CN106345409A - 一种高效吸附甲醛的活性炭材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效吸附甲醛的活性炭材料的制备方法,包括：活性炭原材料的原位改性处理、改性活性炭原材料的成型活化处理、改性活性炭原材料的进一步活化处理等三个步骤。本方法将两种改性处理方式相结合制得的活性炭材料，不仅能将有害气体吸附至活性炭材料表面，还能使有害气体与活性炭材料之间形成化学吸附，并通过金属氧化物的高效催化氧化作用，将有害气体分解成二氧化碳和水，达到彻底净化空气的目的。

Description

一种高效吸附甲醛的活性炭材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高效吸附甲醛的活性炭材料的制备方法,属于室内空气净化领域。

背景技术

人的一生平均有80％的时间在室内度过，室内空气质量与人类健康关系十分密切。近年来，随着人民生活质量的提高，各种室内保温、室内装修装饰材料被广泛应用。装修过程中使用的多种装饰装修材料含有甲醛、苯类等挥发性有机物，造成室内空气污染，对机体健康的影响日益受到人们的重视。其中，甲醛污染成为人们日常生活中最为关心的问题。室内甲醛污染主要来源于建筑材料、家具、化纤、地毯、燃料燃烧、吸烟、各种化妆品、防臭剂、消毒液等。做家具常用的颗粒板、聚合板多以脲甲醛作粘合剂，当遇热潮解时，甲醛就从树脂中释放出来。另外，化纤地毡、地扳革、塑料壁纸、油漆也能释放大量的甲醛。

甲醛的处理方法有光催化氧化法、低温等离子法、吸附法等等。吸附法以其较低的成本和较高的甲醛去除率等优点，受到越来越多研究者的关注。常规的甲醛吸附在吸附气态污染物之后容易饱和，不能再次进行吸收，反而会因为吸收过量而造成气体污染物脱附的现象发生，使室内空气二次污染。而且常规活性炭材料改性处理方法往往只是注重于对甲醛等气态污染物吸附处理，不能实现对甲醛气体的进一步氧化处理。

发明内容

本发明针对现有技术问题提供一种纳米限域性吸附催化甲醛的活性炭材料的制备方法，本发明制备的活性炭材料内部孔洞是纳米级别的，能够在常温状态下长效吸附与催化甲醛，治理室内空气。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高效吸附甲醛的活性炭材料的制备方法，包括：

1)活性炭原材料的原位改性处理：

取100重量份的含碳原料放于搅拌机内，加入50-500重量份的水，不断搅拌后，加入10-50重量份的粘合剂，继续搅拌，得混合浆料，向混合浆料中加入1-50重量份质量分数0.01％-10％的金属盐溶液，再置于气浴恒温振荡器中，继续震荡搅拌10-300min，得混合浆体材料；

2)改性活性炭原材料的成型活化处理：

把1)得到的混合浆体材料装入位于挤压机内的模具中，通过模具挤压成型后得条料，烘干，将烘干后的条料放入微波高温烧结炉中，在惰性气体气氛下炭化，将炭化后的条料投入活化炉内活化，用过热水蒸汽作活化剂，活化1-25小时，得成型的改性活性炭体；

3)改性活性炭原材料的进一步活化处理：

将2)所得的改性活性炭体浸渍于无机铵盐溶液中，再用蒸馏水清洗，烘干，再放入烘箱中改性处理，得活性炭材料。

现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明制备吸附催化甲醛的活性炭材料的方法，是通过原位改性处理，在活性炭材料成型的过程中就在活性炭内部孔洞表面附着有大量的催化活性成分，构成活性炭催化甲醛的基础位；在后期的活性炭材料的改性处理中，通过氨改性处理能使甲醛分子快速的限域吸附在活性炭内部孔洞中。上述两种改性处理方式的结合不仅能将有害气体吸附至活性炭材料表面，还能使有害气体与活性炭材料之间形成化学吸附，并通过金属氧化物的高效催化氧化作用，将有害气体分解成二氧化碳和水，达到彻底净化空气的目的。

2、本发明提供的活性炭材料作为空气净化材料，制备工艺简单，易于工业化生产。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，在1)中，所述碳原料为细度10-500目的煤质碳粉体，或所述碳原料为果壳、木屑、木材中的一种或几种的混合物炭化后制成的细度为10-500目的粉末，或所述碳原料为废活性炭研磨处理后制成的细度10-500目的粉末。

进一步，在1)中，所述粘合剂为煤焦油、木质磺酸钠、纸浆废液、淀粉溶液、硅酸钠、矿渣水泥、硫磺、石膏中的一种或几种的混合物。

进一步，在1)中，所述金属盐溶液为非贵金属的硝酸盐溶液、草酸盐溶液、醋酸盐溶液中的一种或几种的混合溶液。优选的，所述非贵金属为锰、铁、钴、镍、锆、铜、锌或铈,所述金属盐溶液的质量分数为1％-8％，优选为2％-5％。

进一步，在2)中，所述挤压机的工作压强为5-30Mpa，混合浆体材料通过模具挤压成型后得到直径为2.0-5.0mm的柱状活性炭粒，或得到不规则的活性炭体，或得到厚度10mm以上且孔目数分布均匀的蜂窝状活性炭体。

进一步，在2)中，所述烘干采用烘干机，100-200℃烘干10-300分钟。

进一步，在2)中，所述炭化的温度为200-500℃，炭化1-24小时。

进一步，在2)中，所述活化的温度为400-800℃。

进一步，在3)中，所述无机铵盐为氯化铵、草酸铵、硫酸铵和过硫酸铵中的一种或几种的混合物,所述无机铵盐溶液的质量分数为1％-20％。

进一步，在3)中，所述烘箱的温度为30-200℃，加热1-24小时。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

1)活性碳原材料的原位改性处理：

取100重量份目数为100目的果壳活性炭碳原料放于搅拌机内，加入200重量份的水，不断搅拌10分钟后，加入10重量份的木质磺酸钠，继续搅拌30分钟后，得混合浆料，向混合浆料中加入2重量份质量分数5％的硝酸锰溶液，再置于气浴恒温振荡器中，继续震荡搅拌2.0h，得混合浆体材料；

2)改性活性炭原材料的成型活化处理：

把上述吸附有硝酸锰溶液的混合浆体材料装入位于挤压机内的模具中，挤压机的工作压强为10Mpa，通过模具挤压成型后得到直径为2.0mm的柱状活性炭粒，将活性炭粒首先投入烘干机内，100℃烘干300min，再放入200℃的微波高温烧结炉中氮气气氛下炭化24小时，最后投入400℃的活化炉内，用过热水蒸汽做活化剂，活化12小时，得成型的改性活性炭体；

3)改性活性炭原材料的进一步活化处理：

将2)所得的改性活性炭体浸渍于质量分数为5.0％的草酸铵溶液中浸泡，再用蒸馏水清洗，然后取出烘干，再放入电烘箱中150℃加热12小时做改性处理，得活性炭颗粒。

4)取上述活性炭颗粒200克填置于厚度为10cm的蜂窝状的塑料支架中，制成空气净化器用的蜂窝状的活性炭过滤网，再将活性炭过滤网置于空气净化器中。开启空气净化器，参照GBT18801的测试方法进行空气净化器去除甲醛的实验研究，得到不同时间段的甲醛去除率如下表所示。

结果显示，本发明实施例1制备的净化材料在1小时之内对甲醛的去除率达到94％以上，甲醛CADR计算数值为107.5m³/h。

表1 甲醛去除率结果数据

实施例2

1)活性碳原材料的原位改性处理：

取100重量份目数为100目的椰壳活性炭碳原料放于搅拌机内，加入200重量份的水，不断搅拌10分钟后，加入10重量份的煤焦油，继续搅拌30分钟后，得混合浆料，向混合浆料中加入2重量份质量分数2.0％的硝酸铜溶液，再置于气浴恒温振荡器中，继续震荡搅拌2.0h，得混合浆体材料；

2)改性活性炭原材料的成型活化处理：

把上述吸附有硝酸铜溶液的混合浆体材料装入位于挤压机内的模具中，挤压机的工作压强为10Mpa，通过模具挤压成型后得到直径为2.0mm的柱状活性炭粒，将活性炭粒首先投入烘干机内，100℃烘干300min，再放入200℃的微波高温烧结炉中氮气气氛下炭化12小时，最后投入500℃的活化炉内，用过热水蒸汽做活化剂，活化12小时，得成型的改性活性炭体；

3)改性活性炭原材料的进一步活化处理：

将2)所得的改性活性炭体浸渍于质量分数为5.0％的氯化铵溶液中浸泡，再用蒸馏水清洗，然后取出烘干，再放入电烘箱中120℃加热12小时做改性处理，得活性炭颗粒。

4)取上述活性炭颗粒200克填置于厚度为10cm的蜂窝状的塑料支架中，制成空气净化器用的蜂窝状的活性炭过滤网，再将活性炭过滤网置于空气净化器中。开启空气净化器，参照GBT18801的测试方法进行空气净化器去除甲醛的实验研究，得到不同时间段的甲醛去除率如下表所示。

结果显示，本发明实施例2制备的净化材料在1小时之内对甲醛的去除率达到92％以上，甲醛CADR计算数值为84.85m³/h。

表2 甲醛去除率结果数据

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种高效吸附甲醛的活性炭材料的制备方法,其特征在于，包括：

1)活性炭原材料的原位改性处理：

取100重量份的含碳原料放于搅拌机内，加入50-500重量份的水，不断搅拌后，加入10-50重量份的粘合剂，继续搅拌，得混合浆料，向混合浆料中加入1-50重量份质量分数0.01％-10％的金属盐溶液，再置于气浴恒温振荡器中，继续震荡搅拌10-300min，得混合浆体材料；

2)改性活性炭原材料的成型活化处理：

把1)得到的混合浆体材料装入位于挤压机内的模具中，通过模具挤压成型后得条料，烘干，将烘干后的条料放入微波高温烧结炉中，在惰性气体气氛下炭化，将炭化后的条料投入活化炉内活化，用过热水蒸汽作活化剂，活化1-25小时，得成型的改性活性炭体；

3)改性活性炭原材料的进一步活化处理：

将2)所得的改性活性炭体浸渍于无机铵盐溶液中，再用蒸馏水清洗，烘干，再放入烘箱中改性处理，得活性炭材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于，在1)中，所述碳原料为细度10-500目的煤质碳粉体，或所述碳原料为果壳、木屑、木材中的一种或几种的混合物炭化后制成的细度为10-500目的粉末，或所述碳原料为废活性炭研磨处理后制成的细度10-500目的粉末。

3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于，在1)中，所述粘合剂为煤焦油、木质磺酸钠、纸浆废液、淀粉溶液、硅酸钠、矿渣水泥、硫磺、石膏中的一种或几种的混合物。

4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于，在1)中，所述金属盐溶液为非贵金属的硝酸盐溶液、草酸盐溶液、醋酸盐溶液中的一种或几种的混合溶液。

5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于，所述非贵金属为锰、铁、钴、镍、锆、铜、锌或铈。

6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于，在2)中，所述挤压机的工作压强为5-30Mpa，混合浆体材料通过模具挤压成型后得到直径为2.0-5.0mm的柱状活性炭粒，或得到不规则的活性炭体，或得到厚度10mm以上且孔目数分布均匀的蜂窝状活性炭体。

7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于，在2)中，所述烘干采用烘干机，100-200℃烘干10-300分钟。

8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于，在2)中，所述炭化的温度为200-500℃，炭化1-24小时；所述活化的温度为400-800℃。

9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于，在3)中，所述无机铵盐为氯化铵、草酸铵、硫酸铵和过硫酸铵中的一种或几种的混合物,所述无机铵盐溶液的质量分数为1％-20％。

10.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于，在3)中，所述烘箱的温度为30-200℃，加热1-24小时。