CN107684894A - 一种吸附材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种吸附材料及其制备方法。所述吸附材料包括：作为基底的织物；和吸附在所述织物上的吸附剂，所述吸附剂为分子筛与二氧化硅气凝胶的组合。根据本发明的吸附材料在制备过程不使用胶水或有气味的化学品如氨水，因此不存在异味问题。根据本发明的吸附材料具有优异的吸附性。

Description

一种吸附材料及其制备方法
技术领域
本发明属于空气净化与处理领域。具体地，本发明涉及一种用于空气净化与处理的吸附材料及其制备方法。
背景技术
随着建筑物的密集化、汽车数量的剧增、工业排放的增加等，导致空气中的挥发性有害气体的排出量增加。在室外、办公室、家庭等生活环境中常常感觉到强烈的不适，这些气态污染物中，主要成分为甲醛，挥发性有机化合物(TVOC)，硫化物，氮化物等。随着对生活质量要求的提高以及环保意识的增强，人们对空气中微量的气态污染物的关心程度越来越高。为了去除这些有害物质，以保持舒适的生活环境，开发了许多空气净化器。
现有技术中所使用的，特别是用于降低有害气体浓度的过滤器和/或过滤材料为基于活性炭的。活性炭的主要成分是碳。活性炭作为无极性吸附剂，是具有极优吸附性能的特殊材质，大体上对所有的气体物质呈现出较高的吸附性，且制备工艺简单，原料易得，成本较低。
CN10358052B公开了一种用于气体处理的过滤器中使用或者作为用于气体处理或气体净化的过滤器的过滤材料，所述过滤材料包含至少一种具有反应和/或催化能力的活性炭和支撑材料，其中，所述活性炭为离散活性炭颗粒的形式，以球性或粒状的形式，并且被固定至支撑材料。
CN101332385A公开了一种两层无纺布之间夹持活性炭颗粒的过滤材料，该过滤材料虽然能够保持对粉尘等固体颗粒物的拦截，利用活性炭吸附功能还能吸附气态污染物。
但是，使用碳材料(无论作为无纺层中的粉末或作为化学融合碳)存在异味问题，这是由于它不可避免地使用胶水或有气味的化学品如氨水。
在膨润土中添加无机多碱酸作为吸附剂、使用金属酞菁染料作为除臭剂的技术也被公开，但是这些吸附剂和除臭剂一般耐热性低、加工困难且价格昂贵。
因此，非常期望开发一种新的吸附材料，其具有优异的吸附性能且在制备和使用过程中不存在异味问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新的吸附材料，其具有优异的吸附性能且在制备和使用过程中不存在异味问题。
本发明所要解决的问题通过以下技术方案得以解决：
根据本发明的第一方面，提供一种吸附材料，其特征在于，其包括：
作为基底的织物；和
附着在所述织物上的吸附剂，所述吸附剂为分子筛与二氧化硅气凝胶的组合。
根据本发明的第二方面，提供一种制备上述吸附材料的方法，其特征在于，其包括以下步骤：
i)将分子筛与二氧化硅气凝胶分散于溶剂中以形成涂布溶液；
ii)将涂布溶液涂布到织物上；和
iii)对涂布织物进行烘培以蒸发溶剂。
根据本发明的第三方面，提供一种制备上述吸附材料的方法，其特征在于，其包括以下步骤：
i)二氧化硅气凝胶的前躯体分散于含水溶剂中并调节pH值，以形成水解溶液；
ii)将分子筛加入所得水解溶液中，得到涂布溶液；
iii)将涂布溶液涂布到织物上；和
iv)对涂布织物进行烘烤以蒸发溶剂。
根据本发明的吸附材料在制备过程不使用胶水或有气味的化学品如氨水，因此不存在异味问题。根据本发明的吸附材料具有优异的吸附性。
根据本发明的吸附材料可用于空气净化和处理，例如用于制备空气净化器滤材，取代现有的需要大量使用胶水的三明治型夹碳布工艺。
在下文中，将更全面地体现本发明的其它方面以及更进一步的目的、特征和优点。
具体实施方案
下面对本发明技术方案进行详细描述。
根据本发明的第一方面，提供一种吸附材料，其特征在于，其包括：
作为基底的织物；和
吸附在所述织物上的吸附剂，所述吸附剂包含分子筛与二氧化硅气凝胶的组合。
所述织物优选为无纺布。
在一个实施方案中，所述织物是熔喷纤维网。
在一个实施方案中，所述织物是纺粘纤维网。
所述织物优选由选自聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰胺(PA)、聚氨酯(PU)的材料加工而成。
在一个实施方案中，所述织物为聚丙烯熔喷纤维网。
所述织物的基重优选为10-120g/m2，更优选为20-80g/m2，最优选为40-60g/m2。
所述吸附剂的量优选为1-100g/m2，更优选为10-60g/m2，最优选为30-50g/m2，以所述织物的表面积为基准。
所述分子筛与二氧化硅气凝胶的重量比优选为0.5-4:1，更优选为1-2:1，最优选为1-1.4:1。
所述分子筛的比表面积优选为300-1000m2/g，更优选400-800m2/g。
所述分子筛的粒径优选为10-400目，更优选100-250目，最优选150-200目。
与活性炭相比，分子筛有优良的选择吸附性、色泽洁白、平均比表面积大。
作为可用于本发明的分子筛，优选为能与二氧化硅气凝胶交联或以本领域中已知的其它方式结合的分子筛，更优选为含硅分子筛，可以提及比如MFI型的硅铝类分子筛，例如可以使用高硅的硅铝类ZSM-5粉末，也可以使用Honeywell公司生产的牌号为HiSiv3000的全硅类粒径为200目的粉末。所述分子筛也可以为FAU型的硅铝类分子筛，其更进一步分为X、Y型，例如可以使用Honeywell公司生产的牌号为HiSiv1000的粉末，其为FAU型的Y型。
HiSiv是晶体、无机二氧化硅-氧化铝结构。从化学上讲，HiSiv展示典型的沸石等温线、在低进料浓度下的高吸附能力和稳定的传质屏障。该特征允许容易从空气中去除挥发性有机化合物(VOC)至低于1ppm。通常，HiSiv即使在湿度达到完全饱和时，它们保留对有机物的高吸附能力。
用HiSiv覆盖织物以获得吸附材料，具有高性能。优点：(1)不使用胶水，不会产生异味，不会堵孔；(2)对TVOC有良好吸附；(3)HiSiv具有大的表面积，(4)容易控制HiSiv的量，也可以用高硅ZSM-5取代，控制成本。
然而，HiSiv在水和有机溶剂中的溶解性非常低，从而HiSiv与水形成悬浮体并且HiSiv难以吸附到无纺布上。对于ZSM-5以及大多数其它分子筛也是如此。
二氧化硅气凝胶通常在其骨架表面包含大量未反应的硅烷醇基团(Si-OH)，这些基团的存在使得二氧化硅气凝胶非常亲水。
由于含硅分子筛会有大量的Si-O键。二氧化硅气凝胶作为载体会与含硅分子筛交联，可能存在表明缔合成氢键的羟基，从而含硅分子筛会牢固地附着在织物上。
能与二氧化硅气凝胶以本领域中已知的其它方式结合的分子筛也可以通过与二氧化硅气凝胶的结合而牢固地附着在织物上。
使用二氧化硅气凝胶作为分子筛的载体可以形成稳定均匀的溶液。此外，二氧化硅气凝胶由于具有高的孔隙度，从而还控制吸附特征。
所述二氧化硅气凝胶的比表面积优选为600-1100m2/g，更优选800-1000m2/g。
所述二氧化硅气凝胶的粒径可为0.01-5mm，优选为0.1mm-1.0mm，更优选0.5mm。
根据本发明的第二方面，提供一种制备上述吸附材料的方法，其特征在于，其包括以下步骤：
i)将分子筛与二氧化硅气凝胶分散于溶剂中以形成涂布溶液；
ii)将涂布溶液涂布到织物上；和
iii)对涂布织物进行烘烤以蒸发溶剂。
所述溶剂为水或有机溶剂或其混合物。所述有机溶剂选自甲醇、乙醇和异丙醇等。
在所述涂布溶液中，分子筛的浓度为5-30％重量，以涂布溶液的总重量计。
所述涂布溶剂中还任选包含少量的比表面积大的活性炭以增强吸附性，所述活性炭的比表面积可为例如1000-1500m2/g，其含量小于1％重量，以涂布溶液的总重量计。
所述涂布可采用毛刷、刮涂机、喷枪、喷涂机进行。
所述烘烤在90-130℃进行20-60分钟，例如在110℃下烘烤40分钟。
也可以使用二氧化硅气凝胶的前躯体来制备上述吸附材料。
因此，根据本发明的第三方面，提供一种制备上述吸附材料的方法，其特征在于，其包括以下步骤：
i)二氧化硅气凝胶的前躯体分散于含水溶剂中并调节pH值，以形成水解溶液；
ii)将分子筛加入所得水解溶液中，得到涂布溶液；
iii)将涂布溶液涂布到织物上；和
iv)对涂布织物进行烘烤以蒸发溶剂。
所述含水溶剂为水或水与有机溶剂的混合物。所述有机溶剂选自甲醇、乙醇和异丙醇等。
可以用酸，例如盐酸来调节pH至适合二氧化硅气凝胶的前躯体水解的pH值。
在所述涂布溶液中，分子筛的浓度为5-30％重量，以涂布溶液的总重量计。
所述涂布溶剂中还任选包含少量的比表面积大的活性炭以增强吸附性，所述活性炭的比表面积可为例如1000-1500m2/g，其含量小于1％重量，以涂布溶液的总重量计。
所述涂布可采用毛刷、刮涂机、喷枪、喷涂机进行。
所述烘烤在90-130℃进行20-60分钟，例如在110℃下烘烤40分钟。
本申请中所述的“包含”和“包括”涵盖还包含或包括未明确提及的其它要素的情形以及由所提及的要素组成的情形。
实施例
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果作进一步说明，以使本领域技术人员能够充分地了解本发明的目的、特征和效果。应该理解一些实施例仅为示意性的，不构成对本发明范围的限定。
实施例1
将50g烷氧基硅烷(TEOS)、50g去离子水和60g甲醇混合，由盐酸调节pH值至5-6.5，在室温下搅拌24小时以制备烷氧基硅烷水解溶液。将所得溶液与70g 200目的分子筛(HiSiV3000，来自Honeywell公司)以获得包含分子筛的湿凝胶，混合均匀得到涂布溶液。将涂布溶液涂布到基重40g/m2的聚丙烯无纺布(涂布量为30g/m2)上，在110℃的烘箱中烘烤40分钟以蒸发溶剂，得到吸附材料。对所得吸附材料的吸附性能进行表征，结果见表1，测试参考JCT1074-2008.
实施例2
将10g二氧化硅气凝胶(气凝胶粉体颗粒，型号为AP，购自于浙江纳诺科技)分散在100g乙醇中，接着加入10g的200目的沸石(ZSM-5)，再加入1g的180目高比表面粉末活性炭(比表面为1500m2/g，购自于新疆博天源活性炭厂)，混合均匀得到涂布溶液。将涂布溶液涂布到基重为40g/m2的聚丙烯无纺布(涂布量为30g/m2上，在110℃的烘箱中烘烤40分钟以蒸发溶剂，得到吸附材料。对所得吸附材料的吸附性能进行表征，结果见表1，测试参考JCT1074-2008。
实施例3
将10g二氧化硅气凝胶(气凝胶粉体颗粒，型号为AP，购自于浙江纳诺科技)分散在100g乙醇中，接着加入10g的200目的沸石(ZSM-5)，混合均匀得到涂布溶液。将涂布溶液涂布到基重为40g/m2的聚丙烯无纺布(涂布量为30g/m2上，在110℃的烘箱中烘烤40分钟以蒸发溶剂，得到吸附材料。对所得吸附材料的吸附性能进行表征，结果见表1，测试参考JCT1074-2008。
实施例4
将10g二氧化硅气凝胶(气凝胶粉体颗粒，型号为AP，购自于浙江纳诺科技)分散在100g乙醇中，接着加入10g的200目的HiSiV3000，混合均匀得到涂布溶液。将涂布溶液涂布到基重为40g/m2的聚丙烯无纺布(涂布量为30g/m2上，在110℃的烘箱中烘烤40分钟以蒸发溶剂，得到吸附材料。对所得吸附材料的吸附性能进行表征，结果见表1，测试参考JCT1074-2008。
实施例5
将10g二氧化硅气凝胶(气凝胶粉体颗粒，型号为AP，购自于浙江纳诺科技)分散在100g乙醇中，接着加入14g的200目的HiSiV3000，混合均匀得到涂布溶液。将涂布溶液涂布到基重为40g/m2的聚丙烯无纺布(涂布量为30g/m2上，在110℃的烘箱中烘烤40分钟以蒸发溶剂，得到吸附材料。对所得吸附材料的吸附性能进行表征，结果见表1，测试参考JCT1074-2008。
表1所得吸附材料的吸附性能(针对甲苯)
虽然已经展现和讨论了本发明的一些方面，但是本领域内的技术人员应该意识到，可以在不背离本发明原理和精神的条件下对上述方面进行改变，因此本发明的范围将由权利要求以及等同的内容所限定。

Claims (11)

1.一种吸附材料，其特征在于，其包括：
作为基底的织物；和
吸附在所述织物上的吸附剂，所述吸附剂包含分子筛与二氧化硅气凝胶的组合。
2.根据权利要求1所述的吸附材料，其特征在于，所述织物为无纺布。
3.根据权利要求1或2所述的吸附材料，其特征在于，所述织物由选自聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚氨酯的材料加工而成。
4.根据权利要求1或2所述的吸附材料，其特征在于，所述织物的基重为10-120g/m2，优选为20-80g/m2，更优选为40-60g/m2。
5.根据权利要求1或2所述的吸附材料，其特征在于，所述吸附剂的量为1-100g/m2，优选为10-60g/m2，更优选为30-50g/m2，以所述织物的表面积为基准。
6.根据权利要求1或2所述的吸附材料，其特征在于，所述分子筛与二氧化硅气凝胶的重量比为0.5-4∶1，优选为1-2∶1，更优选为1-1.4∶1。
7.一种制备根据权利要求1-6中任一项所述的吸附材料的方法，其特征在于，其包括以下步骤：
i)将分子筛与二氧化硅气凝胶分散于溶剂中以形成涂布溶液；
ii)将涂布溶液涂布到织物上；和
iii)对涂布织物进行烘烤以蒸发溶剂。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述溶剂为水或有机溶剂或其混合物，所述有机溶剂选自甲醇、乙醇和异丙醇。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述烘烤在110-130℃进行20-60分钟。
10.一种制备根据权利要求1-6中任一项所述的吸附材料的方法，其特征在于，其包括以下步骤：
i)二氧化硅气凝胶的前躯体分散于含水溶剂中并调节pH值，以形成水解溶液；
ii)将分子筛加入所得水解溶液中，得到涂布溶液；
iii)将涂布溶液涂布到织物上；和
iv)对涂布织物进行烘烤以蒸发溶剂。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述含水溶剂为水或水与有机溶剂的混合物。所述有机溶剂选自甲醇、乙醇和异丙醇。
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