CN102974306B - 一种提高蜂窝陶瓷吸附甲醛性能的改性方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高市售蜂窝陶瓷吸附甲醛性能的改性方法，将市售蜂窝陶瓷浸渍在碱性溶液中，通过碱腐蚀处理，然后经过晾干得到改性后的高效吸附甲醛的蜂窝陶瓷。其中所述的碱性溶液为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙中的一种或几种，碱性溶液浓度为0.01~13M，浸渍温度为10~150℃，浸渍时间为10~1440分钟。本发明利用简单的碱处理方法，制得了高效的改性蜂窝陶瓷甲醛吸附剂。在室温条件下，所得到的改性蜂窝陶瓷对空气中的甲醛吸附容量达135ppm以上，吸附速率快，多次重复使用过程中活性基本保持不变。该改性方法简单易行，所需试剂便宜易得，适宜产业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高蜂窝陶瓷吸附甲醛性能的改性方法，属于材料加工和室内空气净化领域。
背景技术
甲醛是一种典型的室内污染物，已被列为可能致癌物质，其主要来自于建筑材料及室内装修材料等。在较低浓度下，甲醛对人体健康的影响主要是会引起支气管炎，肺炎，哮喘或皮炎等。在浓度大于15ppm时，甲醛会致人死亡。由于人的大部分时间是在室内场所，如居住场所、工作场所、医院及学校等。因此，净化室内空气，去除甲醛污染已成为提高人们身体健康，改善人们生活环境的迫切任务。
目前，治理室内甲醛污染方法主要有化学法和物理吸附法。物理吸附法由于操作简单，无需外界条件就可以有效去除室内甲醛气体而受到关注。高锰酸钾、氧化铝以及一些陶瓷材料等都曾被研究作为甲醛气体的吸附剂。然而，因这些吸附剂较低的甲醛吸附容量阻止了其广泛应用。近年来，具有大比表面积的多孔活性炭和二氧化硅被研究作为去除甲醛气体的吸附剂。但是由于甲醛是一个典型的极性分子，其不能被多孔活性炭有效去除。目前报道了在多孔活性炭或二氧化硅表面进行功能化接枝胺基基团的方法。该方法能够显著提高多孔活性炭或二氧化硅吸附甲醛的性能。然而，修饰有胺基的活性炭或二氧化硅不太稳定，尤其在高温下会放出氨气或含胺化合物而导致二次污染，因此，寻求高效、环境友好的甲醛吸附剂仍然具有十分重要的意义。
蜂窝陶瓷是近三十年来开发的一种结构似蜂窝形状的新型陶瓷产品。蜂窝陶瓷的化学组成及设计因具体实际应用而各不相同，其几何形状可以多种多样。由于其具有比表面积大，化学组成和形状可调控，催化活性高，热稳定性良好，使用寿命长及强度高等优点，因此蜂窝陶瓷常被广泛应用于各种环保领域，如汽车尾气排放，含低分子有机污染物、重金属离子及其表面活性剂废水的处理等。蜂窝陶瓷产品不断推陈出新，大尺寸多孔数的蜂窝陶瓷的市场需求越来越大。然而，目前将蜂窝陶瓷用作去除甲醛气体的吸附剂及相关的提高其吸附甲醛能力的改性方法的研究还鲜有报道。
发明内容
本发明针对上述采用吸附法去除甲醛气体的问题，利用蜂窝陶瓷的优点，提供一种提高蜂窝陶瓷吸附甲醛性能的改性方法，该改性方法工艺简单，原料易得，处理后的蜂窝陶瓷能够快速、高效地吸附甲醛气体。
为了实现本发明的目的，发明人通过大量试验研究，最终获得了如下技术方案：
一种提高蜂窝陶瓷吸附甲醛性能的改性方法，所述的蜂窝陶瓷为市售（武汉理工大学生产，成份主要是α-Al2O3）蜂窝陶瓷，其特征在于：将市售蜂窝陶瓷浸渍在碱性溶液中，通过碱腐蚀处理，然后经过晾干得到改性后的高效吸附甲醛的蜂窝陶瓷；其中所述的碱性溶液为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙中的一种或几种；碱性溶液浓度为0.01~13M，浸渍温度10~150℃间，浸渍时间10~1440分钟。
本发明的一种提高蜂窝陶瓷吸附甲醛性能的改性方法，包括如下步骤：
1、将市售蜂窝陶瓷浸渍在浓度为0.01~13M的碱性溶液中；
2、将步骤1浸渍在碱性溶液中的市售蜂窝陶瓷放在温度为10~150℃的恒温箱中，静置10~1440分钟；
3、将经步骤2处理后的蜂窝陶瓷晾干，即得到改性后的蜂窝陶瓷甲醛吸附剂。
本发明的方法的步骤1中的碱性溶液浓度为0.1~10M。
本发明的方法的步骤2中优选浸渍温度为20~100℃；静置时间为20~720分钟。
上述的提高蜂窝陶瓷吸附甲醛性能的改性方法步骤1中碱性溶液优选NaOH碱性溶液。
上述的提高蜂窝陶瓷吸附甲醛性能的改性方法，所制得的样品吸附甲醛性能随着碱性溶液浓度的增大、反应温度的上升及浸渍时间的延长而不断增强。
本发明方法所得到的改性蜂窝陶瓷对空气中的甲醛吸附容量达135ppm以上，吸附速率快，多次重复使用过程中活性基本保持不变。该改性方法简单易行，所需试剂便宜易得，适宜产业化生产。
附图说明
图1为市售蜂窝陶瓷（武汉理工大学生产，成份主要是α-Al2O3）的照片；
图2为本发明实施例1中改性的蜂窝陶瓷（武汉理工大学生产，成份主要是α-Al2O3）的照片；
图3为市售蜂窝陶瓷(a)和本发明实施例1中改性的蜂窝陶瓷(b)的XRD谱图
图4为市售蜂窝陶瓷的SEM谱图；
图5为本发明实施例1中改性的蜂窝陶瓷的SEM谱图；
图6为本发明实施例1中改性的蜂窝陶瓷重复吸附甲醛试验结果图；
图7为市售蜂窝陶瓷(a)和本发明实施例4中改性(b)的蜂窝陶瓷吸附甲醛试验结果图。
具体实施方式
以下通过具体实施例，对本发明所涉及的提高蜂窝陶瓷吸附甲醛性能的改性方法做进一步描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。
实施例中所用的市售蜂窝陶瓷是武汉理工大学生产的，成份主要是α-Al2O3。
实施例1
蜂窝陶瓷的改性方法
1、将市售蜂窝陶瓷在室温下浸渍在浓度1MNaOH溶液中；
2、将步骤1浸渍在NaOH溶液中的蜂窝陶瓷，30分钟后拿出，晾干，即得改性后的蜂窝陶瓷甲醛吸附剂。
实施例1改性后蜂窝陶瓷和市售蜂窝陶瓷的照片、XRD和SEM如图1、图2、图3图4和图5所示。从图1、图2中可知，与市售蜂窝陶瓷相比，改性后的蜂窝陶瓷颜色变为淡黄色。从图3中可观察到市售蜂窝陶瓷和改性后的蜂窝陶瓷XRD衍射峰相似，没有明显的相区别，主要存在Al2O3这种物质。从图4、图5中可观察到改性后蜂窝陶瓷和市售蜂窝陶瓷的微观形貌相差较大。市售蜂窝陶瓷表面比较光滑，而改性后蜂窝陶瓷表面变粗糙了。在改性蜂窝陶瓷表面明显地观察到其表面由一些小颗粒组成，表明碱处理方法有利于增大蜂窝陶瓷的比表面积。
实施例2
蜂窝陶瓷的改性方法
1、将市售蜂窝陶瓷在室温下浸渍在浓度0.1MNaOH溶液中；
2将步骤1浸渍在NaOH溶液中的蜂窝陶瓷，30分钟后拿出，晾干，即得改性后的蜂窝陶瓷甲醛吸附剂。
实施例3
蜂窝陶瓷的改性方法
1将市售蜂窝陶瓷在室温下浸渍在浓度0.5MNaOH溶液中；
2将步骤1浸渍在NaOH溶液中的蜂窝陶瓷，30分钟后拿出，晾干，即得改性后的蜂窝陶瓷甲醛吸附剂。
实施例4
蜂窝陶瓷的改性方法
1、将市售蜂窝陶瓷在室温下浸渍在浓度2MNaOH溶液中；
2、将步骤1浸渍在NaOH溶液中的蜂窝陶瓷，30分钟后拿出，晾干，即得改性后的蜂窝陶瓷甲醛吸附剂。
实施例5
蜂窝陶瓷的改性方法
1、将市售蜂窝陶瓷在室温下浸渍在浓度1MNaOH溶液中；
2、将步骤1浸渍在NaOH溶液中的蜂窝陶瓷，30分钟后拿出，晾干，即得改性后的蜂窝陶瓷甲醛吸附剂。
实施例6
甲醛吸附剂试验
为考察本改性蜂窝陶瓷吸附甲醛效果，本发明人将实施例1中改性后的蜂窝陶瓷置放在表面皿中。测试过程如下：室温下，将装有改性后的蜂窝陶瓷的表面皿置于5.9L的有机玻璃反应器中，反应前表面皿上有玻璃盖，反应器底部放置一个5W的风扇。将浓甲醛溶液注入反应器内，甲醛挥发直至浓度平衡，将玻璃盖移去，蜂窝陶瓷与甲醛相互接触，甲醛的浓度变化通过多组分气体分析仪（INNOVAairTechInstrumentsModel1412）在线监测。实施例1中改性后蜂窝陶瓷重复吸附甲醛的活性见图6。从图6中可以观察到，实施例1中改性蜂窝陶瓷在多次重复使用过程中，吸附剂吸附甲醛性能基本保持不变，吸附剂活性较稳定且吸附容量较大。
对比例1
将市售蜂窝陶瓷和实施例4改性的蜂窝陶瓷，采用与实施例6中甲醛室温吸附实验相同的步骤置于反应器中，其甲醛吸附量的比较结果见图7。从图7中可以发现：市售蜂窝陶瓷对甲醛气体几乎不吸附，碱处理后的蜂窝陶瓷对甲醛气体有很强的吸附性能。
Claims (2)
1.一种提高蜂窝陶瓷吸附甲醛性能的改性方法，所述的蜂窝陶瓷为市售蜂窝陶瓷，其特征在于：将市售蜂窝陶瓷浸渍在碱性溶液中，通过碱腐蚀处理，然后经过晾干得到改性后的高效吸附甲醛的蜂窝陶瓷；其中所述的碱性溶液为氢氧化钠和氢氧化钾；碱性溶液浓度为0.1~10 M，浸渍温度20~100 ℃，浸渍时间20~720 分钟。
2.根据权利要求1所述的提高蜂窝陶瓷吸附甲醛性能的改性方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将市售蜂窝陶瓷浸渍在浓度为0.1~10 M的碱性溶液中；
（2）将步骤（1）浸渍在碱性溶液中的市售蜂窝陶瓷放在温度为20-100℃的恒温箱中，静置20 ~720 分钟；
（3）将经步骤（2）处理后的蜂窝陶瓷晾干，即得到改性后的蜂窝陶瓷甲醛吸附剂。
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