CN106423076A - 采用植物废料制备净化pm2.5和tvoc的生物吸附剂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用植物废料制备净化PM2.5和TVOC的生物吸附剂的方法。本发明主要是解决现有净化居室PM2.5和TVOC的方法存在着吸附易饱和及易使家具造成腐蚀等技术问题。本发明的技术方案是:采用植物废料制备净化PM2.5和TVOC的生物吸附剂的方法,其具体步骤如下:(1)处理原料;(2)漂洗、干燥;(3)碱泡、水浴:将干燥的重量份为1‑3份的植物废料放入重量份为3‑9份的浓度为0.10mol/L‑0.30mol/L的NaOH溶液中浸泡30min‑90min,然后,将浸泡后的植物废料置于60℃‑100℃的恒温水浴锅中水浴20min‑60min;(4)冲洗;(5)干燥;(6)粉碎过筛:把干燥的植物废料用粉碎机粉碎,过40~100目筛,即得到生物吸附剂。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用植物废料制备净化PM2.5和TVOC的生物吸附剂的方法,它属于一种环保原生态绿色生物吸附剂的生产方法。
背景技术
近几年来,空气中PM2.5的污染受到社会各界的关注。人们在日常生活中可以明确认识到PM2.5给生活、健康带来的不便。而国内外研究也充分证明,PM2.5对生育、健康有着明显的影响。因此,对PM2.5的研究及对其治理不仅迫在眉睫,而且意义深远。PM2.5是直径小于或等于2.5微米的固体或液体颗粒状物质,其来源比较复杂,既有自然因素也有人为因素,人为因素是主要的排放来源。自然因素包括风扬尘土、海盐、植物花粉、真菌、细菌及各种自然灾害所产生的污染物等向大气层排放出的大量颗粒物;人为因素主要来源于化石燃料的燃烧、机动车尾气排放、垃圾的焚烧等产生的颗粒物。PM2.5的危害可以分为以下几个方面:(一)环境危害:1.波及范围广,存留时间长。颗粒物中1微米以下的沉降速度慢,在大气中留存时间长,且在大气动力作用下能够被吹散到很远的地方,污染往往波及很大区域。2.能见度低,影响交通安全。城市中不断增加的人口及机动车、工业园污染,使得悬浮物大量增加,直接导致能见度降低,给交通安全带来了一系列的问题。3.影响气候变化。大气中的大量颗粒物阻碍太阳和地面的辐射,从而使得气候发生不可预知性的影响。(二)人体危害:直径在2.5微米下的颗粒物,仅相当于头发直径的1/10大小,一旦吸入会进入呼吸系统和心血管系统,对人体造成伤害。PM2.5还可能成为病毒和细菌的载体,成为呼吸道传染病传播的推进者。这些颗粒还能够通过支气管和肺泡进入血液,一旦融入血液,对人体的损伤将是巨大的。
室内TVOC主要由房屋建设和装修过程中所使用的建筑和装饰材料产生,例如油漆、新家具、涂料、胶粘剂等。另外,烹调、吸烟等人类活动产生的烟雾,也是TVOC的来源之一。总之,TVOC具有多种来源,已经成为越来越严重的环境问题。人体若处于高浓度的TVOC环境中,会损害中枢神经系统、肝脏、肾脏及血液。即使在低浓度的TVOC环境中,敏感的人也会有剧烈的反应。经研究发现,TVOC和SBS症状具有密切的联系。TVOC具有刺激性气味,会使嗓子产生刺痛感,引起呼吸问题,甚至会导致肺癌。同时,TVOC会导致头晕、恶心、产生疲倦感。另外,其对眼睛也有很大的伤害,会导致眼睛灼热、水肿等。长期暴露在被TVOC污染的环境中,患癌症的风险将会大大提高。为了保护环境,为了人体健康,防止TVOC污染是十分必要的。
目前用于净化居室内PM2.5和TVOC的方法主要有物理法、化学法、生物法。物理法常用活性炭、竹炭、硅藻纯等吸附剂来吸附空气中的PM2.5和TVOC,竹炭、活性炭对于PM2.5和TVOC均有一定吸附力且可反复使用,能有效地减少空气中的PM2.5和TVOC,但竹炭、活性炭存在吸附饱和的问题,且是以木材和煤炭等为主要牺牲品,是不可再生资源;硅藻土虽然吸附力相对较好,但其价格昂贵。化学法指通过一系列化学反应来降低TVOC的含量,常用的有喷雾剂和光催化氧化技术,市场上出售的喷雾剂对TVOC虽具有净化效果,但是其也会对家具等造成腐蚀。生物法主要是指生物过滤法,此方法被证明具有一定的TVOC净化效果,但其目前仍处于实验研究阶段。因此,现有净化居室PM2.5和TVOC的方法存在着吸附易饱和及易使家具造成腐蚀等技术问题。
发明内容
本发明的目的是解决现有净化居室PM2.5和TVOC的方法存在着吸附易饱和及易使家具造成腐蚀等技术问题,提供一种采用植物废料制备净化PM2.5和TVOC的生物吸附剂的方法。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是:
采用植物废料制备净化PM2.5和TVOC的生物吸附剂的方法,其具体步骤如下:
(1)处理原料:将收集的植物废料用水清洗干净,然后放入沸水中煮20min-60min;
(2)漂洗、干燥:将蒸煮后的植物废料漂洗至中性;置于60-100℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥12-48h;
(3)碱泡、水浴:将干燥的重量份为1-3份的植物废料放入重量份为3-9份的浓度为0.10mol/L-0.30mol/L的NaOH溶液中浸泡30min-90min,然后,将浸泡后的植物废料置于60℃-100℃的恒温水浴锅中水浴20min-60min;
(4)冲洗:将处理后的植物废料用流动蒸馏水漂洗至中性;
(5)干燥:将冲洗至中性的植物废料置于60-100℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥12-48h;
(6)粉碎过筛:把干燥的植物废料用粉碎机粉碎,过40~100目筛,即得到生物吸附剂。
进一步地,所述植物废料为果渣、橙子皮、香蕉皮、甘薯渣、花生壳或栾树叶中的任意一种。
本发明采用生活中常见的植物废料为原材料,对其进行改性制备出一种新型绿色环保的原生态生物吸附材料,解决了现有净化居室PM2.5和TVOC的方法存在着吸附易饱和及易使家具等造成腐蚀的技术问题,与背景技术相比,本发明具有吸附效果好、持续长和利用废物等优点。
为表明本发明的吸附效果,应用二次回归旋转正交实验组合设计对本发明制得的生物吸附剂进行系统研究,并通过与传统的活性炭、竹炭、硅藻土、树脂的吸附试验研究对比,结果表明在相同条件下:本发明制得生物吸附剂对PM2.5和TVOC的吸附效果大于活性炭、竹炭、硅藻土、树脂对PM2.5和TVOC的吸附效果(见图1~图6)。
附图说明
图1为本发明制得果渣生物吸附剂与活性炭、竹炭、硅藻土及大块树脂对PM2.5吸附率的比较图;
图2为本发明制得橙子皮生物吸附剂与活性炭、竹炭、硅藻土及大块树脂对PM2.5吸附率的比较图;
图3为本发明制得香蕉皮生物吸附剂与活性炭、竹炭、硅藻土及大块树脂对PM2.5吸附率的比较图;
图4为本发明制得甘薯渣物吸附剂与活性炭、竹炭、硅藻土及大块树脂对PM2.5吸附率的比较图;
图5是本发明制得花生壳生物吸附剂与硅藻土、活性炭、树脂及竹炭对TVOC吸附率比较图;
图6是本发明制得栾树叶生物吸附剂与硅藻土、活性炭、树脂及竹炭对TVOC吸附率比较图;
图7是原始果渣、果渣生物吸附剂和吸附PM2.5后的果渣生物吸附剂的扫描电镜图;
图8是原始橙子皮、橙子皮生物吸附剂和吸附PM2.5后的橙子皮生物吸附剂的扫描电镜图;
图9是原始香蕉皮、香蕉皮生物吸附剂和吸附PM2.5后的香蕉皮生物吸附剂的扫描电镜图;
图10是原始甘薯渣、甘薯渣生物吸附剂和吸附PM2.5后的甘薯渣生物吸附剂的扫描电镜图;
图11是本发明原材料花生壳放大5000倍的扫描电镜图;
图12是本发明制得花生壳生物吸附剂放大5000倍的扫描电镜图;
图13是本发明制得花生壳生物吸附剂吸附TVOC后放大5000倍扫描电镜图;
图14是本发明原材料栾树叶放大5000倍的扫描电镜图;
图15是本发明制得栾树叶生物吸附剂放大5000倍的扫描电镜图;
图16是本发明制得栾树叶生物吸附剂吸附TVOC后放大5000倍扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述。
实施例1
本实施例中的采用植物废料制备净化PM2.5和TVOC的生物吸附剂的方法,其具体步骤如下:
(1)处理原料:将收集的花生壳用水清洗干净,然后放入沸水中煮20min;
(2)漂洗、干燥:将蒸煮后的花生壳漂洗至中性;置于60℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥48h;
(3)碱泡、水浴:将干燥的重量份为1份的花生壳放入重量份为3份的浓度为0.10mol/L的NaOH溶液中浸泡90min,然后,将浸泡后的花生壳置于60℃的恒温水浴锅中水浴60min;
(4)冲洗:将处理后的花生壳用流动蒸馏水漂洗至中性;
(5)干燥:将冲洗至中性的花生壳置于60℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥48h;
(6)粉碎过筛:把干燥的花生壳粉碎,过40目筛,即得到生物吸附剂。
实施例2
本实施例中的采用植物废料制备净化PM2.5和TVOC的生物吸附剂的方法,其具体步骤如下:
(1)处理原料:将收集的花生壳用水清洗干净,然后放入沸水中煮60min;
(2)漂洗、干燥:将蒸煮后的花生壳漂洗至中性;置于100℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥12h;
(3)碱泡、水浴:将干燥的重量份为2份的花生壳放入重量份为4份的浓度为0.30mol/L的NaOH溶液中浸泡30min,然后,将浸泡后的花生壳置于100℃的恒温水浴锅中水浴20min;
(4)冲洗:将处理后的花生壳用流动蒸馏水漂洗至中性;
(5)干燥:将冲洗至中性的花生壳置于100℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥12h;
(6)粉碎过筛:把干燥的花生壳粉碎,过60目筛,即得到生物吸附剂。
实施例3
本实施例中的采用植物废料制备净化PM2.5和TVOC的生物吸附剂的方法,其具体步骤如下:
(1)处理原料:将收集的花生壳用水清洗干净,然后放入沸水中煮40min;
(2)漂洗、干燥:将蒸煮后的花生壳漂洗至中性;置于80℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥30h;
(3)碱泡、水浴:将干燥的重量份为3份的花生壳放入重量份为9份的浓度为0.20mol/L的NaOH溶液中浸泡60min,然后,将浸泡后的花生壳置于80℃的恒温水浴锅中水浴30min;
(4)冲洗:将处理后的花生壳用流动蒸馏水漂洗至中性;
(5)干燥:将冲洗至中性的花生壳置于80℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥30h;
(6)粉碎过筛:把干燥的花生壳粉碎,过100目筛,即得到生物吸附剂。
实施例4
本实施例中的采用植物废料制备净化PM2.5和TVOC的生物吸附剂的方法,其具体步骤如下:
(1)处理原料:将收集的橙子皮用水清洗干净,然后放入沸水中煮30min;
(2)漂洗、干燥:将蒸煮后的橙子皮漂洗至中性;置于60℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥42h;
(3)碱泡、水浴:将干燥的重量份为2份的橙子皮放入重量份为6份的浓度为0.15mol/L的NaOH溶液中浸泡60min,然后,将浸泡后的橙子皮置于80℃的恒温水浴锅中水浴25min;
(4)冲洗:将处理后的橙子皮用流动蒸馏水漂洗至中性;
(5)干燥:将冲洗至中性的橙子皮置于70℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥30h;
(6)粉碎过筛:把干燥的橙子皮粉碎,过80目筛,即得到生物吸附剂。
实施例5
本实施例中的采用植物废料制备净化PM2.5和TVOC的生物吸附剂的方法,其具体步骤如下:
(1)处理原料:将收集的橙子皮用水清洗干净,然后放入沸水中煮50min;
(2)漂洗、干燥:将蒸煮后的橙子皮漂洗至中性;置于70℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥18h;
(3)碱泡、水浴:将干燥的重量份为3份的橙子皮放入重量份为9份的浓度为0.20mol/L的NaOH溶液中浸泡50min,然后,将浸泡后的橙子皮置于60℃的恒温水浴锅中水浴50min;
(4)冲洗:将处理后的橙子皮用流动蒸馏水漂洗至中性;
(5)干燥:将冲洗至中性的橙子皮置于60℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥40h;
(6)粉碎过筛:把干燥的橙子皮粉碎,过60目筛,即得到生物吸附剂。
上述实施例中的花生壳、橙子皮还能用果渣、香蕉皮、甘薯渣或栾树叶中的任意一种代替,制得环保生物吸附剂。
实施例6
本实施例中的采用植物废料制备净化PM2.5和TVOC的生物吸附剂的方法,其具体步骤如下:
(1)处理原料:将收集的植物废料用水清洗干净,然后放入沸水中煮20min-60min;
(2)漂洗、干燥:将蒸煮后的植物废料漂洗至中性;置于60-100℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥12-48h;
(3)碱泡、水浴:将干燥的重量份为1-3份的植物废料放入重量份为3-9份的浓度为0.10mol/L-0.30mol/L的NaOH溶液中浸泡30min-90min,然后,将浸泡后的植物废料置于60℃-100℃的恒温水浴锅中水浴20min-60min;
(4)冲洗:将处理后的植物废料用流动蒸馏水漂洗至中性;
(5)干燥:将冲洗至中性的植物废料置于60-100℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥12-48h;
(6)粉碎过筛:把干燥的植物废料用粉碎机粉碎,过40~100目筛,即得到生物吸附剂。
上述实施例中的植物废料为果渣、橙子皮、香蕉皮、甘薯渣、花生壳或栾树叶中的任意一种。
为验证本发明制得的生物吸附剂对PM2.5的吸附效果,做了如下对比实验:
(1)实验选择5个相同规格(边长为0.4m)密闭的玻璃箱(留孔)模拟PM2.5污染的环境。取(钓鱼牌)蚊香点燃,用鼓风装置将蚊香燃烧产生的烟雾吹入实验箱内。静置20min,用PM2.5检测仪进行数据检测,若数值在500μg/m3上下浮动,基本饱和。
(2)相同条件下与硅藻土、活性炭、大孔树脂及竹炭吸附结果对比;
(3)采用扫描电镜(SEM)对净化居室内PM2.5的生物吸附剂的表征分析。
为验证本发明制得的生物吸附剂对TVOC的吸附效果,做了如下对比实验:
(1)取适量油漆加入一个培养皿中,然后将培养皿移入密封的玻璃容器,使密闭箱中的油漆释放的TVOC浓度上升至稳定可测的范围。
(2)相同条件下与活性炭、竹炭、树脂、硅藻土吸附结果对比;
(3)采用扫描电镜(SEM)对净化居室内TVOC的生物吸附剂的表征分析。
具体吸附效果见图1~图6。
与活性炭、竹炭、树脂、硅藻土的吸附对比试验:在相同条件下,本发明制备的生物吸附剂对PM2.5和TVOC的吸附效果均大于活性炭、竹炭和树脂的吸附效果,硅藻土的吸附效果仅次于生物吸附剂。果渣、橙子皮、香蕉皮、甘薯渣、花生壳、栾树叶富含纤维素,纤维素本身具有很好的网状结构,经过NaOH处理后的果渣、甘薯渣、花生壳及栾树叶生物吸附剂中存在多种有机物质,不仅存在物理吸附,还存在化学吸附。
图7中的a是原始果渣电镜图,b、c分别是本发明制得的果渣生物吸附剂吸附前和吸附PM2.5后的电镜图,从图中可看出,果渣生物吸附剂的外表面结构与原始果渣外表差异非常明显,具有疏松多孔,比表面积大,质地疏松等结构特性,这种表面结构也使它对居室PM2.5的吸附能力增强,而吸附后的果渣表面结构又发生了很大改变,说明它对PM2.5的吸附有显著效果。
图8中的a是原始橙子皮渣电镜图,b、c分别是本发明制得的橙子皮渣生物吸附剂吸附前和吸附PM2.5后的电镜图,从图中可看出,橙子皮渣生物吸附剂的表面结构比原始橙子皮的表面结构粗糙,疏松多孔,孔径分布范围大、比表面积大、孔隙率高,这些表面褶皱处即为PM2.5吸附反应的活性位置,这种表面结构更有利于对居室PM2.5的吸附。
图9中的a是原始香蕉皮渣电镜图,b、c分别是本发明制得的香蕉皮渣生物吸附剂吸附前和吸附PM2.5后的电镜图,从图中可看出,处理前的香蕉皮渣电镜图表面有发白的,通过本发明处理后白色变淡,白色为香蕉皮中的糖类、油脂等物质,通过本发明处理后将香蕉皮中的糖类、酯类等物质除去,使香蕉皮渣表面更为疏松。通过SEM观察对比:香蕉皮渣生物吸附剂的表面结构和活性炭的表面结构相似,也具有疏松多孔,比表面积大,质地疏松等特点,这种表面结构也使它对居室PM2.5有吸附作用。
图10中的a是原始甘薯渣电镜图,b、c分别是本发明制得的甘薯渣生物吸附剂吸附前和吸附PM2.5后的电镜图,从图中可看出,处理前的甘薯渣电镜图表面有不规则的白色物表面平整,通过本发明处理后白色变淡,白色不规则物是甘薯渣中的脂类、蛋白、糖类、油脂、果胶等物质,通过本发明处理后将甘薯渣中的果胶、糖类、酯类等物质除去,甘薯渣生物吸附剂的表面变得疏松多孔卷曲褶皱粗糙,具有吸附能力,吸附后的甘薯渣生物吸附剂表面重新布满白色物质,这些白色物质为被吸附的PM2.5。
由图11、图12和图13电镜图可知,原始花生壳有明显的阴影似乎没有吸附潜力,但经本发明处理后,去除蛋白质、脂质、糖类的物质,花生壳生物吸附剂表面呈现更多的褶皱,更加疏松多孔,这种结构使得花生壳生物吸附剂比表面积更大,更易于吸附空气中的TVOC。
由图14、图15和图16可知,栾树叶生物吸附剂表面比原始栾树叶渣具有更多褶皱,并且疏松多孔,这种结构易于TVOC的吸附,吸附后的栾树叶生物吸附剂表面褶皱减少,孔隙被填充,说明其有效地吸附了TVOC。
本发明不受上述实施例的限制,在不脱离本发明范围的前提下,根据上述说明进行的改进与变换都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (2)
1.一种采用植物废料制备净化PM2.5和TVOC的生物吸附剂的方法,其特征是:具体步骤如下:
(1)处理原料:将收集的植物废料用水清洗干净,然后放入沸水中煮20min-60min;
(2)漂洗、干燥:将蒸煮后的植物废料漂洗至中性;置于60-100℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥12-48h;
(3)碱泡、水浴:将干燥的重量份为1-3份的植物废料放入重量份为3-9份的浓度为0.10mol/L-0.30mol/L的NaOH溶液中浸泡30min-90min,然后,将浸泡后的植物废料置于60℃-100℃的恒温水浴锅中水浴20min-60min;
(4)冲洗:将处理后的植物废料用流动蒸馏水漂洗至中性;
(5)干燥:将冲洗至中性的植物废料置于60-100℃、6.67×102Pa干燥箱中干燥12-48h;
(6)粉碎过筛:把干燥的植物废料用粉碎机粉碎,过40~100目筛,即得到生物吸附剂。
2.根据权利要求1所述的采用植物废料制备净化PM2.5和TVOC的生物吸附剂的方法,其特征是:所述植物废料为果渣、橙子皮、香蕉皮、甘薯渣、花生壳或栾树叶中的任意一种。
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