CN105056892B - 一种从空气中分离甲醛的活性炭吸附剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从空气中分离甲醛的活性炭吸附剂，本发明公开的活性炭吸附剂对甲醛和多种小分子有机物都具有良好的吸附和氧化分解能力。本发明对活性炭载体进行了改性，通过添加剂浸渍、活化、酸洗等步骤，扩大了活性炭中中孔的数量，更有利于活性炭对金属氧化物催化剂的负载，提高了比表面积，增加了金属氧化物催化剂和甲醛的接触，提高了对甲醛的分解速度，并延长了活性炭吸附剂的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种能吸附分解甲醛的吸附材料及其应用于除去室内空气中甲醛污染物的方法，属于室内空气净化技术领域。
背景技术
甲醛是室内装修装修产生的主要空气污染物之一，其来源多样，主要包括各种粘合胶、各种人工合成板材、墙纸、涂料、泡沫材料、化纤产品等。甲醛对于人体健康有着巨大的影响，室内环境中的甲醛会缓慢释放，部分质量较差的建材释放甲醛类污染物的周期长达两年，长期接触甲醛，可以引起慢性呼吸系统疾病，头疼、记忆力下降等多种症状。
甲醛的净化方法多种多样，主要包括物理吸附和化学降解法，化学降解法是利用可以与甲醛反应的化学试剂来吸收甲醛，但是都存在可重复利用，容易造成二次污染的缺点。现在较为成熟的甲醛净化方法是采用物理吸附和化学降解结合的方法来降解甲醛，取得了较好的净化效果。目前采用较多的是光降解技术，通常是将氧化锌、氧化钨、硫化镉等具有光催化能力的物质负载到具有物理吸附能力的活性炭、分子筛等载体上，在光照的作用下将甲醛氧化分解。
活性炭材料是一种重要的无定形碳素材料，为黑色多孔固体，化学性质稳定，孔隙结构发达，具有巨大的比表面积，是一种优良的吸附剂，具有丰富的孔道结构和巨大的比表面积，已广泛地应用于环保、化工、食品加工、湿法冶金、药物精制、军事化学防护等各个领域。活性炭还具有一定的催化活性，活性炭具有类石墨片层结构，石墨层面中π电子具有一定的催化活性，边缘及表面缺陷处的碳原子所具有的不成对电子也可在催化中发挥作用，表面含氧基团又呈现出固体酸、碱的催化作用。将氧化催化剂与活性炭结合净化甲醛是未来净化甲醛技术的发展方向。
活性炭吸附氧化法首先是被吸附物质首先接触活性炭外表面，然后再进入其大孔、中孔以及微孔中，吸附质分子与活性炭之间靠范德华力相互吸引，使吸附质吸附在活性炭孔隙之中，再通过吸附在活性炭孔道之中的氧化催化剂将其氧化成无害的物质。虽然目前市面上出现一些净化甲醛的改性活性炭，如硫代硫酸钠、高锰酸钾等改性的活性炭吸附剂，尽管比普通的活性炭吸附剂的性能能够提高1～2倍，但仍然达不到预期的净化效果。
CN101337177A公开了一种能吸附并分解甲醛的活性炭，它包括负载有金属酞菁的活性炭，其中金属酞菁的负载量为0.1-15％；所述的活性炭包括纤维状活性炭、颗粒状活性炭、粉末状活性炭等各种形状的活性炭；所述的金属酞菁为单核金属酞菁、双核金属酞菁、多核金属酞菁、聚合酞菁以及上述不同金属酞菁混合物中的一种。该负载活性炭只要空气中存在氧气就可分解甲醛，无需可见光或紫外光照射，各种场合都可方便使用，还可以根据需要将活性炭加工成各种形状。
CN101642698A公开了一种从空气中高效分离甲醛的吸附剂及其制备方法。该吸附剂载体为活性炭，其表面附着-NH、-NH2和-NH3中的一种或多种，-NH、-NH2和-NH3的前体物是碳酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵、硝酸铵、氯化铵、乙二胺、己二胺、苯胺、尿素中的一种。使用本发明所述的吸附剂，能够在室温条件下，吸附分离空气中的甲醛和苯系物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种从空气中分离甲醛的活性炭吸附剂及其制备方法，在室温下本发明提供的吸附剂可以有效的吸收空气中的甲醛，且吸附容量大，使用寿命长。
一种从空气中分离甲醛的活性炭吸附剂，包括：改性活性炭载体80-90％；活性金属氧化物10-20％，多烯多胺1-5％。
所述多烯多胺选自乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或多种。
所述金属氧化物选自氧化锌、氧化锰、氧化钛中的一种或多种；优选是氧化锌和氧化锰，其中氧化锌和氧化锰的摩尔比是1∶3-6。
所述改性活性炭载体的平均孔径为2.36-4.79nm。
一种用于从空气中分离甲醛的活性炭吸附剂的制备方法，配制活性金属的可溶性盐的水溶液，将改性活性炭浸渍在所述水溶液中1-10h，干燥1-5h，然后在500-600℃下煅烧1-6h；然后将浸渍了活性金属的活性炭浸渍到多烯多胺的水溶液中1-5h，在120-150℃下干燥2-10h，得到活性炭吸附剂产品。
所述改性活性炭载体的制备方法包括如下步骤：1)可溶性碳酸盐和可溶性硝酸盐按照2-5∶1的摩尔比配制质量浓度为10-30％的水溶液；2)将活性炭浸渍在步骤1)得到的水溶液中10-24h；3)在120-150℃下干燥2-5h；4)在超临界水中活化0.1-1h；5)在常温下进行酸洗、水洗；6)干燥后得到改性活性炭载体。其中所述可溶性碳酸盐是碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾中的一种或多种；所述可溶性硝酸盐是硝酸钠、硝酸钾、硝酸铵中的一种或多种。
所述活性炭载体是来自于植物或煤加工得到的，优选所述活性炭载体来自于无烟煤煅烧制备，制备过程中的烧失率为25-35％，优选烧失率为30-35％；更优选活性炭的制备包括以下步骤：无烟煤除去杂质并粉碎成粒径为0.01-0.1mm的颗粒；加入聚甲基丙烯酸酯搅拌成型，在100-150℃下煅烧10-24h，在800-900℃下煅烧5-12h，在750-800℃和水蒸气条件下活化1-24h，即得到所述活性炭载体。
本发明对活性炭载体进行了改性，通过添加剂浸渍、活化、酸洗等步骤，扩大了活性炭中中孔的数量，更有利于活性炭对金属氧化物催化剂的负载，提高了比表面积，增加了金属氧化物催化剂和甲醛的接触，提高了对甲醛的分解速度，并延长了活性炭吸附剂的使用寿命。
与现有技术相比，本发明的催化材料以改性的活性炭作为载体，增加了活性炭中的中孔数量和比例，负载活性金属后催化氧化能力更强，分解速度也更快，具备高速吸附和快速分解的功能，在室温高空速下对甲醛的有效去除高达99％以上，看可以用于各种空气净化器中。此外该吸附剂对多种小分子有机物也有一定的吸附分解效果，该产品还具有成型性好的特点，也可加工成各种特定形状，用于多种密闭空间的空气净化。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明
实施例1
改性活性炭载体的制备
无烟煤除去杂质并粉碎成粒径为0.01-0.1mm的颗粒；加入聚甲基丙烯酸酯搅拌成型，在120℃下煅烧10h，在800℃下煅烧12h，在800℃和水蒸气条件下活化24h，即得到活性炭载体；碳酸钠和硝酸钠按照2∶1的比例配制质量浓度为20％的水溶液，将活性炭浸渍在步骤水溶液中10h，在120℃下干燥3h，在超临界水中活化1h，在常温下进行酸洗、水洗，干燥后得到改性活性炭载体。
活性炭吸附剂的制备
配制高锰酸钾、硝酸锌的水溶液，将改性活性炭浸渍在所述水溶液中1h，干燥2h，然后在500℃下煅烧6h；将浸渍了活性金属的活性炭浸渍在多烯多胺的水溶液1h，在120℃干燥5h后得到活性炭吸附剂产品。
实施例2
改性活性炭载体的制备
采用烧失率为30％的煤基活性炭；碳酸钠和硝酸钠按照5∶1的比例配制质量浓度为25％的水溶液，将活性炭浸渍在步骤水溶液中10h，在150℃下干燥2h，在超临界水中活化3h，在常温下进行酸洗、水洗，干燥后得到改性活性炭载体。
活性炭吸附剂的制备
配制高锰酸钾、硝酸锌的水溶液，将改性活性炭浸渍在所述水溶液中2h，干燥1h，然后在500℃下煅烧6h；将浸渍了活性金属的活性炭浸渍在多烯多胺的水溶液中2h，在120℃干燥5h后得到活性炭吸附剂产品。
对比例1
采用普通的煤基活性炭作为活性炭载体，配制高锰酸钾、硝酸锌的水溶液，将改性活性炭浸渍在所述水溶液中1h，干燥2h，然后在500℃下煅烧6h；将浸渍了活性金属的活性炭浸渍在多烯多胺的水溶液1h，在120℃干燥5h后得到活性炭吸附剂产品。
对比例2
采用普通的煤基活性炭作为活性炭载体，配制高锰酸钾、硝酸锌的水溶液，将改性活性炭浸渍在所述水溶液中1h，干燥2h，然后在500℃下煅烧6h后得到活性炭吸附剂产品。
为了更好的证明本发明的甲醛吸附性能，将本发明的实施例和对比例分别置于直径10mm的反应器，吸附剂填充体积为20毫升，通过甲醛浓度为5mg/m3的空气，空速为80000h-1，产品的吸附效果如下表所示
| 实施例1 | 实施例2 | 对比例1 | 对比例2 | |
| 吸附率(1h) | 99.6 | 99.9 | 99.3 | 95.2 |
| 吸附率(10h) | 99.7 | 98.3 | 85.6 | 70.8 |
| 吸附率(100h) | 94.3 | 88.7 | 68.2 | 49.5 |
| 吸附率(500h) | 81.6 | 70.8 | 46.5 | 35.0 |
从吸附试验数据可以看出，本发明的吸附剂具有更好的甲醛吸附容量和使用寿命，同时在吸附效果也更优秀。
Claims (5)
1.一种从空气中分离甲醛的活性炭吸附剂，包括改性活性炭载体 80-90％，活性金属氧化物 10-20％，多烯多胺 1-5％，改性活性炭载体、活性金属氧化物以及多烯多胺的用量之和为100%；
所述活性金属氧化物是氧化锌和氧化锰，其中氧化锌和氧化锰的摩尔比是 1∶3-6；
所述改性活性炭载体的制备方法包括如下步骤：1) 可溶性碳酸盐和可溶性硝酸盐按照 2-5∶1 的摩尔比配制质量浓度为 10-30％的水溶液；2) 将活性炭载体浸渍在步骤 1)得到的水溶液中10-24h；
3)在120-150℃下干燥2-5h；4)在超临界水中活化0.1-1h；5)在常温下进行酸洗、水洗；6) 干燥后得到改性活性炭载体；
所述活性炭载体是源于无烟煤的活性炭载体，制备过程中的烧失率为 30-35％；源于无烟煤的活性炭载体的制备包括以下步骤：无烟煤除去杂质并粉碎成粒径为 0.01-0.1mm的颗粒；加入聚甲基丙烯酸酯搅拌成型，在 100-150℃下煅烧 10-24h，在 800-900℃下煅烧5-12h，在 750-800℃和水蒸气条件下活化 1-24h，即得到所述活性炭载体。
2.根据权利要求 1 所述的一种从空气中分离甲醛的活性炭吸附剂，其特征在于所述多烯多胺选自二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或多种。
3.根据权利要求 1 所述的一种从空气中分离甲醛的活性炭吸附剂，其特征在于所述可溶性碳酸盐是碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾中的一种或多种；所述可溶性硝酸盐是硝酸钠、硝酸钾、硝酸铵中的一种或多种。
4.根据权利要求 1 所述的一种从空气中分离甲醛的活性炭吸附剂，其特征在于所述改性活性炭载体的平均孔径为 2.36-4.79nm。
5.权利要求 1 中所述的一种从空气中分离甲醛的活性炭吸附剂的制备方法，配制活性金属的可溶性盐的水溶液，将改性活性炭载体浸渍在所述水溶液中 1-10h，干燥 1-5h，然后在 500-600℃下煅烧 1-6h；然后将浸渍了活性金属的改性活性炭载体浸渍到多烯多胺的水溶液中1-5h，在 120-150℃下干燥 2-10h，得到活性炭吸附剂产品。
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