CN105597682A - 一种常温除甲醛改性活性炭及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

为解决现有去除空气中甲醛技术存在的去除甲醛效果不理想或不适合产业化生产的问题，本发明提出一种常温除甲醛改性活性炭及其制备方法。该改性活性炭以颗粒状、柱状、球状或蜂窝状高比表面积椰壳活性炭为载体，以CuCl2和FeCl3混合金属盐为改性组分，采用浸渍、干燥、煅烧工艺制备而成。其对气态甲醛具有快速捕捉、高效吸附和工作周期长等特点，可满足室内环境下长时间有效除甲醛的要求。

Description

一种常温除甲醛改性活性炭及其制备方法
技术领域
本发明涉及空气污染物甲醛的治理技术领域，特别涉及一种常温除甲醛改性活性炭及其制备方法。
技术背景
甲醛（formaldehyde）的结构式为HCHO，是无色、具有强烈刺激性气味的气体，是室内空气的代表性污染物之一。甲醛气体的相对密度为1.067，略重于空气，液态（20℃）相对于水的密度为0.815，比水轻，易溶于水、醇和醚，相对分子质量为30.03，熔点是-92℃，沸点是-19.5℃。甲醛30%～40%的水溶液统称为福尔马林，甲醛在空气中的嗅觉阈值为0.06～1.2mg/m3，眼睛的感受阈值为0.01～1.9mg/m3。
甲醛在自然界中的背景值极低，一般在0.02mg/m3水平左右，城市环境空气中的年平均浓度在0.005～0.01mg/m3之间。但是由于室内装修装饰材料的大量使用和组分的越来越复杂，各种潜在的污染物被直接或间接的引入室内。同时，通风情况不佳使得室内有害挥发性气体浓度累积愈来愈高，对室内空气造成了严重污染，在这些污染物中甲醛的浓度就会越来越高，影响也会显得尤为突出。
目前，对于控制室内甲醛气体危害的研究主要分为两个方面：一是控制甲醛的产生渠道，减少甲醛产生量以降低居室内空气中甲醛的浓度；二是对空气中游离的甲醛气体进行治理，使其在空气中的浓度减小，以降低其对人体的危害。
1）通风换气法：室内通风是清除甲醛行之有效的办法，通过室内空气的流动，降低室内空气室内累积的甲醛。在新建筑使用时空气中甲醛等有害物质的含量较多，门窗关闭时间越长含量越高，研究发现门窗关闭7h后甲醛的含量达到关窗前的4～7倍。可选用空气换气装置或自然通风，这样有利于室内材料中甲醛的散发和排放。
2）吸附净化法：吸附净化法是利用多孔性固体表面将气体中的一种或多种组分吸附固定在固体表面，达到去除和分离目的一种净化方法。根据固体吸附剂和气体吸附质分子间作用力的不同，吸附过程划分为物理吸附和化学吸附。由分子间的引力或范德华力引起的吸附称为物理吸附，固体吸附剂与气体分子之间普遍存在着分子间引力，当固体与气体的分子引力大于气体分子间的吸引力时，即使气体的压力低于与操作温度想对应的饱和蒸汽压，气体分子也会冷凝在固体表面上。由固体表面与吸附气体分子间的化学键力所产生的气体吸附称为化学吸附，化学吸附的作用力远大于物理吸附的范德华力。
3）植物净化法：植物净化是功能植物通过自身的新陈代谢作用对室内甲醛进行吸收净化的方法。由于是对室内甲醛进行净化，故采用的植物多为观叶植物，它们一般都比较耐荫，对于气候的变化诸如干燥，通风不良等都有一定的承受力，比较适合室内较弱的光照环境。
4）光催化净化法：光催化净化技术是近些年来逐渐兴起的高科技甲醛污染净化技术，是一种在光催化剂的催化下，将甲醛等有害气体转变为对环境无害物质的前沿技术。相比传统的甲醛净化去除技术，光催化净化甲醛法具有以下几个优势，一是净化的彻底性，光催化净化甲醛，不是单纯的吸附，而是彻底的分解，是化学物质发生了质变；二是净化的广谱性，光催化技术在净化甲醛的同时，几乎能够对所有污染物均产生一定的去除效果；三是净化的实用性，光催化净化在常温常湿的条件下即可实现，且不存在饱和问题，不需要考虑后期复杂的更换维护等程序；四是净化的安全性，光催化净化的终产物一般均是CO2和H2O，对人体和环境无任何伤害。
5）催化氧化法：催化氧化法是近些年来兴起的一种甲醛处理技术，由于不消耗电能及其它能量，能耗较低，且催化剂的负载量可根据污染物的浓度来确定，负载后只需保持甲醛和催化剂的接触即可快速分解甲醛，同时，相比前面的几种方法，催化氧化法的净化深度更深，且能将甲醛完全转化为对环境无害的二氧化碳和水蒸气，不会带来二次污染，方便快捷，较为实用，是目前研究比较热门的方法。但催化氧化法目前也有一些缺点，例如它对环境温度的要求比较高，对环境湿度的要求也比较敏感，同时，催化氧化法的研究一般都是基于贵金属展开的，原料的成本较高，这给它的产业化应用带来一些障碍。
现有甲醛去除处理技术中，通风换气法、吸附净化法和植物净化法均存在着去除甲醛效果不理想的问题，光催化净化法和催化氧化法分别因为不稳定性和成本较高的因素，存在着不适合产业化生产的问题。
发明内容
为解决现有去除空气中甲醛技术存在的去除甲醛效果不理想或不适合产业化生产的问题，本发明提出一种常温除甲醛改性活性炭及其制备方法。
本发明一种常温除甲醛改性活性炭，其特征在于，该活性炭是经过CuCl2和FeCl3混合金属盐改性处理过的颗粒状、柱状或球状的高比表面积的椰壳活性炭。
进一步的，所述椰壳活性炭的碘值为700～1800mg/g，比表面积为800～2000m2/g，灰分<3wt%。
进一步的，所述改性处理包括浸渍、干燥、煅烧工艺，其中，
所述浸渍工艺为：将椰壳活性炭浸泡于CuCl2和FeCl3混合金属盐溶液中，于20～30℃浸泡12～36h；所述CuCl2和FeCl3混合金属盐溶液中，CuCl2和FeCl3的摩尔比1:0.5～1:2，混合后的CuCl2和FeCl3在金属盐溶液中的浓度为0.1～1.2mol/L；所述椰壳活性炭以0.05～0.25g/ml的加入量在混合金属盐溶液中进行浸泡；
所述干燥工艺为：将浸渍工艺后的浸泡液固液分离，得到改性活性炭半干料；将此改性活性炭半干料在70～140℃条件下干燥20～30h，得到改性活性炭干料；
所述煅烧工艺为：将完成干燥工艺后的改性活性炭干料置于350～650℃氮气气氛下焙烧2～5h，制得所需的改性活性炭。
进一步的，所述混合后的CuCl2和FeCl3在金属盐溶液中的浓度为0.5～1.0mol/L；所述椰壳活性炭以0.1～0.2g/ml的加入量在混合金属盐溶液中进行浸泡。
进一步的，所述干燥工艺中的固液分离为通过转鼓离心机，在转速为600-1000转/min条件下，转鼓离心分离；所述干燥工艺的优选工艺条件为：在100～120℃条件下干燥25～28h。
本发明还包括上述常温除甲醛改性活性炭的制备方法，包括以下步骤：
S1、将颗粒状、柱状、球状或蜂窝状椰壳活性炭浸泡于CuCl2和FeCl3混合金属盐溶液中，于20～30℃浸泡12～36h；
S2、将步骤S1所得浸泡液固液分离，得到改性活性炭半干料；
S3、将步骤S2分离后的改性活性炭半干料在70～140℃条件下干燥20～30h，得到改性活性炭干料；
S4、将步骤S3所得的改性活性炭干料置于350～650℃氮气气氛下焙烧2～5h，制得所需的改性活性炭。
进一步的，所述步骤S1中椰壳活性炭的碘值为700～1800mg/g，比表面积为800～2000m2/g，灰分<3wt%；所述CuCl2和FeCl3混合金属盐溶液中，CuCl2和FeCl3按摩尔浓度1:0.5～1:2混合，混合后的CuCl2和FeCl3在金属盐溶液中的浓度为0.1～1.2mol/L；所述椰壳活性炭以0.05～0.25g/ml的加入量在混合金属盐溶液中进行浸泡。
进一步的，所述步骤S1中的椰壳活性炭的碘值为900～1600mg/g；混合后的CuCl2和FeCl3在金属盐溶液中的浓度为0.5～1.0mol/L；所述椰壳活性炭以0.1～0.25g/ml的加入量在混合金属盐溶液中进行浸泡。
进一步的，所述步骤S2中的固液分离为通过转鼓离心机，在转速为600-1000转/min条件下，转鼓离心分离。
进一步的，所述步骤S3的优选方案为：在100～120℃条件下干燥25～28h。
本发明一种常温除甲醛改性活性炭的制备方法简单易行，且由此方法制备的改性活性炭针对气态甲醛具有快速捕捉、高效吸附和工作周期长等特点，可满足室内环境下长时间有效除甲醛的要求。
具体实施方式
实施例1
量取0.1mol/LCuCl2溶液20mL和0.1mol/LFeCl320mL，并混合在一起，称取碘值为700mg/g，比表面积为800m2/g，灰分<2wt%的3mm×5mm（d*h）柱状椰壳活性炭2g，加入上述混合溶液中，在20℃下恒温混合浸泡36h后，通过转鼓离心机，在转速为600转/min条件下，分离后得到改性活性炭半干料，将半干料置于70℃下烘干30h得到改性活性炭干料，将改性活性炭干料置于350℃氮气氛围下焙烧5h制得常温除甲醛改性活性炭。将此改性活性炭0.1g置于甲醛含量为20ppm的密闭装置中，经测定其对甲醛穿透时间分别为1h、2h、3h、4h、5h，对甲醛的去除率分别为85%、88%、89%、92%、95%。
实施例2
量取1.6mol/LCuCl2溶液50mL和0.8mol/LFeCl350mL，并混合在一起，称取碘值为1800mg/g，比表面积为2000m2/g，灰分<3wt%，大小为3mm×5mm（d*h）柱状椰壳活性炭25g，加入上述混合溶液中，在30℃下恒温混合浸泡12h后，通过转鼓离心机，在转速为1000转/min条件下，分离后得到改性活性炭半干料，将半干料置于140℃下烘干20h得到改性活性炭干料，将改性活性炭干料置于650℃氮气氛围下焙烧2h制得常温除甲醛改性活性炭，将此改性活性炭0.1g置于甲醛含量为20ppm的密闭装置中，经测定其对甲醛穿透时间分别为1h、2h、3h、4h、5h，对甲醛的去除率分别为85.5%、87%、90%、92.5%、95.5%。
实施例3
量取0.6mol/LCuCl2溶液50mL和0.4mol/LFeCl350mL，并混合在一起，称取碘值为900mg/g，比表面积为1200m2/g，灰分<1wt%，直径为3mm的球状椰壳活性炭10g，加入上述混合溶液中，在25℃下恒温混合浸泡20h后，通过转鼓离心机，在转速为800转/min条件下，分离后得到改性活性炭半干料，将半干料置于100℃下烘干28h得到改性活性炭干料，将改性活性炭干料置于420℃氮气氛围下焙烧4.5h制得常温除甲醛改性活性炭。将此改性活性炭0.1g置于甲醛含量为20ppm的密闭装置中，经测定其对甲醛穿透时间分别为1h、2h、3h、4h、5h，对甲醛的去除率分别为87%、89%、91%、93%、96%。
实施例4
量取0.8mol/LCuCl2溶液20mL和1.2mol/LFeCl320mL，并混合在一起，称取碘值为1600mg/g，比表面积为1900m2/g，灰分<1.5wt%的30目颗粒状椰壳活性炭8g，加入上述混合溶液中，在25℃下恒温混合浸泡22h后，通过转鼓离心机，在转速为800转/min条件下，分离后得到改性活性炭半干料，将半干料置于110℃下烘干25h得到改性活性炭干料，将改性活性炭干料置于500℃氮气氛围下焙烧3.5h制得常温除甲醛改性活性炭。将此改性活性炭0.1g置于甲醛含量为20ppm的密闭装置中，经测定其对甲醛穿透时间分别为1h、2h、3h、4h、5h，对甲醛的去除率分别为86%、89%、90.5%、93.2%、96.5%。
实施例5
量取0.2mol/LCuCl2溶液20mL和0.3mol/LFeCl320mL，并混合在一起，称取碘值为1400mg/g，比表面积为1500m2/g，灰分<2.5wt%，大小为3mm×5mm（d*h）柱状椰壳活性炭6g，加入上述混合溶液中，在22℃下恒温混合浸泡15h后，通过转鼓离心机，在转速为900转/min条件下，分离后得到改性活性炭半干料，将半干料置于110℃下烘干26h得到改性活性炭干料，将改性活性炭干料置于500℃氮气氛围下焙烧3.5h制得常温除甲醛改性活性炭。将此改性活性炭0.1g置于甲醛含量为20ppm的密闭装置中，经测定其对甲醛穿透时间分别为1h、2h、3h、4h、5h，对甲醛的去除率分别为85.3%、89.6%、90.8%、92.5%、97%。
实施例6
量取0.5mol/LCuCl2溶液20mL和1mol/LFeCl320mL，并混合在一起，称取碘值为1200mg/g，比表面积为1500m2/g，灰分<2.5wt%，大小为3mm×5mm（d*h）柱状椰壳活性炭6g，加入上述混合溶液中，在22℃下恒温混合浸泡18h后，通过转鼓离心机，在转速为800转/min条件下，分离后得到改性活性炭半干料，将半干料置于110℃下烘干27h得到改性活性炭干料，将改性活性炭干料置于550℃氮气氛围下焙烧4h制得常温除甲醛改性活性炭。将此改性活性炭0.1g置于甲醛含量为20ppm的密闭装置中，经测定其对甲醛穿透时间分别为1h、2h、3h、4h、5h，对甲醛的去除率分别为86.2%、88.8%、90.5%、93%、96.3%。
本发明一种常温除甲醛改性活性炭的制备方法简单易行，且由此方法制备的改性活性炭针对气态甲醛具有快速捕捉、高效吸附和工作周期长等特点，可满足室内环境下长时间有效除甲醛的要求。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种常温除甲醛改性活性炭，其特征在于，该活性炭是经过CuCl2和FeCl3混合金属盐改性处理过的颗粒状、柱状或球状的高比表面积的椰壳活性炭。
2.根据权利要求1所述的改性活性炭，其特征在于，所述椰壳活性炭的碘值为700～1800mg/g，比表面积为800～2000m2/g，灰分<3wt%。
3.根据权利要求1或2所述的改性活性炭，其特征在于，所述改性处理包括浸渍、干燥、煅烧工艺，其中，
所述浸渍工艺为：将椰壳活性炭浸泡于CuCl2和FeCl3混合金属盐溶液中，于20～30℃浸泡12～36h；所述CuCl2和FeCl3混合金属盐溶液中，CuCl2和FeCl3的摩尔比1:0.5～1:2，混合后的CuCl2和FeCl3在金属盐溶液中的浓度为0.1～1.2mol/L；所述椰壳活性炭以0.05～0.25g/ml的加入量在混合金属盐溶液中进行浸泡；
所述干燥工艺为：将浸渍工艺后的浸泡液固液分离，得到改性活性炭半干料；将此改性活性炭半干料在70～140℃条件下干燥20～30h，得到改性活性炭干料；
所述煅烧工艺为：将完成干燥工艺后的改性活性炭干料置于350～650℃氮气气氛下焙烧2～5h，制得所需的改性活性炭。
4.根据权利要求3所述的改性活性炭，其特征在于，所述混合后的CuCl2和FeCl3在金属盐溶液中的浓度为0.5～1.0mol/L；所述椰壳活性炭以0.1～0.2g/ml的加入量在混合金属盐溶液中进行浸泡。
5.根据权利要求4所述的改性活性炭，其特征在于，所述干燥工艺中的固液分离为通过转鼓离心机，在转速为600-1000转/min条件下，转鼓离心分离；所述干燥工艺的优选工艺条件为：在100～120℃条件下干燥25～28h。
6.权利要求1所述的常温除甲醛改性活性炭的制备方法，包括以下步骤：
S1、将颗粒状、柱状、球状或蜂窝状椰壳活性炭浸泡于CuCl2和FeCl3混合金属盐溶液中，于20～30℃浸泡12～36h；
S2、将步骤S1所得浸泡液固液分离，得到改性活性炭半干料；
S3、将步骤S2分离后的改性活性炭半干料在70～140℃条件下干燥20～30h，得到改性活性炭干料；
S4、将步骤S3所得的改性活性炭干料置于350～650℃氮气气氛下焙烧2～5h，制得所需的改性活性炭。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中椰壳活性炭的碘值为700～1800mg/g，比表面积为800～2000m2/g，灰分<3wt%；所述CuCl2和FeCl3混合金属盐溶液中，CuCl2和FeCl3按摩尔浓度1:0.5～1:2混合，混合后的CuCl2和FeCl3在金属盐溶液中的浓度为0.1～1.2mol/L；所述椰壳活性炭以0.05～0.25g/ml的加入量在混合金属盐溶液中进行浸泡。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的椰壳活性炭的碘值为900～1600mg/g；混合后的CuCl2和FeCl3在金属盐溶液中的浓度为0.5～1.0mol/L；所述椰壳活性炭以0.1～0.25g/ml的加入量在混合金属盐溶液中进行浸泡。
9.根据权利要求5～7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的固液分离为通过转鼓离心机，在转速为600-1000转/min条件下，转鼓离心分离。
10.根据权利要求5～7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3的优选方案为：在100～120℃条件下干燥25～28h。
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