CN103736459A - 活性炭或活性碳纤维的制备方法及净化介质的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及活性炭或活性碳纤维的制备方法及净化介质的制备方法，通过将纳米二氧化锌光催化剂生长在活性炭或活性碳纤维上，再将所述的活性炭或活性碳纤维加工制作为活性炭空气净化滤网或活性碳纤维空气净化滤网，在紫外光源的催化作用下，实现活性炭或活性碳纤维的再生利用。本发明中活性炭或活性碳纤维的光催化再生可以大量减少传统热再生技术对能源的消耗，减少大气污染，降低能源浪费，有利于节能减排。进一步，将光催化技术和活性炭或活性碳纤维吸附技术相结合，利用活性炭或活性碳纤维的吸附作用为空气净化中光催化提供了一个高浓度的反应场所，提高了光催化效率。
Description
技术领域
本发明涉及再生活性炭或活性碳纤维领域，特别是涉及一种活性炭或活性碳纤维的制备方法及净化介质的制备方法。
背景技术
化学吸附是将污染的空气通过吸附剂层，使污染物被吸附从而达到净化空气的目的。常用的吸附剂有多孔碳材料、活性碳纤维、新型活性炭、沸石、硅胶、分子筛、多孔粘土矿石和活性氧化铝等，其中应用最广泛的是活性炭和活性碳纤维。这些吸附剂不仅有较大的比表面积，而且有适宜的孔径分布。高度发达的孔隙结构—毛细管构成一个强大吸附力场。当气体污染物碰到毛细管时，活性炭或活性碳纤维孔周围强大的吸附力场会立即将气体分子吸入孔内，达到净化空气的作用。
但是，活性炭或活性碳纤维只能暂时吸附污染物，由于吸附剂存在吸附饱和状态，达到饱和状态的吸附剂不再吸附污染物，所吸附的污染物有可能游离出来，重新进入空气中，造成二次污染，而且吸附剂需定期更换，因而实际使用时很不方便。
活性炭或活性碳纤维再生，是指用物理或化学方法在不破坏活性炭或活性碳纤维原有结构的前提下，将吸附于活性炭或活性碳纤维上的吸附质予以去除，恢复其吸附性能，从而达到重复使用的目的。根据现有的技术，目前再生方式一般都是首选高温加热再生法，高温加热再生法的优点在于其在再生过程中能分解多种物质，再生环境良好，从而成为主要再生方法。但是这种方式也有难以解决的问题：1)再生过程中活性炭或活性碳纤维损失往往较大;(2)再生后活性炭或活性碳纤维吸附能力会有明显下降;(3)再生时产生的尾气会造成空气的二次污染。
发明内容
本发明的目的是提出活性炭或活性碳纤维的制备方法及净化介质的制备方法，通过将光催化剂生长在活性炭或活性碳纤维上，以有效实现用于空气净化领域中的活性炭或活性碳纤维的再生利用。
为实现上述目的，本发明提供了一种活性炭或活性碳纤维的制备方法，所述活性炭或活性碳纤维在光催化的条件下再生，所述的制备方法包括如下步骤：
A、制备氧化锌溶胶；
B、将干燥的活性炭或活性碳纤维浸入制备的氧化锌溶胶中；
C、等活性炭或活性碳纤维吸附溶胶达到饱和之后，将其从溶胶中捞出，并放入60～80℃的干燥箱中干燥1小时；
D、重复步骤B、步骤C至少一次，最后一次干燥4～6小时。
E、将活性炭或活性炭纤维放入硝酸锌和六次甲基四胺的混合水溶液中，并在80～90℃的条件下水浴加热2～3小时；
F、将活性炭或活性碳纤维取出并用去离子水冲洗，转移到60～80℃的干燥箱干燥2～4小时；
G、取出，转入到300～350℃的真空干燥箱中干燥2～4小时；
H、干燥2～4小时后，关闭真空干燥箱电源，自然冷却。
优选地，在步骤E中，所述硝酸锌和六次甲基四胺的混合水溶液中硝酸锌和六次甲基四胺的浓度相同，并且浓度为0.02～0.03mol/L。
本发明还提供了一种空气净化介质的制备方法，由上述步骤制备方法制备负载有纳米氧化锌的活性炭或活性碳纤维，将所述的活性炭或活性碳纤维加工制作为活性炭空气净化滤网或活性碳纤维空气净化滤网，并在所述空气净化滤网前后各设置至少一个紫外光源。
优选地，制作活性炭空气净化滤网时，所述活性炭为单层填充。
优选地，制作活性碳纤维空气净化滤网时，所述空气净化滤网结构为单层活性碳纤维。
基于上述技术方案，本发明的优点是：
本发明活性炭或活性碳纤维的制备方法及净化介质的制备方法，通过对活性炭或活性碳纤维负载纳米氧化锌，进行光催化再生利用，以达到循环经济的目的。与此同时，纳米氧化锌光催化再生可以大量减少传统热再生技术对能源的消耗，减少大气污染，降低能源浪费，有利于节能减排。进一步，将光催化技术和活性炭或活性碳纤维吸附技术相结合，一方面利用活性炭或活性碳纤维的吸附作用为光催化提供了一个高浓度的反应场所，提高了催化效率；另一方面，吸附在活性炭或活性碳纤维上的有害气体被降解，使得活性炭或活性碳纤维得以无损耗地原位再生，提高了其使用寿命。
具体实施方式
实施例1
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明提供了一种活性炭或活性碳纤维的制备方法，所述活性炭或活性碳纤维在光催化的条件下再生，所述的制备方法包括如下步骤：
A、制备氧化锌溶胶。制备方法为将一定量的醋酸锌加入到400ml的乙醇中，并在95℃的水浴中回流一段时间；冷却之后加入一定量的的氢氧化锂，并搅拌溶解；再对溶胶进行抽滤，以除去溶胶中的大颗粒，之后将溶胶用乙醇稀释一倍。
B、将干燥的活性炭或活性碳纤维浸入上述制备的氧化锌溶胶中。此时的活性炭或活性碳纤维一定要干燥，这样才不会引入水分，防止氧化锌凝胶化聚沉，以至于破坏溶胶的稳定性。
C、等活性炭或活性碳纤维吸附溶胶达到饱和之后，将其从溶胶中捞出，并放入70℃的干燥箱中干燥1小时。在此温度下活性炭或活性碳纤维氧化速度极度缓慢，其重量损耗可以忽略不计；干燥之后，表面形成一层氧化锌种子晶粒层。
D、重复步骤B、步骤C两次，最后一次干燥5小时。重复两次之后，活性炭或活性碳纤维上形成一层均匀致密的氧化锌种晶层。
E、将上述活性炭或活性炭纤维放入硝酸锌和六次甲基四胺的混合水溶液中，并在80～90℃的条件下水浴加热3小时；所述硝酸锌和六次甲基四胺的混合水溶液中硝酸锌和六次甲基四胺的浓度相同，并且浓度为0.02mol/L，这样使得溶液的PH值基本能够保持稳定，有利于硝酸锌的电离水解，以生长出完整的六方氧化锌纳米阵列。
F、将其取出并用去离子水冲洗，去除溶解掉其表面的硝酸锌，之后放入70℃的干燥箱干燥3小时，促使其失水脱羟去除部分水分。
G、取出，转入到320℃的真空干燥箱中干燥3小时。通过高温，氧化锌完全失去水分，形成纳米阵列结构，同时表面的有机物也得以在高温下分解，提高了纳米氧化锌的光催化活性。与此同时，采用真空干燥箱使得活性炭或活性碳纤维处于一个无氧的化学气氛，使其不会在高温的条件下发生严重氧化，从而避免了活性炭或活性碳纤维在较高温度下质量损失严重的缺点。
H、干燥3小时后，关闭真空干燥箱电源，使活性炭或活性碳纤维在真空干燥箱中隔绝空气自然冷却，进一步防止将其从真空干燥箱取出时温度过高导致氧化，发生质量损失。
将经过上述步骤制备的负载有纳米氧化锌的活性炭或活性碳纤维加工制作为空气净化滤网。
当然，对于本领域技术人员不难理解，本发明所述的光催化剂纳米氧化锌也可以换成纳米二氧化钛，只需在制备溶胶时将氧化锌溶胶换成二氧化钛溶胶，省略步骤E、步骤F，并将步骤G中真空干燥箱的温度设置为400～500℃，其余步骤相同即可。
实施例2
本发明还提供了一种空气净化介质的制备方法，由上述步骤制备方法制备负载有纳米氧化锌的活性炭或活性碳纤维，将所述的活性炭或活性碳纤维加工制作为活性炭空气净化滤网或活性碳纤维空气净化滤网，并在所述空气净化滤网前后各设置一个紫外光源，即可实现光催化再生。前后各设置一个紫外光源，基本保证了由活性炭或活性碳纤维所制作的空气净化滤网全方位处于紫外光的辐照之下，保证了光催化效率。
优选地，制作活性炭空气净化滤网时，活性炭为单层填充，这样不仅保证了较小的空气阻力，最重要的是当紫外光照射时，活性炭颗粒不会互相挡光，影响光催化效率。
优选地，制作活性碳纤维空气净化滤网时，所述空气净化滤网结构为单层活性碳纤维，其原因与活性炭单层填充相同。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (5)
1.一种活性炭或活性碳纤维的制备方法，其特征在于：所述活性炭或活性碳纤维在光催化的条件下再生，所述的制备方法包括如下步骤：
A、制备氧化锌溶胶；
B、将干燥的活性炭或活性碳纤维浸入制备的氧化锌溶胶中；
C、等活性炭或活性碳纤维吸附溶胶达到饱和之后，将其从溶胶中捞出，并放入60～80℃的干燥箱中干燥1小时；
D、重复步骤B、步骤至少一次，最后一次干燥4～6小时。
E、将活性炭或活性炭纤维放入硝酸锌和六次甲基四胺的混合水溶液中，并在80～90℃的条件下水浴加热2～3小时；
F、将活性炭或活性碳纤维取出并用去离子水冲洗，转移到60～80℃的干燥箱干燥2～4小时；
G、取出，转入到300～350℃的真空干燥箱中干燥2～4小时；
H、干燥2～4小时后，关闭真空干燥箱电源，自然冷却。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤E中，所述硝酸锌和六次甲基四胺的混合水溶液中硝酸锌和六次甲基四胺的浓度相同，并且浓度为0.02～0.03mol/L。
3.一种空气净化介质的制备方法，其特征在于：根据权利要求1或2的制备方法制备负载有纳米氧化锌的活性炭或活性碳纤维，将所述的活性炭或活性碳纤维加工制作为活性炭空气净化滤网或活性碳纤维空气净化滤网，并在所述空气净化滤网前后各设置至少一个紫外光源。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：制作活性炭空气净化滤网时，所述活性炭为单层填充。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：制作活性碳纤维空气净化滤网时，所述空气净化滤网结构为单层活性碳纤维。
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