CN106552580B - 一种用于净化挥发性有机废气的吸附剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及属于环保技术领域，具体涉及一种用于净化挥发性有机废气的新型吸附剂‑改性海泡石基分子筛及其制备方法和应用，所述吸附剂基材为改性海泡石，可用于净化工业有机废气。本发明提供的新型挥发性有机物吸附剂制备方法包括步骤：将海泡石研磨为粉粒后酸活化；加入无机粘结剂溶液搅拌均匀得到混合料，困料，挤压为颗粒状或蜂窝状结构，固化，焙烧，即制得新型挥发性有机物吸附剂。本发明制备的新型挥发性有机物吸附剂用于净化工业有机废气，不仅提供了解决VOCs污染难题的方法，还可使我国丰富的海泡石资源得以高效利用。

Description

一种用于净化挥发性有机废气的吸附剂及其制备方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种用于净化挥发性有机废气的新型吸附剂-改性海泡石基分子筛及其制备方法，所述吸附剂基材为改性海泡石，可用于净化工业有机废气。
背景技术
含有挥发性有机物（VOCs）工业废气的净化治理是大气污染控制的一个热点。在众多净化工业有机废气的方法中，吸附法因其工艺简单、操作方便、净化效率高而应用广泛。
海泡石是一种含水富镁硅酸盐粘土矿物，在海泡石的纤维状晶体结构中有许多与纤维延长方向一致的管状贯穿通道，使得海泡石具有高达900 m2/g的理论比表面积以及良好的机械性能、热稳定性和很强的吸附能力。除物理吸附以外，海泡石表面还存在化学吸附活性中心，对极性物质具有较强的吸附性。因此，可将海泡石用于吸附VOCs。但未经活化处理的海泡石纤维孔径较小，有的孔被吸附水及沸石水填充，还有的孔塌陷，通道窄，热稳定性差，且存在其他杂质，直接影响其吸附性，不能够直接应用于工业有机废气的净化处理。
因此，使用前须对海泡石进行活化处理，常用酸改性，酸改性时须控制酸浓度及改性时间，以活化出的孔径针对有机废气的主要成份，在此条件下制备的海泡石孔径较为均匀，且海泡石吸附选择性较强，对极性分子吸附较强，但工业中所排放工业废气成份较为复杂，除主要成份外还有其他有机气体或分子极性较弱的气体，因此须要将酸改性后的海泡石添加不同孔径或选择性较弱的其他气体吸附剂。
目前将吸附剂制成蜂窝状结构可以减小阻力损失以及方便吸附剂在设备中安装使用，在常用制备蜂窝陶瓷方法中，须要在较高温度下焙烧才能达道足够的强度，但海泡石在300~800℃下会失去结构水，分子结构发生改变，吸附性降低，因此在制备蜂窝状海泡石时须在较低温度下焙烧，且应能达到足够的强度。但是以现有蜂窝陶瓷的制备方法制备蜂窝状海泡石时，成型性较差，表面易开裂，强度较低，不能满足使用要求。
发明内容
本发明针对当前技术存在缺点和不足，发明了一种新型VOCs吸附剂，所述吸附剂以海泡石为主要原料，经酸活化后，添加不同组分的添加剂，并制成一定形态后获得，可将其应用于净化工业有机废气。具体采用以下技术方案予以实现：
本发明提供的新型挥发性有机物吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
S1. 将海泡石粉粒进行酸活化，得到具有一定孔径的酸活化的海泡石；
S2. 在海泡石混合物中加入复合粘结剂溶液搅拌均匀得到混合料；所述海泡石混合物包括步骤S1中的酸活化的海泡石；以所述海泡石混合物为100重量份计算，所述复合粘结剂溶液中的磷酸盐类粘结剂为3～8重量份，铝溶胶或硅溶胶固体物质为3～8重量份，有机粘结剂为2～5重量份，硅烷偶联剂2～5重量份；困料24 h后，挤压成型，在90～150 °C下固化，在300～500 °C下焙烧，焙烧8 h，即制得新型挥发性有机物吸附剂。
其中，步骤S1中所述海泡石粉粒、活性炭粉粒、沸石粉粒的粒径为300～500目。
其中，步骤S1中海泡石为纯化α-海泡石，其纯度＞85%，纤维长度为1～3mm。
其中，步骤S2中所述的海泡石混合物还包括沸石粉末和/或活性炭粉末；所述沸石粉末和活性炭粉末的质量分数为步骤S1中的所述酸活化的海泡石的5～30%。根据有机废气成份不同，可调节沸石粉末和/或活性炭粉末的添加量，发挥协同效应。
其中，步骤S1中的酸活化为使用盐酸进行活化；所述盐酸浓度为0～1.0 mol/L；所述盐酸与海泡石粉粒的液-固比为5～20L/kg。
其中，步骤S2中所述的有机粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛；所述硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。成型效果更好。
其中，步骤S3中所述固化时间为8～24 h。
其中，步骤S3中所述焙烧温度为380 °C。
以上任何一种制备方法制备的新型挥发性有机物吸附剂。
将本发明制备的挥发性有机物吸附剂置入吸附床或净化柜中净化工业有机废气。有机废气来源包括橡胶、烟草、涂装、印刷、油漆涂料生产、电子产品制造、医药化工、石油化工等行业。
与现有技术相比，本发明所述的吸附剂净化有机废气的优势之处体现在：
1.低品位海泡石经酸改性及热改性后，海泡石中杂质减少，微孔数量增多，比表面积增加，吸附效果得以改善。
2.在酸改性后的海泡石中添加不同孔径的活性炭或沸石类吸附剂后，可发挥协同、互补作用，对含有不同种类挥发性有机物的工业废气均具有较好的吸附效果。可以根据有机废气成份不同，可调节沸石粉末和/或活性炭粉末的添加量，发挥协同效应。经验证，净化喷涂废气时，在盐酸活化海泡石中加入质量分数为5%的活性碳粉和质量分数为10%的介孔沸石分子筛，处理效果明显较好。
3.以磷酸盐溶液、铝溶胶或硅溶胶、聚乙烯醇缩丁醛的混合物作为粘结剂，并加入一定量的硅烷偶联剂，在较低烧结温度下（380℃）制备的蜂窝状海泡石表面不开裂，正抗压强度达到0.8MPa，基本不会改变海泡石分子结构。在使用这种复合粘结剂及制备方法下，使得改性海泡石在较低温度下焙烧后，不破坏其孔道结构且能达到较好的成型效果及强度。
4.将改性海泡石制作成蜂窝状结构后，便于在吸附设备中安装使用，经实验表明，本发明吸附剂用于净化有机废气时，具有吸附速度快，吸附容量高，脱附彻底的优点，尤其在处理低浓度有机废气时也具有很好的效果。
本发明吸附剂以天然海泡石为主要原料，制备改性海泡石模块用于净化工业有机废气，不仅提供了解决VOCs污染难题的方法，还可使我国丰富的海泡石资源得以高效利用。
附图说明
图1是本发明涉及到的矩形蜂窝体的吸附剂结构示意图，1为矩形蜂窝体，2为孔道。
图2为实施例1制备的新型挥发性有机物吸附剂净化喷涂车间现场采集气体的净化率数据图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步说明：
JN-30碱性硅溶胶，厂家：开化龙邦硅溶胶厂，质量分数30%。
对比例1 蜂窝状活性炭
将蜂窝状活性炭经辊压磨研磨为粒度325目的粉粒，加入质量分数为80%的磷酸二氢铝溶液，及质量分数为30%的硅溶胶混合均匀，以活性成分占100重量份计算，混合料中磷酸二氢铝所占2重量份，硅溶胶固体物质占3重量份，聚乙烯醇缩丁醛为2重量份，KH560为2重量份。混合料置于密闭容器中困料24 h后，在模具中压制成蜂窝状结构坯料，110 °C下固化，固化时间为12 h，然后置入工业微波炉中焙烧，焙烧温度为380 °C，焙烧8 h，得到蜂窝状结构的蜂窝状活性炭，将吸附剂置于吸附床中净化有机废气，有机废气为喷涂车间现场采集。
对比例2
将纤维状α-海泡石经辊压磨研磨为粒度325目的粉粒，加入质量分数为80%的磷酸二氢铝溶液，以活性成分占100重量份计算，混合料中磷酸二氢铝所占5重量份，混合料置于密闭容器中困料24 h后，在模具中压制成蜂窝状结构坯料，110 °C下固化，固化时间为12h，然后置入工业微波炉中焙烧，焙烧温度为380 °C，焙烧8 h后，成型后表面开裂，抗压强度＜0.3Mpa。
实施例1：
将纤维状α-海泡石经辊压磨研磨为粒度325目的粉粒，将获得的海泡石粉粒置入反应釜中，加入浓度为0.2 mol/L的盐酸，盐酸与海泡石粉粒的液-固比为10（L/kg），常温搅拌8 h，经过滤、洗涤、干燥后得到盐酸活化的海泡石。
在盐酸活化的海泡石中加入质量分数为80%的磷酸二氢铝溶液，及质量分数为30%的硅溶胶混合均匀，以活性成分占100重量份计算，混合料中磷酸二氢铝占2重量份，硅溶胶固体物质占3重量份，聚乙烯醇缩丁醛为2重量份，KH560为2重量份。混合料置于密闭容器中困料24 h后，在模具中压制成蜂窝状结构坯料，110 °C下固化，固化时间为12 h，然后置入工业微波炉中焙烧，焙烧温度为380 °C，焙烧8 h，得到蜂窝状结构的吸附剂，将吸附剂置于吸附床中净化有机废气，有机废气为喷涂车间现场采集。
所制得的吸附剂如图1所示，矩形蜂窝体1的孔道2结构形状可为六角孔、圆孔、方孔、三角孔，其中一种参考值为：外形尺寸100*100*100mm，孔型为方孔，孔径2mm，孔壁厚0.6mm。
实施例2：
将纤维状α-海泡石经辊压磨研磨为粒度325目的粉粒，将获得的海泡石粉粒置入反应釜中，加入浓度为0.2 mol/L的盐酸，盐酸与海泡石粉粒的液-固比为10（L/kg），常温搅拌8 h，经过滤、洗涤、干燥后得到盐酸活化的海泡石。
在盐酸活化海泡石中加入质量分数为15%的活性碳粉粒，活性碳粉粒粒度为325目，得到混合原料。
在盐酸活化的海泡石中加入质量分数为80%的磷酸二氢铝溶液，及质量分数为30%的硅溶胶混合均匀，以活性成分占100重量份计算，混合料中磷酸二氢铝占2重量份，硅溶胶固体物质占3重量份，聚乙烯醇缩丁醛为2重量份，KH560为2重量份。混合料置于密闭容器中困料24 h后，在模具中压制成蜂窝状结构坯料，110 °C下固化，固化时间为12 h，然后置入工业微波炉中焙烧，焙烧温度为380 °C，焙烧8 h，得到蜂窝状结构的吸附剂，将吸附剂置于吸附床中净化有机废气，有机废气为喷涂车间现场采集。
实施例3：
将纤维状α-海泡石经辊压磨研磨为粒度325目的粉粒，将获得的海泡石粉粒置入反应釜中，加入浓度为0.2 mol/L的盐酸，盐酸与海泡石粉粒的液-固比为10（L/kg），常温搅拌8h，经过滤、洗涤、干燥后得到盐酸活化的海泡石。
在盐酸活化海泡石中加入质量分数为15%的介孔沸石分子筛，沸石粒度为325目，得到混合原料。
在混合原料中加入质量分数为80%的磷酸二氢铝溶液，及质量分数为30%的硅溶胶混合均匀，以活性成分占100重量份计算，混合料中磷酸二氢铝所占2重量份，硅溶胶固体物质占3重量份，聚乙烯醇缩丁醛为2重量份，KH560为2重量份。混合料置于密闭容器中困料24h后，在模具中压制成蜂窝状结构坯料，110 °C下固化，固化时间为12 h，然后置入工业微波炉中焙烧，焙烧温度为380 °C，焙烧8 h，得到蜂窝状结构的吸附剂，将吸附剂置于吸附床中净化有机废气，有机废气为喷涂车间现场采集。
实施例4：
将纤维状α-海泡石经辊压磨研磨为粒度325目的粉粒，将获得的海泡石粉粒置入反应釜中，加入浓度为0.2 mol/L的盐酸，盐酸与海泡石粉粒的液-固比为10（L/kg），常温搅拌8h，经过滤、洗涤、干燥后得到盐酸活化的海泡石。
在盐酸活化海泡石中加入质量分数为5%的活性碳粉和质量分数为10%的介孔沸石分子筛，活性碳粉粒和介孔沸石分子筛的粒度为325目，得到混合原料。
在混合原料中加入质量分数为80%的磷酸二氢铝溶液，及质量分数为30%的硅溶胶混合均匀，以活性成分占100重量份计算，混合料中磷酸二氢铝占2重量份，硅溶胶固体物质占3重量份，聚乙烯醇缩丁醛为2重量份，KH560为2重量份。混合料置于密闭容器中困料24 h后，在模具中压制成蜂窝状结构坯料，110 °C下固化，固化时间为12 h，然后置入工业微波炉中焙烧，焙烧温度为380 °C，焙烧8 h，得到蜂窝状结构的吸附剂，将吸附剂置于吸附床中净化有机废气，有机废气为喷涂车间现场采集。
将对比例1、实施例1-4中吸附剂净化喷涂车间现场采集气体的净化率数据图如图2所示，其中吸附剂均为：外形尺寸100*100*100mm，方孔孔径2mm，壁厚0.6mm。测试条件：空塔风速1m/s，停留时间0.3s，VOCs浓度为300mg/m3（其中包含苯40 mg/m3，甲苯75 mg/m3，二甲苯120 mg/m3）。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种用于净化挥发性有机废气的吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 将海泡石粉粒进行酸活化，得到具有一定孔径的酸活化的海泡石；
S2. 在海泡石混合物中加入复合粘结剂溶液搅拌均匀得到混合料；所述海泡石混合物包括步骤S1中的酸活化的海泡石；以所述海泡石混合物为100重量份计算，所述复合粘结剂溶液中的磷酸盐类粘结剂为3～8重量份，铝溶胶或硅溶胶固体物质为3～8重量份，有机粘结剂为2～5重量份，硅烷偶联剂2～5重量份；困料24 h后，挤压成型，在90～150 ℃下固化，在300～500 ℃下焙烧，焙烧8 h，即制得用于净化挥发性有机废气的吸附剂。
2.根据权利要求1所述的用于净化挥发性有机废气的吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述的海泡石粉粒粒径为300～500目。
3.根据权利要求2所述的用于净化挥发性有机废气的吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述的海泡石粉粒为纯化α-海泡石，其纯度＞85%，纤维长度为1～3mm研磨而成的。
4.根据权利要求1所述的用于净化挥发性有机废气的吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤S2中所述的海泡石混合物还包括沸石粉末和/或活性炭粉末；所述沸石粉末和活性炭粉末的质量分数为步骤S1中的所述酸活化的海泡石的5～30%。
5.根据权利要求4所述的用于净化挥发性有机废气的吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤4中所述的活性炭粉末、沸石粉末的粒径为300～500目。
6.根据权利要求1所述的用于净化挥发性有机废气的吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤S2中所述的有机粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛；所述硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
7.根据权利要求1所述的用于净化挥发性有机废气的吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤S2中所述固化时间为8~24 h。
8.根据权利要求1所述的用于净化挥发性有机废气的吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤S2中所述焙烧温度为380 ℃。
9.根据权利要求1-8任何一项所述制备方法制备的用于净化挥发性有机废气的吸附剂。
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