CN106975289A - 一种高汞车间空气净化器核心滤网及其制备方法与应用 - Google Patents

一种高汞车间空气净化器核心滤网及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高汞车间空气净化器核心滤网及其制备方法。高汞车间空气净化器核心滤网的设计，其制备方法在于，利用了负载纳米硒的海绵层作为空气净化器的核心滤网之一，核心滤网依次由HEPA网、负载纳米硒的海绵过滤网、HEPA网叠合而成。本发明创造性地设计了负载纳米硒的海绵过滤网，将其置于空气净化器内作为核心过滤网之一，利用该海绵过滤网可主动并高效地除去车间空气中的气态汞。在Hg初始浓度为20000‑30000ng/m3时，该方法高效除汞效率为97％‑99％左右，具有巨大的社会效益和经济效益。

Description

一种高汞车间空气净化器核心滤网及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种高汞车间空气净化器核心滤网及其制备方法与应用。
背景技术
汞和汞的化合物在各行各业中应用十分广泛，如化学工业，电器工业，冶金铸造，医疗行业，军事工业等行业。在许多涉汞行业的车间中，空气中Hg蒸气浓度很高。对于在高汞车间中工作的工人，为了避免汞对其身体的伤害，大多车间选择配备普通的口罩和常规防毒面具。然而除普通口罩和常规防毒面具至外，基本无其他净化空气的产品存在，因此，高汞车间迫切需要能主动且高效地降低Hg浓度的产品，以防止工人被动地吸入过多气态汞。
硒(Se)与Hg有超强的亲和力。由此，对于如何能高效的吸收大气中存在的气态汞，Se被寄予了厚望。
本发明拟基于Se与Hg的超强亲和力，发明了一种利用负载纳米硒的海绵作为过滤滤网之一的空气净化器。该海绵过滤网附着了一定量的纳米硒，在风机运转下，可主动除去厂房空气中的气态汞。因此本发明的应用能极大程度得保障工人的身体健康。
发明内容
本发明目的是提供一种高汞车间空气净化器的设计，具体涉及一种高汞车间空气净化器的核心滤网设计。
本发明采用的技术方案是：
一种用于空气净化器的过滤网，所述过滤网依次由HEPA网、负载纳米硒的海绵过滤网、HEPA网叠合而成；
所述负载纳米硒的海绵过滤网按以下方法制备：
(1)将盐酸多巴胺分散于去离子水中，搅拌均匀，恒温磁力搅拌反应完全，得到聚多巴胺水溶液，期间反应液由无色变为棕色再变为黑色；在得到所述的聚多巴胺水溶液后，加入海绵后恒温磁力搅拌吸附反应完全，反应液由黑色变为棕色，得到加入海绵的聚多巴胺水溶液；所述盐酸多巴胺用量以所述的去离子水体积计为0.32-3.2g/L；所述海绵与聚多巴胺水溶液体积计为0.1-1.0dm3/L；
(2)将亚硒酸钠分散于步骤(1)得到的加入海绵的聚多巴胺水溶液中，搅拌均匀，加入抗坏血酸，搅拌反应完全，取出海绵，干燥，获得负载纳米硒的海绵，将所述负载纳米硒的海绵制成网状结构即为所述负载纳米硒的海绵过滤网；所述亚硒酸钠用量以所述的聚多巴胺水溶液体积计为0.001～0.02mol/L，所述抗坏血酸用量以所述的聚多巴胺溶液体积计为0.002～0.04mol/L。
进一步，本发明所述海绵为三聚氰胺-甲醛海绵、聚酯海绵或聚醚海绵。
进一步，本发明所述HEPA网为PP高效滤纸、PET滤纸、PP和PET复合高效滤纸或玻纤高效滤纸。
进一步，本发明所述海绵孔径为30-60ppi。
优选地，本发明所述盐酸多巴胺用量以所述的去离子水体积计为1.28g/L。
优选地，本发明所述海绵与聚多巴胺水溶液体积计为0.4dm3/L。
通常，本发明所述步骤(1)将盐酸多巴胺分散于去离子水中，搅拌均匀，恒温磁力搅拌反应时间为3～8小时；步骤(1)加入海绵后恒温磁力搅拌吸附反应时间为1～3小时，所述步骤(2)加入抗坏血酸，搅拌反应时间为1～2小时。优选地，本发明所述亚硒酸钠用量以所述的聚多巴胺水溶液体积计为0.001mol/L。
进一步，本发明所述抗坏血酸优选为L-抗坏血酸。
优选地，本发明所述抗坏血酸用量以所述的聚多巴胺水溶液体积计为0.002mol/L。
进一步，本发明所述水优选为去离子水。
进一步，本发明步骤(1)中所述恒温磁力搅拌通过恒温磁力搅拌器完成。
进一步，本发明步骤(1)中所述恒温温度均为20-30℃，磁力搅拌转速均为500-2000r/min。
本发明按上述制备方法得到纳米硒在海绵中的体积负载量为0.1g/dm3-1g/dm3。
进一步，本发明还提供所述的用于空气净化器的过滤网在吸附汞蒸气中的应用。
与现有技术相比，本发明有益效果主要体现在：
(1)该方法是国内外首次制备负载纳米硒的海绵用于制造空气净化器的核心滤网之一以便于去除大气中的汞蒸气，该方法具有更加高效、更加环保的优点；(2)在汞蒸气初始浓度为20000-30000ng/m3时，该方法高效除汞效率为97％-99％左右，节约成本；(3)目前市场上尚无可以长期稳定高效地吸附大气中汞蒸气的空气净化器，该方法具有巨大的社会和经济效益。
附图说明
图1高汞车间空气净化器原理图，如图1所示未净化空气首先经过一层HEPA网，被除去了大部分的PM10、PM2.5等颗粒物。再来到了位于中间层的负载纳米硒的海绵过滤网，负载纳米硒的海绵过滤网中附着的纳米硒能够有效吸附气态汞，达到除汞目的。之后气流经过又一层HEPA网，除去了PM2.5等颗粒物并可防止脱落的纳米硒随空气进入到大气中，最后得到已净化空气。
图2高汞车间空气净化器简化结构图，其中负载纳米硒的海绵过滤网尺寸为250W*50D*385H，HEPA尺寸为250W*30D*385H，壳体尺寸为315W*192D*497H，单位均为mm。
图1-2中，1-HEPA网，2-负载纳米硒的海绵过滤网，3-HEPA网，4-前面板，5-带风机的外壳体。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
负载纳米硒的海绵制备
先将1.6g盐酸多巴胺分散于5L去离子水中，搅拌均匀，在20℃条件下用恒温磁力搅拌器搅拌反应3个小时，转速为500r/min，反应一段时间后，烧杯内的溶液由无色变为棕色再变为黑色；在得到所述的聚多巴胺水溶液后，加入尺寸为250W*5D*385H的海绵(海绵体积为0.5dm3)，在25℃条件下用恒温磁力搅拌器搅拌吸附1个小时，吸附一段时间后，溶液由黑色变为棕色。以上同样的步骤重复3组，记为实验组1,2,3。再在实验组1,2,3中分别加入亚硒酸钠晶体0.87g、2.61g、4.35g使得亚硒酸钠的浓度分别为0.001mol/L，0.003mol/L，0.005mol/L，然后再在实验组1,2,3分别加入L-抗坏血酸1.76g、3.52g、8.8g使得L-抗坏血酸的浓度分别为0.002mol/L，0.004mol/L,0.01mol/L反应1h，让纳米硒充分附着到海绵中，得化学法合成纳米硒负载海绵，可用肉眼明显观察到海绵表面有红色颗粒出现，说明化学法纳米硒已成功附着。
计算实验组1,2,3前后质量差得到纳米硒负载量分别为0.05g，0.15g，0.25g。其中纳米硒的粒径为257.3nm，负载纳米硒的海绵中纳米硒的体积负载量分别为0.1g/dm3(0.05/0.5)，0.3g/dm3(0.15/0.5)，0.5g/dm3(0.25/0.5)。
实施例2
负载纳米硒的海绵制备
先将16g盐酸多巴胺分散于5L去离子水中，搅拌均匀，在30℃条件下用恒温磁力搅拌器搅拌反应8个小时,转速为2000r/min，反应一段时间后，烧杯内的溶液由无色变为棕色再变为黑色；在得到所述的聚多巴胺水溶液后，加入尺寸为250W*50D*385H的海绵(海绵体积为5dm3)，在25℃条件下用恒温磁力搅拌器搅拌吸附3个小时，吸附一段时间后，溶液由黑色变为棕色。以上同样的步骤重复3组，记为实验组1,2,3。再在实验组1,2,3中分别加入亚硒酸钠晶体4.35g、8.7g、17.4g使得亚硒酸钠的浓度分别为0.005mol/L，0.01mol/L，0.02mol/L，然后再在实验组1,2,3分别加入L-抗坏血酸8.8g、17.6g、35.2g使得L-抗坏血酸的浓度分别为0.01mol/L，0.02mol/L,0.04mol/L反应2h，让纳米硒充分附着到海绵中，得化学法合成纳米硒负载海绵，可用肉眼明显观察到海绵表面有红色颗粒出现，说明化学法纳米硒已成功附着。
计算实验组1,2,3前后质量差得到纳米硒负载量分别为1.0g，3.0g，5.0g。其中纳米硒的粒径为257.3nm，负载纳米硒的海绵中纳米硒的体积负载量分别为0.2g/dm3(1/5)，0.6g/dm3(3/5)，1.0g/dm3(5/5)。
应用实施例1
(1)核心滤网的设计与安装
如图1、2所示，核心滤网按次序由HEPA网(尺寸为250W*30D*385H的HEPA滤棉)、海绵过滤网、HEPA网组成。将核心滤网与带风机的外壳和前面板组合成空气净化器，未净化空气首先经过一层HEPA网，被除去了大部分的PM10、PM2.5等颗粒物。再来到了位于中间层的海绵过滤网，海绵过滤网中附着的纳米硒能够有效吸附气态汞，达到除汞目的。之后气流经过又一层HEPA网，除去了PM2.5等颗粒物并可防止脱落的纳米硒随空气进入到大气中，最后得到已净化空气。
(2)具体检测方式及去除汞蒸气效果评估：
在初始浓度为20000ng/m3的长宽高分别为1.5m，0.8m，1.2m的玻璃箱内放入未装入海绵过滤网的空气净化器。先打开未装入海绵过滤网的空气净化器的电源，再用测汞仪每隔1s时间持续测量10min时间内玻璃箱内汞蒸气浓度的变化情况，获得汞蒸气浓度随时间变化曲线L1，用Microcal Origin 8.0软件积分计算曲线L1所包围的面积SL1，该面积即为10min内的长宽高分别为1.5m，0.8m，1.2m的玻璃箱减少的汞蒸气含量。
然后将海绵过滤网装入到空气净化器中，打开电源，再用测汞仪每隔1s时间持续测量10min时间内玻璃箱内汞蒸气浓度的变化情况，获得汞蒸气浓度随时间变化曲线L2，用Microcal Origin 8.0软件积分计算曲线L2所包围的面积SL2，该面积即为10min内玻璃箱减少的汞蒸气含量。
实验前已将测汞仪的流量计数值调为“1”，故每分钟内通过测汞仪的汞蒸气体积为1L，即每秒通过测汞仪的汞蒸气体积为1/60L，并将海绵的体积记为V海绵，可以得到以下公式：
海绵吸附的汞蒸气含量MHg＝(SL1-SL2)*1/60*1/1000ng
单位体积1dm3海绵吸附的汞蒸气含量mHg＝{(SL1-SL2)*1/60*1/1000}/V海绵ng/dm3
汞去除率(％)＝(汞蒸气的初始浓度-加入吸附剂后的汞蒸气的浓度)/汞蒸气初始浓度
结果见表1和表2，表明在室温条件下，实施例1中经实验测得单位体积负载纳米硒的海绵吸附的汞蒸气含量分别为90.14ng/dm3,100.03ng/dm3,113.28ng/dm3，实施例2中经实验测得单位体积负载纳米硒的海绵吸附的汞蒸气含量分别为93.25ng/dm3,103.56ng/dm3,118.37ng/dm3，均远远高于未吸附纳米硒的海绵，该方法具有高效去除汞蒸气的效果。
表1.未装入海绵过滤网的空气净化器和实施例1中装入海绵过滤网的空气净化器吸附汞蒸气的量mHg(ng/dm3)和去除率(％)
表2.未装入海绵过滤网的空气净化器和实施例2中装入海绵过滤网的空气净化器吸附汞蒸气的量mHg(ng/dm3)和去除率(％)

Claims (10)

1.一种用于空气净化器的过滤网，其特征在于：所述过滤网依次由HEPA网、负载纳米硒的海绵过滤网、HEPA网叠合而成；
所述负载纳米硒的海绵过滤网按以下方法制备：
(1)将盐酸多巴胺分散于去离子水中，搅拌均匀，恒温磁力搅拌反应完全，得到聚多巴胺水溶液，期间反应液由无色变为棕色再变为黑色；在得到所述的聚多巴胺水溶液后，加入海绵后恒温磁力搅拌吸附反应完全，反应液由黑色变为棕色，得到加入海绵的聚多巴胺水溶液；所述盐酸多巴胺用量以所述的去离子水体积计为0.32-3.2g/L；所述海绵与聚多巴胺水溶液体积计为0.1-1.0dm3/L；
(2)将亚硒酸钠分散于步骤(1)得到的加入海绵的聚多巴胺水溶液中，搅拌均匀，加入抗坏血酸，搅拌反应完全，取出海绵，干燥，获得负载纳米硒的海绵，将所述负载纳米硒的海绵制成网状结构即为所述负载纳米硒的海绵过滤网；所述亚硒酸钠用量以所述的聚多巴胺水溶液体积计为0.001～0.02mol/L，所述抗坏血酸用量以所述的聚多巴胺溶液体积计为0.002～0.04mol/L。
2.如权利要求1所述的用于空气净化器的过滤网，其特征在于：所述HEPA网为PP高效滤纸、PET滤纸、PP和PET复合高效滤纸或玻纤高效滤纸。
3.如权利要求1所述的用于空气净化器的过滤网，其特征在于：所述海绵为三聚氰胺-甲醛海绵、聚酯海绵或聚醚海绵。
4.如权利要求1所述的用于空气净化器的过滤网，其特征在于：所述海绵孔径为30-60ppi。
5.如权利要求1所述的用于空气净化器的过滤网，其特征在于：所述步骤(1)将盐酸多巴胺分散于去离子水中，搅拌均匀，恒温磁力搅拌反应时间为3～8小时；步骤(1)加入海绵后恒温磁力搅拌吸附反应时间为1～3小时，所述步骤(2)加入抗坏血酸，搅拌反应时间为1～2小时。
6.如权利要求1所述的用于空气净化器的过滤网，其特征在于：所述盐酸多巴胺用量以所述的去离子水体积计为1.28g/L。
7.如权利要求1所述的用于空气净化器的过滤网，其特征在于：所述海绵与聚多巴胺水溶液体积计为0.4dm3/L。
8.如权利要求1所述的用于空气净化器的过滤网，其特征在于：所述亚硒酸钠用量以所述的聚多巴胺水溶液体积计为0.001mol/L。
9.如权利要求1所述的用于空气净化器的过滤网，其特征在于：所述抗坏血酸用量以所述的聚多巴胺水溶液体积计为0.002mol/L。
10.一种如权利要求1所述的用于空气净化器的过滤网在吸附汞蒸气中的应用。
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