迄今为止，尚未见到专门用来吸收或吸附CS2以净化空气的专利文献。本发明人经过多年研究和试验发现，活性炭纤维对二硫化碳有很好的吸附净化作用。但是随着使用要求的增加，其已经不能满足现在的需要。
发明内容
为了克服上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供对二硫化碳的吸附净化能力非常强的材料，及其制备方法和应用。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的。
本发明提供了一种吸附二硫化碳的材料，其在活性碳纤维上附着分布有硫酸铜。在一个优选的实施方案中，所得的二硫化碳吸附材料中，活性炭含量为300-600g/m2，硫酸铜含量为50-200g/m2，优选活性炭含量为480-620g/m2，硫酸铜含量为80-100g/m2。
其中，所用的活性炭纤维(ACF)，亦称纤维状活性炭，是性能优于活性炭的高效活性吸附材料和环保工程材料。其超过50％的碳原子位于内外表面，构筑成独特的吸附结构，被称为表面性固体。它是由纤维状前驱体，经一定的程序炭化活化而成。较大的比表面积和较窄的孔径分布使得它具有较快的吸附脱附速度和较大的吸附容量，且由于它可方便地加工为毡、布、纸等不同的形状，并具有耐酸碱耐腐蚀特性，例如丙纶纤维毡，可以市售购得。
本发明还提供了上述吸附材料的制备方法，其中一种方法包括：将活性炭纤维在硫酸铜溶液浸泡后，自然凉干，然后在高温，例如150-200℃，优选200℃条件下进行烘烤制成。
另外一种方法包括：将活性碳纤维，例如活性炭基网用硫酸铜溶液喷涂，烘烤干燥，再用硫酸铜溶液喷涂，烘烤干燥，重复几次，优选4次即可。
本发明还提供了一种制备上述吸附材料的优选方法，该方法包括：将活性炭纤维在硫酸铜溶液浸泡后，干燥，然后再用硫酸铜溶液喷涂，烘烤干燥。
其中，喷涂用的硫酸铜溶液优选使用5-15wt％，更优选为8wt％的硫酸铜溶液，为了提高硫酸铜的粘附性，优选其中还包括1-4wt％，优选2wt％的粘合剂，优选为塑料粘合剂，例如选自丁苯胶、聚氨酯、硝酸纤维素、聚醋酸乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、醋酸乙烯树脂、丙烯酸树脂、聚苯乙烯、聚氨酯、聚丙烯酸酯和羧甲基纤维素中的一种或多种，优选使用羧甲基纤维素。
喷涂硫酸铜溶液后的材料烘烤干燥的温度优选不高于95℃，这样可以使硫酸铜良好地附着于碳纤维上。
上述吸附二硫化碳的材料，也可称之为铜强化碳纤维。如将其与粉尘滤纸配合使用，例如在两层粉尘滤纸中夹入3层碳强化铜纤维，分别在各层的四边撒一层塑料粘合粉，在高强度热合机上粘合成一块完整滤料，则其净化吸附效果更好。
本发明的吸附材料对二硫化碳具有优异的吸附净化能力，将其用于开放或密闭空间中都可以很好地吸附除去环境空气中的二硫化碳从而降低二硫化碳的浓度，保护人体免受侵害。
具体实施方式
以下通过具体实施例来进一步描述本发明，需要说明的是，本发明的技术方案有多种实施方式，此处所举实施例仅仅用来解释本发明，但不对本发明的范围做任何限定，本领域技术人员应该理解的是，在本发明精神范围内所作的修改应该在本发明范围内。
实施例1
将活性炭纤维在硫酸铜溶液中浸泡5小时，自然凉干，然后在200℃温度下烘干，得到吸附材料。
经分析，其中活性炭含量为335g/m2，硫酸铜含量为67g/m2。
实施例2
将活性碳纤维基网用硫酸铜浓度为8wt％、粘合剂羧甲基纤维素浓度为2wt％的溶液喷涂，90℃烘烤干燥，再用该溶液喷涂，90℃烘烤干燥，共进行4次喷涂和干燥，得到吸附材料。
经分析，其中活性炭含量为480g/m2，硫酸铜含量为82g/m2。
实施例3
将活性炭纤维在硫酸铜溶液中浸泡3小时，自然凉干，然后用硫酸铜浓度为12wt％、粘黏合剂羧甲基纤维素浓度为3wt％的溶液喷涂，95℃烘烤干燥，再用该溶液喷涂，95℃烘烤干燥，共进行3次喷涂和干燥，得到吸附材料。
经分析，其中活性炭含量为500g/m2，硫酸铜含量为95g/m2。
实验例
以下，通过试验来进一步说明本发明吸附材料对二硫化碳的吸附净化效果。
目前，环境空气中CS2的测定方法主要有气体检测管法、比色法、气相色谱法及气体分析器法四种，根据现实际情况及方法的难易程度，发明人选择了灵敏度较高的液体吸收采样-二乙胺比色法测定CS2。
空气中CS2通过吸收液与二乙胺铜盐作用，生成棕黄色的二乙基二硫代氨基甲酸酯的金属络合物，溶液的颜色与CS2的浓度成正比。
仪器
723分光光度计、UV-VIS8500紫外分光光度计、空气采样器、多孔玻板吸收管、比色管。
试剂
吸收液：准确称量50mg乙酸铜(分析纯)、加无水乙醇(分析纯)溶解，移入100ml容量瓶中，并稀释至刻度。临用时，吸量5ml上述乙酸铜溶液，置于500ml容量瓶中，加300ml无水乙醇、再加2.5ml新蒸馏的二乙胺(分析纯)、2.5ml三乙醇胺(分析纯)，然后用无水乙醇稀释至刻度。所配吸收液应几乎无色，放置冰箱中保存备用。
标准溶液：于25ml容量瓶中，先加入10ml无水乙醇、盖塞，准确称重。然后，立即加入1-2滴CS2(优质纯)盖塞，再次称重。用无水乙醇稀释至刻度，混匀。两次称重之差即为CS2的重量，计算出每毫升溶液中含CS2的毫克数。贮于冰箱中保存。临用时、用无水乙醇稀释成1.00含10μCS2的标准溶液。
标准曲线制作
将各系列管加液后立即盖塞混匀，放置20分钟，用30mm比色皿在波长为430nm下，723分光光度计测定吸光度标准系列其结果如下：
Figure C20051013046200071
从上述结果可以看出，浓度与吸光度密切相关，因此以此浓度系列绘制标准曲线。
采样
测量时，先串联二个各装5ml吸收液的多孔玻板吸收管，以0.2L/min的流量采样25min，即按照上述步骤可进行分析。
动态试验：在30ml的气袋中配制2.150mg/m3～3.714mg/m3浓度的CS2气体，通过采样泵以0.2L/min的速度通过吸附材料，测定净化前后CS2的浓度，计算吸附材料对气体中二硫化碳的消除率(以此表征材料的吸附净化能力)，空白对准组使用活性炭纤维，试验结果如下：
吸附材料   吸附前气体中二硫化碳浓度mg/m3 吸附后气体中二硫化碳浓度mg/m3 二硫化碳消除率％
  空白对准组   3.266 2.636   19.3
  实施例1   3.023 0.843   72.1
  实施例2   3.266 0.536   83.6
  实施例3   3.714 0.154   95.9
静态试验：在5.5L-6.0L的玻璃瓶中，配制19.50mg/m3～26.010mg/m3的CS2气体，同时将一定量的吸附材料吊于瓶中，摇动瓶子，使CS2标准液充分挥发，静止30min后采样(0.2min)，测定净化前后CS2的浓度，计算二硫化碳的吸收率(以此表征材料的吸附净化能力)，空白对准组使用活性炭纤维，试验结果如下：
吸附材料   吸附前气体中二硫化碳浓度mg/m3   吸附后气体中二硫化碳浓度mg/m3 二硫化碳吸收率％
  空白对准组   26.010   8.920   68.1
  实施例1   21.000   3.953   81.2
  实施例2   21.300   3.954   72.1
  实施例3   19.520   0.698   96.4
从上述结果可以看出，本发明的吸附材料对二硫化碳的吸附能力是非常强的，明显高于碳纤维的吸附能力。

Claims (10)

1. 一种吸附二硫化碳的材料，在活性碳纤维上附着分布有硫酸铜，其特征在于，活性碳纤维含量为300-600g/m2，硫酸铜含量为50-200g/m2。
2. 如权利要求1所述的吸附二硫化碳的材料，其特征在于，硫酸铜含量为80-100g/m2。
3. 制备权利要求1或2所述的吸附二硫化碳材料的方法，该方法包括：将活性碳纤维用硫酸铜溶液喷涂，烘烤干燥，再用硫酸铜溶液喷涂，烘烤干燥，重复若干次即可。
4. 如权利要求3的方法，其特征在于，喷涂用的硫酸铜溶液浓度为5-15wt％，其中还含有浓度为1-4wt％的粘合剂，所述粘合剂为塑料粘合剂，即选自丁苯胶、硝酸纤维素、聚醋酸乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、醋酸乙烯树脂、丙烯酸树脂、聚苯乙烯、聚氨酯、聚丙烯酸酯和羧甲基纤维素中的一种或多种。
5. 如权利要求4的方法，其特征在于，喷涂用的硫酸铜溶液浓度为8wt％，其中粘合剂浓度为2wt％，粘合剂为羧甲基纤维素。
6. 如权利要求3的方法，其特征在于，喷涂硫酸铜溶液后的材料烘烤干燥的温度不高于95℃。
7. 制备权利要求1或2所述的吸附二硫化碳材料的方法，该方法包括：将活性碳纤维在硫酸铜溶液浸泡后，干燥，然后再用硫酸铜溶液喷涂，烘烤干燥。
8. 如权利要求7的方法，其特征在于，喷涂用的硫酸铜溶液浓度为5-15wt％，其中还含有浓度为1-4wt％的粘合剂，所述粘合剂为塑料粘合剂，即选自丁苯胶、硝酸纤维素、聚醋酸乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-内烯酸共聚物、醋酸乙烯树脂、丙烯酸树脂、聚苯乙烯、聚氨酯、聚丙烯酸酯和羧甲基纤维素中的一种或多种。
9. 如权利要求8的方法，其特征在于，喷涂用的硫酸铜溶液浓度为8wt％，其中粘合剂浓度为2wt％，粘合剂为羧甲基纤维素。
10. 如权利要求7的方法，其特征在于，喷涂硫酸铜溶液后的材料烘烤干燥的温度不高于95℃。
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