CN107524055B - 一种采用林业废弃物为原料的pm2.5过滤纸及其制备方法 - Google Patents

一种采用林业废弃物为原料的pm2.5过滤纸及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用林业废弃物制备PM2.5过滤纸的方法，通过该方法制备的PM2.5空气过滤纸不仅有效地利用林业废弃物中丰富的纤维原料，减少生物质能源的浪费，还能够应对当前日益严重的PM2.5空气污染，具有较高的社会经济价值。此方法制备PM2.5过滤纸的关键点包括林业废弃物的蒸煮制浆工艺和天然沸石改性工艺两个方面。选用林业废弃物进行蒸煮和磨浆，制成可以使用的未漂纸浆，再通过草酸改性的天然沸石为填料，抄制成纸。天然沸石是一种含水的架状结构、多孔硅铝酸盐矿物，通过酸改性后具有了强吸附性能，能够吸附PM2.5颗粒物。与其他PM2.5吸附材料相比，此方法制备的产品成本更低，技术难度更低，且不会产生二次污染，能够有效地利用废弃资源和天然矿物。

Description

一种采用林业废弃物为原料的PM2.5过滤纸及其制备方法
技术领域
本发明涉及林业废弃物的处理方法技术领域。
背景技术
我国每年在林业采伐和加工时会产生剩余废弃物约3.5亿吨，这些资源的可利用率达到50％以上，若将其开发成能源，相当于8000万吨石油资源。但是目前我国林业废弃物利用率很低，大量植物资源得不到充分利用而被废弃，这与我国建设资源节约型社会的目标相距甚远。而林业资源作为生物质能源的重要组成，必将在未来扮演更加重要的角色。
我国现行处理林业废弃物的主要方法是天然焚烧或焚烧发电，这不仅对环境造成污染，而且也是极大的资源浪费和损失。随着国家对节能减排的要求日益严格和企业环保意识的逐渐增强，如何科学使用废弃物资源，如何提高原料废弃物的使用率将成为重要的时代话题。
由于林业废弃物中含有丰富的纤维原料，我们拟将废弃的纤维原料通过制浆造纸工艺加工实现林业废弃物的再利用，减少了生物质能源的浪费；同时制备出的成品可作为空气过滤纸，进行PM 2.5吸附，对于应对当前日益严重的空气污染现状，有着重要意义。
随着PM2.5污染日益严重，我国民众逐渐开始使用市面上出售的PM2.5口罩。但市面上出售的口罩多为无纺布材料，价格较高。我国目前在PM2.5过滤材料的研发上仍处于落后阶段，许多工业用民用的过滤材料都需要从国外进口，而且价格十分昂贵。同时，我国到目前为止在以植物纤维为原料制备过滤材料方面还存在着较大的空白，尤其是在纸张过滤材料上,因此采用林业废弃物来生产PM2.5过滤纸具有良好的环境效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用林业废弃物为原料制备PM2.5过滤纸的方法，实现变废为宝。
为达上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种PM2.5过滤纸的制备方法，包含如下步骤：
(1)天然沸石改性：将预处理过的天然沸石加入浓度为0.5～1mol·L-1的草酸溶液中，在75～85℃温度下，匀速搅拌2～3小时，过滤，采用清水洗涤，在100～105℃环境下烘干8～10小时，冷却后研磨至粒径为20～50μm，作为填料待用；
(2)制浆：按照硫化度25％～30％、用碱量15％～20％配制蒸煮药液，在蒸煮药液中加入林业废弃物粉末，调节蒸煮锅温度150～160℃，蒸煮1.5～2小时，制得所需浆料；对浆料进行洗涤、筛选、净化，再磨浆至打浆度25～32°SR；
(3)造纸：在步骤(2)制得的浆料中加入步骤(1)得到的填料，填料与浆料绝干重量比为5～10：90～95，混合均匀后再经抄纸、压榨、烘干后制得定量为60～120g/m2的PM2.5过滤纸。
进一步，步骤(1)所述的预处理是指将天然沸石进行清洗、过滤、烘干后再使用。
进一步，步骤(1)中天然沸石按固液比1～1.2:10～15g/ml加入草酸溶液中。
进一步，步骤(2)废弃物粉末控制固液比1～1.2:5～5.5加入蒸煮药液中蒸煮。
进一步，步骤(3)抄纸纸机宽度1760～2640mm，网部车速200～300m/min，摇振振幅0～±10毫米，频率125～375次/分。
本发明的有益效果：
(1)本发明利用草酸改性后的天然沸石的结构特点对PM2.5进行吸附，经过草酸改性后，天然沸石本身孔道中的杂质被溶解，出现了大量孔洞,从而大大提高吸附效率。而天然沸石在我国的储量十分丰富，价格便宜,而且效果较好，无污染。
(2)从可持续发展角度分析，本发明提高了林业废弃物的利用率，减少了天然植物纤维原料的浪费，符合节能减排的要求，有利于解决我国林业资源日益减少，资源利用率不高等问题。
(3)从经济效益上分析，以林业废弃物为原料，其生产成本低廉，制备的空气过滤纸具有较高的使用价值，可以提升其产值，本发明的实现在一定程度上可以变废为宝，具有较好的社会效益和环境效益。
(4)填补了目前我国在民用PM2.5过滤纸张材料上的空白。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表达的范围。
实施例1:天然沸石改性：将经过清洗、过滤、烘干后的天然沸石加入反应器，按固液比1:15g/ml加入浓度为1mol·L-1的草酸溶液，在85℃环境下，匀速搅拌2小时，过滤，采用清水洗涤，在105℃烘箱环境下烘干10小时，冷却后研磨至粒径为20～30μm待用。按照硫化度30％、用碱量18％的标准配制蒸煮药液；按照液比1:5取林业废弃物加入蒸煮药液进行蒸煮，调节蒸煮锅温度为150℃，蒸煮2小时，制得所需浆料。将所得浆料进行磨浆处理至打浆度为25°SR，加入改性沸石，沸石与浆料的绝干重量比为5:95，混合均匀后再经抄纸、压榨、烘干后制得PM2.5过滤纸。抄纸纸机宽度1760mm，网部车速200m/min，摇振振幅4毫米，频率125次/分,抄纸定量60g/m2。
实施例2:天然沸石改性：将经过清洗、过滤、烘干后的天然沸石加入反应器，按固液比1:10g/ml加入浓度为0.5mol·L-1的草酸溶液，在75℃环境下，匀速搅拌3小时，过滤，采用清水洗涤，在100℃烘箱环境下烘干8小时，冷却后研磨至粒径为30～40μm待用。按照硫化度28％、用碱量20％的标准配制蒸煮药液，取林业废弃物按照液比1:5.0加入蒸煮液进行蒸煮，调节蒸煮锅温度为155℃，蒸煮1.5小时，制得所需浆料。将所得浆料进行磨浆处理至打浆度为29°SR，加入改性沸石，沸石与浆料的绝干质量比为10:90，混合均匀后再经抄纸、压榨、烘干后制得PM2.5过滤纸。抄纸纸机宽度1880mm，网部车速250m/min，摇振振幅8毫米，频率250次/分,抄纸定量80g/m2。
实施例3:天然沸石改性：将经过清洗、过滤、烘干后的天然沸石加入反应器，按固液比1.2:10g/ml加入浓度为0.6mol·L-1的草酸溶液，在85℃环境下，匀速搅拌2小时，过滤，采用清水洗涤，在105℃烘箱环境下烘干9小时，冷却后研磨至粒径为40～50μm待用。按照硫化度25％、用碱量15％的标准配制蒸煮药液，取林业废弃物按照液比1.2:5加入蒸煮药液进行蒸煮，调节蒸煮锅温度为160℃，蒸煮2小时，制得所需浆料。将所得浆料进行磨浆处理至打浆度为32°SR，加入改性沸石，沸石与浆料的绝干质量比为8:92，混合均匀后再经抄纸、压榨、烘干后制得PM2.5过滤纸。抄纸纸机宽度2640mm，网部车速300m/min，摇振振幅10毫米，频率375次/分,抄纸定量120g/m2。
对使用本发明制备的PM2.5过滤纸进行了PM2.5性能的检测，表1、2、3分别为根据实施例1、2、3制得的PM2.5过滤纸对PM2.5的过滤效果。
表1过滤纸的PM2.5去除效率 单位：％
过滤速度，m/s 0.2 0.4 0.6 0.8
实施例1 82.5 79.8 76.4 62.3
实施例2 85.8 80.4 79.3 67.2
实施例3 96.9 89.5 83.1 75.8
由此可见，本发明制备的PM2.5过滤纸对PM2.5具有较高的去除效果，尤其是在过滤速度较低、定量较高时去除率更高，该方法具有生产成本低、过滤效果好、环境友好性佳等突出优点。

Claims (9)

1.一种PM2.5过滤纸的制备方法，包含如下步骤：
(1)天然沸石改性：将预处理过的天然沸石加入浓度为0.5～1mol·L-1的草酸溶液中，在75～85℃温度下，匀速搅拌2～3小时，过滤，采用清水洗涤，在100～105℃环境下烘干8～10小时，冷却后研磨至粒径为20～50μm，作为填料待用；
(2)制浆：按照硫化度25％～30％、用碱量15％～20％配制蒸煮药液，在蒸煮药液中加入林业废弃物粉末,调节蒸煮锅温度150～160℃，蒸煮1.5～2小时，制得所需浆料；对浆料进行洗涤、筛选、净化，再磨浆至打浆度25～32°SR；
(3)造纸：在步骤(2)制得的浆料中加入步骤(1)得到的填料，填料与浆料绝干重量比为5～10：90～95，混合均匀后再经抄纸、压榨、烘干后制得定量为60～120g/m2的PM2.5过滤纸。
2.如权利要求1所述的PM2.5过滤纸的制备方法，其特征在于：天然沸石与草酸溶液的固液比为1～1.2:10～15。
3.如权利要求1所述的PM2.5过滤纸的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的预处理是指将天然沸石进行清洗、过滤、烘干后再使用。
4.如权利要求1所述的PM2.5过滤纸的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的废弃物粉末与蒸煮药液液比1～1.2:5～5.5。
5.如权利要求1所述的PM2.5过滤纸的制备方法，其特征在于：步骤(3)抄纸纸机宽度1760～2640mm，网部车速200～300m/min，摇振振幅0～±10毫米，频率125～375次/分。
6.如权利要求2所述的PM2.5过滤纸的制备方法，其特征在于：步骤(1)草酸溶液浓度为0.5～1.0mol·L-1，搅拌时间2小时，搅拌温度85℃，在105℃烘箱环境下烘干9小时。
7.如权利要求4所述的PM2.5过滤纸的制备方法，其特征在于：步骤(2)蒸煮药液的配置标准为液比1:5.5、硫化度28％、用碱量18％。
8.如权利要求4所述的PM2.5过滤纸的制备方法，其特征在于：步骤(2)蒸煮锅温度为160℃，蒸煮2小时，打浆度为32°SR。
9.权利要求1～8任一项所述的PM2.5过滤纸的制备方法得到的PM2.5过滤纸。
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