CN107715833A - 除氮氧化物的球形滤料、过滤盒、口鼻罩以及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于除氮氧化物的球形滤料，还涉及由该球形滤料构成的空气过滤盒和口鼻罩。包括以下步骤：a）将膨润土、活性炭、沸石分子筛、助剂均匀混合，得到混合物，所述膨润土、活性炭、沸石分子筛、助剂的重量比为150‑250：20‑100：180‑300：5‑40；b）将步骤a）所得的混合原料在加水湿润的条件下，通过造球机滚成球，再经过干燥烧制固结成为具有一定强度和吸附性能的球状滤料。本发明在上述原料的协同作用下，配合特定的造球工艺，制备得到的球形滤料对空气中的氮氧化物去除率高，该滤料使用于口鼻罩，既具有强吸附性，又具有良好的透气性。
Description
技术领域
本发明涉及空气净化领域，为一种用于除氮氧化物的球形滤料、过滤盒、口鼻罩以及制备方法。
背景技术
氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之一，它的排放会给自然环境和人类生活带来严重危害。全世界每年排入到大气中的氮氧化物总量达500万吨以上，其中主要来自煤和燃油锅炉，汽车排气及硝酸和硝酸盐工厂中的尾气。
氮氧化物的种类很多，通常所说的氮氧化物包括一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、一氧化二氮（N2O）、三氧化二氮（N2O3）、四氧化三氮（N3O4）等几种。通常所指造成大气污染的氮氧化物就是指NO和NO2（其中NO占90%以上）。
目前，NOx作为一种污染气体在空气中的含量呈逐年上升趋势，另外还伴有过量氧气、水蒸汽和SO2，处理难度较大。NOx不仅对人体有致毒作用，同时也会形成酸雨、酸雾，与碳氢化合物形成光化学烟雾，参与臭氧层的破坏等。
因此，消除氮氧化物污染已在全世界范围内引起广泛关注，不少企业和科研人员都长期致力于开发高效率，低成本的工艺和技术。脱除NOx催化剂主要有金属氧化物、贵金属。其中，金属氧化物高温下不稳定，催化活性不高；贵金属具有较高的低温催化活性，但活性温度窗口窄。
本发明中的球形滤料因其规整的晶体结构、较强的表面酸性及分子大小的孔道尺寸而具有特殊的择形催化功能和优良的吸附分离性能，对催化脱除NOx具有高活性、高选择性、活性温度范围宽等优点。将该球形滤料填充于过滤盒，作为口鼻罩的过滤元件，使口鼻罩既具有良好的透气性，又具有很强的吸附性和过滤净化效能，有效解决了过滤性能与透气性相矛盾的问题，提高用户佩戴舒适性，减少闷热感。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于净化空气的球形滤料、过滤盒、口鼻罩以及制备方法，可以有效去除氮氧化物，并能保持良好的透气性。
为达此目的，本发明采用以下制备方法：a）将膨润土、活性炭、沸石分子筛、助剂均匀混合，得到混合物，所述膨润土、活性炭、沸石分子筛、助剂的重量比为150-250：20-100：180-300：5-40。
优选的，所述膨润土、活性炭、沸石分子筛、助剂的重量比为160-240：30-90：190-270：15-35；更优选的，所述膨润土、活性炭、沸石分子筛、助剂的重量比为170-230：40-80：200-260：20-30。
优选的，所述原料的粒径为180目—400目。
在本发明中，所述助剂为粘结剂，造孔剂等的改善物料成球性或吸附性能的添加剂，粘结剂、造孔剂的重量比为0.3-0.6：1。
b）将步骤a）所得的混合原料在自动喷雾器加水湿润的条件下，通过造球机滚成球，再经过干燥烧制固结成为具有一定强度和吸附性能的球状滤料。
优选的，球状滤料直径为0.8-2mm。
优选的，加水量占粉状物料的重量百分比为25%-58%。
优选的，球形滤料坯通过梯度升温的方式实现制孔和固化，制孔固化温度为120-260℃，烘燥时间为2-4小时。
在本发明中，膨润土又称斑脱岩、膨土岩等，是以蒙脱石为主要成分的粘土岩—蒙脱石粘土岩，常含少量伊利石、高岭石及沸石、长石、方解石等，其中蒙脱石为少量碱金属及碱土金属的含水铝硅酸盐矿物，其化学式为Nax(H2O)4{(Al2-xMg0.33)[Si4O10](OH)2}。
膨润土具有很强的吸湿性、膨胀性和较强的阳离子交换能力，对各种气体、液体、有机物质有一定的吸附能力，最大吸附量可达5倍于自身的重量。此外，膨润土还有良好的粘结性，在球团工艺中使造球过程稳定。
天然的膨润土很多是钙钠基或钙镁基膨润土，在使用时可将其改型处理为钠基膨润土。以河南信阳上天梯产的膨润土为例，其矿物成分为：钙质蒙脱石55～60wt%，α-方石英25～30wt%，珍珠岩2～5wt%，水云母和高岭土等矿物2～5wt%，可以通过如下工艺进行改型处理：原矿—破碎—干法改型—搅拌—分级—过滤—烘干。改型处理后的活性膨润土中蒙脱石的含量可达90wt%以上，产品的粒度在5微米以下的可达98wt%，Na+离子交换量ENa+可达100毫摩尔/100克以上，产品也由钙基膨润土变成优质钠基膨润土。
在本发明中，活性炭是一种多孔性物质，具有蜂窝状的孔隙结构，较大的比表面积，特异的表面官能团、稳定的物理和化学性能，是优良的吸附剂、催化剂或催化剂载体。根据原料来源的不同活性炭优选分为木质活性炭、矿物质原料活性炭和其他原料制成的活性炭等。其中，所述木质活性炭优选包括椰壳活性炭、杏壳活性炭、木质粉炭；所述矿物质原料活性炭优选包括各种煤和石油及其加工产物为原料制成的活性炭；其他原料制成的活性炭优选包括废橡胶、废塑料制成的活性炭。本发明优选使用以椰壳材质为来源的活性炭，其强度较高、吸附性能好，更优选为以椰壳材质为来源的医用活性炭。在本发明中，所述活性炭的比表面积优选不低于500m2/g，更优选不低于1000m2/g。活性炭可以高效的吸附空气中的有机物、尤其是医用活性炭，作为用过国家相关药品监督标准的产品，杂质含量低，表面积更大，吸附效果也更好。
在本发明中，沸石分子筛是结晶铝硅酸金属盐的水合物，其化学通式为Mx/m[(AlO2)x·(SiO2)y]·zH2O。M代表阳离子，m表示其价态数，z表示水合数，x和y是整数。沸石分子筛活化后，水分子被除去，余下的原子形成笼形结构，孔径为3～10Å。它具有晶体的结构和特征，表面为固体骨架，内部的孔穴可起到吸附分子的作用。孔穴之间有孔道相互连接，分子由孔道经过。依据其晶体内部孔穴的大小对分子进行选择性吸附，也就是吸附一定大小的分子而排斥较大物质的分子，因而被形象地称为”分子筛”。沸石分子筛按其孔或通道体系可分为小孔，中孔和双孔沸石三个组别。小孔沸石的孔口属八元环体系，其最大的自由直径为0.43nm。优选选择林德A(lindeA)，毛沸石(erionite)，菱沸石(chabazite)，ZK-5，ZK-4，ZK-21，ZK-22。中孔沸石属十元环体系，其通道开口居于较小的八元环和较大的十二元环之间，最大的自由直径为0.63nm。优选为浊沸石(laumontite)、ZSM-5、ZSM-12、ZSM-23、ZSM-48、ZSM-11。双孔主要是具有两组孔结构，即有十二元和八元环孔口或十元和八元孔口的交联通道。优选为丝光沸石，菱钾沸石(offretite)，林德T，纳菱沸石(gmelnite)，片沸石(heulandite)，或斜发沸石(clinoptilolite)，镁碱沸石9ferrierite），ZSM-35，ZSM-38，辉沸石z9stilbite），环晶石z9dachiardite），柱沸石(epistilbite)。
沸石分子筛这种多孔物质，表面极性强，晶体晶格中有可交换的阳离子，可以高效的去除空气中的氮氧化物。
本发明优选的沸石分子筛为丝光沸石。更优选经过改性的沸石分子筛，可以使用氯化铵进行改性。即可以为氯化铵进行改性的丝光沸石分子筛。
在本发明中，粘结剂为皂土、消石灰和生石灰等。消石灰、生石灰的添加剂能提高球形滤料的强度、调剂原料水分，还能改善球形滤料的化学性能，降低还原粉化率和膨胀率，提高球形滤料的强度。
本发明所述造孔剂是一类易分解产生大量气体而引起发孔作用的物质，其中偶氮类化合物、碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸铵、磺酰腈类化合物、草酸等是其典型的代表。作为优选，发孔剂为偶氮二甲酰胺、碳酸氢铵、草酸中的至少一种。
在本发明中，对于上述原料的来源和纯度没有特殊限制，优选为市售。原料粒度越细，越趋于均匀，成球性越好，球团强度越高。
在本发明中，对于上述原料的混合没有任何限制，可以为任何不会显著改变粉体粒径和粒度分布的低剪切混合器或搅拌器，优选可以为钝的叶轮叶片的搅拌器、滚筒式混合器、螺旋式搅拌器等。对于上述混合器和搅拌器的转速要视混合器的类型而定，对此不进行限制，优选为避免扬起粉尘。
与现有技术相比，本发明提供了一种除氮氧化物的球形滤料、过滤盒、口鼻罩以及制备方法。在上述原料协同作用下，配合特定的球团成型工艺，本发明的有益效果：（1）将多种吸附材料实现功能复合，空气经过本发明所述的球形滤料后，NO和NO2都降到极低水平。（2）通过造孔剂与粘结剂的配合使球形滤料的吸附面积和成型强度达到最优。（3）本专利发明的球形滤料构成的口鼻罩在高效过滤氮氧化物的同时，降低了呼吸阻力，使使用者感到舒适。
本发明提供了一种过滤盒，过滤盒内填充由上述技术方案所述的除氮氧化物的球形滤料。
本发明提供了一种口鼻罩，由上述技术方案所述的过滤盒构成。
附图说明
图1是本发明口鼻罩的结构示意图。
图2是本发明过滤盒的结构示意图。
图3是本发明过滤盒的上零件的结构示意图。
图4是本发明过滤盒的下零件的结构示意图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，以下结合相关附图和实施例对本发明提供的一种用于除氮氧化物的球形滤料、过滤盒、口鼻罩以及制备方法进行详细描述。
参见图1、图2和图3，本发明一较佳实施所述的一种用于除氮氧化物的口鼻罩，包括口鼻罩面罩主体1，过滤盒2，进出气孔3，鼻梁夹4，弹性耳带5。所述面罩主体1可折叠，过滤盒5安装在面罩主体1开孔处，所述过滤盒5由上下零部件组成，所述上下零部件通过内螺纹6外螺纹7连接，连接后，上下零部件的外边缘可将过滤盒固定面罩主体1。所述上零件的内腔填充本发明中吸附氮氧化物的球形滤料8，上零部件的上下表面有直径小于0.8mm的进出气孔3。所述鼻梁夹4为可调节设计，确保与面部贴合。所述弹力耳带5为棉质高回弹力头带，长时间佩戴舒适感好。该口鼻罩能高效防护氮氧化物，且呼吸阻力小，进出气顺畅，佩戴更舒适。
实施例1
膨润土粉（200目）190g 沸石分子筛（370目）216g 活性炭（240目）50g 粘结剂（190目）7g 造孔剂（320目）13g。
其制备方法如下：
按配方量称取各原料，混合搅拌均匀之后，在自动喷雾器加水湿润的条件下，加水量总量占粉状物料的重量百分比为26%，通过造球机滚成球，在130℃下烧制3小时后，即成为多孔球形滤料，将滤料填充在过滤盒，作为口鼻罩的过滤元件，组装成口鼻罩。
实施例2
膨润土粉（310目）170g 沸石分子筛（400目）190g 活性炭（280目）35g 粘结剂（200目）5g 造孔剂（190目）9g。
其制备方法如下：
按配方量称取各原料，混合搅拌均匀之后，在自动喷雾器加水湿润的条件下，加水量总量占粉状物料的重量百分比为50%，通过造球机滚成球，在180℃下烧制2.5小时后，即成为多孔球形滤料，将滤料填充在过滤盒，作为口鼻罩的过滤元件，组装成口鼻罩。
实施例3
膨润土粉（250目）240g 沸石分子筛（320目）280g 活性炭（300目）90g 粘结剂（340目）11g 造孔剂（190目）20g。
其制备方法如下：
按配方量称取各原料，混合搅拌均匀之后，在自动喷雾器加水湿润的条件下，加水量总量占粉状物料的重量百分比为35%，通过造球机滚成球，在240℃下烧制2小时后，即成为多孔球形滤料，将滤料填充在过滤盒，作为口鼻罩的过滤元件，组装成口鼻罩。
表1 使用本发明的口鼻罩处理前后氮氧化物，单位：ppm。
从表1可以看出，使用由本发明的口鼻罩对去除空气中NO和NO2有很好的效果。
以上对本发明所提供的一种用于除氮氧化物的球形滤料、过滤盒、口鼻罩以及制备方法进行了介绍。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种除氮氧化物的球形滤料，球体直径为0.8-2mm；球形滤料以膨润土、活性炭、沸石分子筛和助剂为原料，采用球团工艺成型；所述膨润土，活性炭，沸石分子筛，助剂的重量比为150-250：20-100：180-300：5-40。
2.根据权利要求1所述助剂为包括粘结剂，造孔剂的改善物料成球性或吸附性能的添加剂，其中，粘结剂、造孔剂的重量比为0.3-0.6：1。
3.根据权利2所述的造孔剂，其特征在于：造孔剂为偶氮类化合物、碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸铵、磺酰腈类化合物、草酸中的一种或几种混合。
4.根据权利2所述的粘结剂，其特征在于：粘结剂为皂土、消石灰和生石灰等。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，原料粒径为180目—360目。
6.根据权利1所述球团工艺，其特征在于：将混合原料在自动喷雾器加水湿润的条件下，通过造球机滚成球，再经过干燥烧制固结成为具有一定强度和吸附性能的球状滤料；其中，加水量占粉状物料的重量百分比为25%-58%，球形滤料坯通过梯度升温的方式实现制孔和固化，制孔固化温度120-260℃，烘燥时间为2-4小时。
7.权利要求1至6中任一项所述的制备方法得到的用于去除氮氧化物的球形滤料。
8.一种空气过滤盒，其特征在于，在过滤盒内填充由权利要求7所述的球形滤料。
9.一种口鼻罩，其特征在于，由权利要求8所述的过滤盒构成。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20180223 |