CN104353425A - 一种能吸附甲醛的粉煤灰及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能吸附甲醛的粉煤灰的制备方法，采用粉煤灰作为吸附材料，所述方法包括：1)通过表面活性剂对所述粉煤灰进行改性，先搅拌后再浸泡；2)用甲醛捕捉剂对步骤1)得到的产物行负载处理，浸泡；3)常温干燥去除大部分水，再进行冷冻干燥，制备得到能吸附甲醛的粉煤灰。本发明制得的改性粉煤灰可以更深层次解决困扰室内空气中甲醛释放问题，保障人体健康，同时反应后的粉煤灰可以作为肥料，不对环境产生二次污染。

Description

一种能吸附甲醛的粉煤灰及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种消除甲醛的材料的制备方法，特别涉及一种能消除甲醛的粉煤灰的制备方法。

背景技术

甲醛是一种全身性毒物，它会降低机体各个器官的抗氧化能力，从而导致器官的氧化损伤，并且浓度越高损伤越严重。室内的甲醛污染主要来源于家具、建筑来源、织物、木制品填料、化妆品、清洁剂和个人用品等。目前，国内外采取了多种方法来治理室内甲醛的污染，这些净化技术总结起来主要有：吸附技术、光催化技术、空气负离子技术、化学中和技术、臭氧氧化技术、生物技术、常温催化氧化技术、材料封闭技术等。这些技术中各有各的优点，如光催化技术能降解室内甲醛，但由于其在室内，能产生光催化作用的光较少，效果有限；采用负离子技术和臭氧技术也是不错的方法，但是要使空气中产生合适量的负离子或臭氧是需要合适的条件的；化学中和技术和常温催化氧化是好的方法，在一般情况下就能消除甲醛；利用生物技术是一种较好的方法，使用条件和产生的效果都较为有限；利用材料封闭技术不能彻底的隔绝有害物，被减缓释放有害物的持续时间会更久；而采用吸附技术是当前的主流净化技术之一，它因较少受到其他使用的条件的影响，而被广泛的应用。

常用的甲醛吸附剂一般是活性炭，而活性炭生产成本较高，且需要使用大量森林资源或者煤炭资源，因此，寻求能有替代活性炭的甲醛吸附材料是有非常重要的意义。粉煤灰是燃煤发电厂所排出的固体废弃物。近年来，我国的粉煤灰的排放量以每年极快的速度递增。目前粉煤灰的利用率相对于其他的固体废弃物较低，仅约为30％，而且主要用于筑路建材、农业等领域。近年来，粉煤灰的综合利用问题日益受到关注。因为粉煤灰中含比较多的活性氧化铝及氧化硅，故其具有一定的吸附能力，然而未被改性的粉煤灰的吸附容量不高。因此，需对粉煤灰先进行改性处理再对改性后的粉煤灰进行吸附性能的研究，使粉煤灰在废水处理方面拥有更广阔的应用前景。我国是煤炭生产和消费大国,而且灰渣排放量巨大,但目前综合利用率低，并且主要用于建材，绝大部分废弃堆放，不仅占用大量耕地，而且对生态环境造成威胁。因此开发粉煤灰的新用途，从根本上解决去粉煤灰的环境污染问题是非常必要的。近几年来，国内外对粉煤灰应用的研究重点大多是通过制备吸附剂及催化剂来处理废水污染。在废气处理方面，使用粉煤灰来处理NOSO₂和CO₂等大气污染物。而目前对甲醛的吸附研究则报道较少，因此，研究不同方法改性后的粉煤灰对空气中存在的甲醛的去除效果和吸附特性，探讨粉煤灰对甲醛的吸附以及脱附的机理，阐述粉煤灰在室内污染物去除方面的应用前途，从而为粉煤灰的综合利用提供了一种新途径。当前文献中关于吸附甲醛的粉煤灰的制备方法有以下几种类型，1)钠型改性粉煤灰；2)钙型改性粉煤灰；3)铁型改性粉煤灰；4)ZnCl₂改性粉煤灰。他们的共同特点是采用不同的物质对粉煤灰进行简单的处理，如浸泡、酸碱处理等方法，这种处理后的粉煤灰的对甲醛的吸附活性有所改善，但本质上还是对甲醛的简单吸附，没有涉及利用化学反应彻底消除。CN101940909A公开了一种高效生态型无机甲醛吸附材料及其制备方法，并具体公开了以硅铝酸盐聚合物为主要成分，由无定形态和晶体态无机组分组成，具有三维网状多孔凝胶结构和胶凝特性，其中，所述的无定形态成分是由硅氧四面体与铝氧四面体发生缩聚反应形成的以-O-Si-O-Al-O-为骨架的无机大分子聚合物，其化学组成为SiO₂：45～50wt％，Al₂O₃：35～45wt％，Na₂O：为10～15％；所述的晶体态成分包含选自下列中的至少一种：石英、莫莱石和长石。

发明内容

针对现有技术中较少的涉及吸附甲醛的粉煤灰的问题，尤其是没有利用化学改性处理粉煤灰进行甲醛吸附的问题，本发明提出一种能吸附甲醛的粉煤灰的制备方法。

一种能吸附甲醛的粉煤灰的制备方法，采用粉煤灰作为吸附材料，所述方法包括：

1)通过表面活性剂N,N-二甲基癸酰胺和双辛醇琥珀酸双酯磺酸钠，二者质量比例关系为3:1，对所述粉煤灰进行改性，先搅拌后再浸泡0.5小时；

2)用甲醛捕捉剂2-氨基-2-甲基-1-丙醇对步骤1)得到的产物行负载处理，浸泡1.5小时；

3)常温干燥去除大部分水，使其含水率低于30％，再进行冷冻干燥，其中常温干燥温度不超过35℃，冷冻干燥温度不高于室温；常温干燥5-6小时，冷冻干燥1-2小时，制备得到能吸附甲醛的粉煤灰。

其中所述粉煤灰选自电厂或燃煤装置的固体废弃物中的一种或两种。

其中步骤1)中所述的表面活性剂用量是所处理的活性炭用量的5-10wt％，优选7-9wt％。

其中步骤2)中所述的甲醛捕捉剂用量是所处理的活性炭重量的7-11wt％，优选8-10wt％。

本发明是从粉煤灰的表面活性剂改性出发，通过在研磨得到部分破壁的粉煤灰颗粒内外表面进行高分子表面活性剂的包覆作用，得到一种可负载的界面。由于粉煤灰自身对甲醛有吸附作用，但这种吸附极易达到吸附平衡。

本发明选用具有一定吸附能力的粉煤灰作为载体，通过表面活性剂的改性活化后，负载低分子量易降解的无机碱、有机碱或聚合物型甲醛捕捉剂，制备具有消除甲醛的活化负载粉煤灰，用于吸附室内空气中的污染物甲醛。与活性炭相比，该种负载粉煤灰不仅仅具有价格便宜，深度利用固体废弃物，节约了资源，更关键的是它能够深层次的除甲醛。在一个室内污染的环境中，活性炭容易达到吸附平衡，一旦达到吸附平衡之后，活性炭不能再吸附甲醛，同时也没有明确的提示需更换新的活性炭或它需要再生活化的准确时间。而改性活化的粉煤灰负载了甲醛捕捉剂，吸附过来的甲醛与甲醛捕捉剂反应后，在粉煤灰的周围会一直存在一个甲醛的低浓度区域，从而在空气中制造出甲醛的浓度梯度，高浓度区域的甲醛会自发扩散过来，并继续与甲醛捕捉剂反应。这种机理会让室内空气中的甲醛不断的被消除，直至甲醛捕捉剂全部反应完毕。由于负载低分子聚合物型甲醛捕捉剂的粉煤灰在与甲醛反应后会使粉煤灰硬化板结，所以可以根据粉煤灰粉料包的柔软程度而确定是否需要更换，这样便于保证室内的空气质量。同时与甲醛反应后的甲醛捕捉剂可以作为一种易降解的植物肥料，不会对环境造成二次污染。对于使用光催化消除甲醛的方法，因为室内场所，通常较少有紫外光催化，因此在使用上存在着问题，本发明采用的对甲醛的吸附消除反应在室内条件下就可以很快完成，不需要其他附加条件。

本发明一方面是对粉煤灰的深度综合利用的一种新的尝试，处理了固体废弃物，节约了活性炭资源，保护了环境；另一方面室内甲醛的释放方式是长期的、缓慢的，活性炭在一定时间内吸附达到平衡后，很难继续消除空气中的甲醛。负载甲醛捕捉剂的粉煤灰则是把吸附过来的甲醛反应掉，消除甲醛彻底，可以长时间的消除甲醛，直至甲醛捕捉剂消耗完毕。而且容易通过判断粉煤灰包的柔软程度确定甲醛捕捉剂是否反应完全，所以便于更换粉煤灰包，能长期保持室内空气的质量。因此负载后的粉煤灰可以更深层次解决困扰室内空气中甲醛释放问题，保障人体健康，同时反应后的粉煤灰可以作为肥料，不对环境产生二次污染，因此改性负载活化粉煤灰及其吸附甲醛的机理研究具有重要的理论意义与应用价值。

具体实施方式

下面将结合本申请的具体实施方式，对本申请的技术方案进行详细的说明，但如下实施例仅是用以理解本发明，而不能限制本申请，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，本申请可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

取电厂或燃煤装置的固体废弃物100克，通过5g表面活性剂N,N-二甲基癸酰胺和双辛醇琥珀酸双酯磺酸钠对所述原料进行改性，其中N,N-二甲基癸酰胺和双辛醇琥珀酸双酯磺酸钠二者之比是3:1；先搅拌后再浸泡0.5小时，再用7g甲醛捕捉剂2-氨基-2-甲基-1-丙醇对上述得到的产物进行负载处理，浸泡1.5小时；20℃干燥去除大部分水，使其含水率低于30％，再进行冷冻干燥，冷冻干燥温度不高于室温，常温干燥5小时，冷冻干燥1小时，制备得到能吸附甲醛的粉煤灰。

实施例2

取电厂或燃煤装置的固体废弃物100克，通过8g表面活性剂N,N-二甲基癸酰胺和双辛醇琥珀酸双酯磺酸钠对所述原料进行改性，其中N,N-二甲基癸酰胺和双辛醇琥珀酸双酯磺酸钠二者之比是3:1；先搅拌后再浸泡0.5小时，再用9g甲醛捕捉剂2-氨基-2-甲基-1-丙醇对上述得到的产物进行负载处理，浸泡1.5小时；20℃干燥去除大部分水，使其含水率低于30％，再进行冷冻干燥，冷冻干燥温度不高于室温，常温干燥5小时，冷冻干燥1小时，制备得到能吸附甲醛的粉煤灰。

实施例3

取电厂或燃煤装置的固体废弃物100克，通过10g表面活性剂N,N-二甲基癸酰胺和双辛醇琥珀酸双酯磺酸钠对所述原料进行改性，其中N,N-二甲基癸酰胺和双辛醇琥珀酸双酯磺酸钠二者之比是3:1；先搅拌后再浸泡0.5小时，再用11g甲醛捕捉剂2-氨基-2-甲基-1-丙醇对上述得到的产物进行负载处理，浸泡1.5小时；20℃干燥去除大部分水，使其含水率低于30％，再进行冷冻干燥，冷冻干燥温度不高于室温，常温干燥5小时，冷冻干燥1小时，制备得到能吸附甲醛的粉煤灰。

对比例1

取电厂或燃煤装置的固体废弃物100克，通过10g表面活性剂辛基酚聚氧乙烯醚对所述原料进行改性；先搅拌后再浸泡0.5小时，再用11g甲醛捕捉剂2-氨基-2-甲基-1-丙醇对上述得到的产物进行负载处理，浸泡1.5小时；20℃干燥去除大部分水，使其含水率低于30％，再进行冷冻干燥，冷冻干燥温度不高于室温，常温干燥5小时，冷冻干燥1小时，制备得到能吸附甲醛的粉煤灰。

对比例2

取电厂或燃煤装置的固体废弃物100克，通过10g表面活性剂N,N-二甲基癸酰胺和双辛醇琥珀酸双酯磺酸钠对所述原料进行改性，其中N,N-二甲基癸酰胺和双辛醇琥珀酸双酯磺酸钠二者之比是3:1；先搅拌后再浸泡0.5小时，再用11g甲醛捕捉剂氢氧化钠对上述得到的产物进行负载处理，浸泡1.5小时；20℃干燥去除大部分水，使其含水率低于30％，再进行冷冻干燥，冷冻干燥温度不高于室温，常温干燥5小时，冷冻干燥1小时，制备得到能吸附甲醛的粉煤灰。

对比例3

取电厂或燃煤装置的固体废弃物100克，通过10g表面活性剂N,N-二甲基癸酰胺和双辛醇琥珀酸双酯磺酸钠对所述原料进行改性，其中N,N-二甲基癸酰胺和双辛醇琥珀酸双酯磺酸钠二者之比是2:1；先搅拌后再浸泡0.5小时，再用11g甲醛捕捉剂2-氨基-2-甲基-1-丙醇对上述得到的产物进行负载处理，浸泡1.5小时；20℃干燥去除大部分水，使其含水率低于30％，再进行冷冻干燥，冷冻干燥温度不高于室温，常温干燥5小时，冷冻干燥1小时，制备得到能吸附甲醛的粉煤灰。

对比例4

取电厂或燃煤装置的固体废弃物100克，通过10g表面活性剂N,N-二甲基癸酰胺和双辛醇琥珀酸双酯磺酸钠对所述原料进行改性，其中N,N-二甲基癸酰胺和双辛醇琥珀酸双酯磺酸钠二者之比是4:1；先搅拌后再浸泡0.5小时，再用11g甲醛捕捉剂2-氨基-2-甲基-1-丙醇对上述得到的产物进行负载处理，浸泡1.5小时；20℃干燥去除大部分水，使其含水率低于30％，再进行冷冻干燥，冷冻干燥温度不高于室温，常温干燥5小时，冷冻干燥1小时，制备得到能吸附甲醛的粉煤灰。

对实施例1-3和对比例1-4制得的改性粉煤灰产品进行性能测试。方法是制备一个含一定浓度甲醛的环境，然后用一定质量的粉煤灰去消除，按国家标准检测剩下甲醛的量，计算出被消除甲醛的量。

具体操作方式如下：将1g或2g粉体放入一个500ml的密闭空间中，注入0.41μg的甲醛。静置24小时候将密闭空间内气体抽出，通入乙酰丙酮和乙酸铵的混合溶液中，60℃恒温水浴加热15分钟待溶液变色后测紫外－可见光谱，得到样品的吸光度。然后根据回归方程可以算出样品中所含的剩余的甲醛量，从而得出被吸附的甲醛含量。(测试方法与过程依据GB/T 15516-1995空气质量甲醛的测定乙酰丙酮分光光度法)

表不同重量的活性炭的甲醛吸附量(24小时)

通过实施例1-3和对比例1-4以及活性炭原粉进行甲醛吸收测试可以看出，采用相同的测试条件下，改性后的粉煤灰吸收甲醛的效果明显优于粉煤灰原粉，可见改性对粉煤灰吸附甲醛的性能带来了较大的提升；另外表面活性剂用量、种类和甲醛捕捉剂用量、种类对粉煤灰的改性也有较大影响。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种更改和变换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种能吸附甲醛的粉煤灰的制备方法，其特征在于采用粉煤灰作为吸附材料，所述方法包括：

1)通过表面活性剂N,N-二甲基癸酰胺和双辛醇琥珀酸双酯磺酸钠，二者质量比例关系为3:1，对所述粉煤灰进行改性，先搅拌后再浸泡0.5小时；

2)用甲醛捕捉剂2-氨基-2-甲基-1-丙醇对步骤1)得到的产物行负载处理，浸泡1.5小时；

3)常温干燥去除大部分水，使其含水率低于30％，再进行冷冻干燥，其中常温干燥温度不超过35℃，冷冻干燥温度不高于室温；常温干燥5-6小时，冷冻干燥1-2小时，制备得到能吸附甲醛的粉煤灰；

其中所述粉煤灰选自电厂或燃煤装置的固体废弃物中的一种或两种；

其中步骤1)中所述的表面活性剂用量是所处理的活性炭用量的5-10wt％，优选7-9wt％；

其中步骤2)中所述的甲醛捕捉剂用量是所处理的活性炭重量的7-11wt％，优选8-10wt％。