CN107876023A - 一种腐植酸除霾固态功能制剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种腐植酸除霾固态功能制剂及其制备方法和应用，属于大气污染治理技术领域。该制备方法包括以下步骤：以质量份数计，分别取用1～20份的腐植酸、0.1～10份的矿土、0.01～5份的稀释强酸液、50～100份的氢氧化钠和1～20份的活性炭纤维；向矿土中加入稀释强酸液，搅拌后离心处理，烘干沉淀，研磨过筛，得产物1；向腐植酸中加入氢氧化钠溶液搅拌，滤去不溶的滤渣，再放入烘箱中烘干，研磨过筛，得产物2；将产物1、产物2及活性碳纤维混合搅拌制得。该制备方法简单，对设备要求低，绿色环保，适合工业化放大生产。经制得的腐植酸除霾固态功能制剂能够吸附雾霾气体、颗粒物，优化空气质量，改善生活环境，消除雾霾引发的各种不利影响。

Description

一种腐植酸除霾固态功能制剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于大气污染治理技术领域，具体涉及一种腐植酸除霾固态功能制剂及其制备方法和应用。
背景技术
近几年来，“雾霾”成为年度关键词。人长时间处于雾霾及各种空气污染中，可引发多种疾病，人们谈霾色变。PM2.5由于粒径很小，能够深入到人的肺部，对呼吸系统和心血管系统影响更大，所以雾霾伤心肝、伤肺、伤血管、伤皮肤伤神等，对老人和儿童的危害更为明显。并且由于能见度降低，空气质量差，对交通、供电系统、航运、航空、农作物生长等均带来较大影响。
现有的雾霾治理产品耗大，不可降解，且治理面积有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种腐植酸除霾固态功能制剂及其制备方法和应用，该方法操作简单，对设备要求低，绿色环保，适合工业化放大生产，经该方法制得的腐植酸除霾固态功能制剂能吸附雾霾气体、雾霾颗粒，且可降解、无污染，吸附完成后还可作为土壤肥料，能够改善土壤结构，恢复生态平衡，减少化学污染。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种腐植酸除霾固态功能制剂的制备方法，包括以下步骤：
1)以质量份数计，分别称取1～5份的腐植酸、0.8～3份的矿土、0.01～5份的稀释强酸液、0.6～3份的氢氧化钠和0.8～2份的活性炭纤维，备用；
2)向矿土中加入稀释强酸液，搅拌后离心处理，烘干离心处理后的沉淀，研磨过筛，得产物1，备用；
3)将氢氧化钠加入水中搅拌配制氢氧化钠溶液，向腐植酸中加入氢氧化钠溶液搅拌，滤去不溶于氢氧化钠溶液的滤渣，再放入烘箱中烘干，研磨过筛，得产物2，备用；
4)将0.5～3份产物1、0.6～8份产物2以及活性碳纤维混合搅拌后超声波处理，制得腐植酸除霾固态功能制剂。
优选地，矿土为凹凸棒土、高岭土、蒙脱土、粘土、膨润土或针铁矿。
优选地，稀释强酸液为盐酸、硝酸或硫酸，其中，稀释强酸液的稀释倍率为8％～15％。
优选地，步骤2)中，离心处理的条件为转速3000～5000r/min，离心30～60min。
优选地，步骤3)中，氢氧化钠溶液为质量分数为12％氢氧化钠溶液。
优选地，步骤2)中和步骤3)中的研磨过筛均为过100～300目筛。
优选地，步骤4)所述超声波处理的条件为温度40℃～60℃，时间60～100min，搅拌速率150～500r/min。
本发明还公开了采用上述方法制备的腐植酸除霾固态功能制剂。
本发明还公开了上述腐植酸除霾固态功能制剂在治理雾霾中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的腐植酸除霾固态功能制剂的制备方法，该制备方法中包括原料腐植酸和矿土，腐植酸是由芳香族及其多种官能团构成的高分子有机酸，天然可降解，具有良好的生理活性和吸附吸收、络合、交换等功能。它广泛存在于土壤、湖泊、河流、海洋以及泥炭(又称草炭)、褐煤、风化煤中。腐植酸可与氧化物、氢氧化物、矿土中矿物质形成化学和生物学稳定的溶于水和不溶于水的物质，矿土中矿物质可通过氧键作用、疏水性作用、离子交换及离子桥键与腐植酸相互作用，吸附在矿物质颗粒上的腐植物质可修饰无机表面，改变表面性质和络合位点的数量，可促进疏水有机组分、有害气体、金属离子的吸附，有机酸影响重金属离子吸附解吸行为，腐植酸与矿土中的矿物质颗粒形成团聚体进而增强对重金属离子颗粒物的吸附或络合作用。
进一步地，还包括步骤3)混合搅拌后的超声波处理，超声波处理的条件为温度40℃～60℃，时间为60～100min，搅拌速率为150～500r/min，使其分散均匀的同时保证晶型完整不受损害，从而制得拥有较高吸附能力及表面活性的固态除霾功能制剂。该方法操作简单，对设备要求低，绿色环保，适合工业化放大生产。
经本发明制得的腐植酸除霾固态功能制剂能吸附雾霾气体、雾霾颗粒，并且该腐植酸除霾固态功能制剂可降解、无污染，吸附完成后还可作为土壤肥料，能够改善土壤结构，恢复生态平衡，减少化学污染。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
称取2份矿土向其中加入浓度15％的硝酸溶液0.01份，搅拌后离心，调节离心转速为5000r/min，离心60min，离心后，倾倒上清液，余下沉淀于100℃烘干，然后，研磨过200目筛，得产物1；称取市售5份腐植酸加入3份质量分数为12％氢氧化钠溶液搅拌，滤去不溶于碱液的滤渣，再放入烘箱中烘干，研磨过200目筛，得产物2；最后将制得的2份产物1、6份产物2以及1份活性碳纤维混合搅拌，然后，在50℃、150r/min搅拌速度下超声处理60min，使其分散均匀的同时保证晶型完整不受损害，从而制得拥有较高吸附能力及表面活性的腐植酸除霾固态功能制剂，其中，矿土为凹凸棒土。
实施例2
称取0.8份矿土向其中加入浓度8％的硫酸溶液2份，搅拌后离心，调节离心转速为3000r/min，离心30min，离心后，倾倒上清液，余下沉淀于100℃烘干，然后，研磨过200目筛，得产物1；称取市售1份腐植酸加入0.6份质量分数为12％氢氧化钠溶液搅拌，滤去不溶于碱液的滤渣，再放入烘箱中烘干，研磨过200目筛，得产物2；最后将制得的0.5份产物1、0.6份产物2以及0.8份活性碳纤维混合搅拌，然后，在40℃、300r/min搅拌速度下超声100min，使其分散均匀的同时保证晶型完整不受损害，从而制得拥有较高吸附能力及表面活性的腐植酸除霾固态功能制剂，其中，矿土为高岭土。
实施例3
称取3份矿土向其中加入浓度12％盐酸溶液5份，搅拌后离心，调节离心转速为5000r/min，离心60min，离心后，倾倒上清液，余下沉淀于100℃烘干，然后，研磨过200目筛，得产物1；称取市售4份腐植酸加入3份质量分数为12％氢氧化钠溶液搅拌，滤去不溶于碱液的滤渣，再放入烘箱中烘干，研磨过200目筛，得产物2；最后将制得的3份产物1、7份产物2以及2份活性碳纤维混合搅拌，然后，在50℃、150r/min搅拌速度下超声60min，使其分散均匀的同时保证晶型完整不受损害，从而制得拥有较高吸附能力及表面活性的腐植酸除霾固态功能制剂，其中，矿土为蒙脱土。
实施例4
称取1份矿土向其中加入浓度10％的硫酸溶液1.5份，搅拌后离心，调节离心转速为5000r/min，离心60min，离心后，倾倒上清液，余下沉淀于100℃烘干，然后，研磨过200目筛，得产物1；称取市售5份腐植酸加入3份质量分数为12％氢氧化钠溶液搅拌，滤去不溶于碱液的滤渣，再放入烘箱中烘干，研磨过200目筛，得产物2；最后将制得的1份产物1、7份产物2以及2份活性碳纤维混合搅拌，然后，在60℃、200r/min搅拌速度下超声40min，使其分散均匀的同时保证晶型完整不受损害，从而制得拥有较高吸附能力及表面活性的腐植酸除霾固态-功能制剂，其中，矿土为粘土。
实施例5
称取2份矿土向其中加入浓度11％硝酸溶液3份，搅拌后离心，调节离心转速为5000r/min，离心60min，离心后，倾倒上清液，余下沉淀于100℃烘干，研然后，磨过200目筛，得产物1；称取市售5份腐植酸加入3份质量分数为12％氢氧化钠溶液搅拌，滤去不溶于碱液的滤渣，再放入烘箱中烘干，研磨过200目筛，得产物2；最后将制得的2份产物1、8份产物2以及1份活性碳纤维混合搅拌，然后，在50℃、400r/min搅拌速度下超声60min，使其分散均匀的同时保证晶型完整不受损害，从而制得拥有较高吸附能力及表面活性的腐植酸除霾固态功能制剂，其中，矿土为膨润土。
实施例6
称取2份矿土向其中加入浓度9％的盐酸溶液2.5份，搅拌后离心，调节离心转速为5000r/min，离心60min，离心后，倾倒上清液，余下沉淀于100℃烘干，研然后，磨过100目筛，称取市售5份腐植酸加入3份质量分数为12％氢氧化钠溶液搅拌，滤去不溶于碱液的滤渣，再放入烘箱中烘干，研磨过300目筛，得产物2；最后将制得的2份产物1、8份产物2以及1份活性碳纤维混合搅拌，然后，在50℃、150r/min搅拌速度下超声60min，使其分散均匀的同时保证晶型完整不受损害，从而制得拥有较高吸附能力及表面活性的腐植酸除霾固态功能制剂，其中，矿土为针铁矿。
实施例7
称取1.5份矿土向其中加入浓度10％的硫酸溶液0.5份，搅拌后离心，调节离心转速为4000r/min，离心60min，离心后，倾倒上清液，余下沉淀于100℃烘干，然后，研磨过300目筛，称取市售4份腐植酸加入2份质量分数为12％氢氧化钠溶液搅拌，滤去不溶于碱液的滤渣，再放入烘箱中烘干，研磨过100目筛，得产物2；最后将制得的1.5份产物1、6.5份产物2以及1份活性碳纤维混合搅拌，然后，在50℃、500r/min搅拌速度下超声80min，使其分散均匀的同时保证晶型完整不受损害，从而制得拥有较高吸附能力及表面活性的腐植酸除霾固态功能制剂，其中，矿土为凹凸棒土。
为了进一步说明本发明的效果，对上述实施例1～7得到的固态除霾功能制剂进行吸附性能研究，其吸附测试试验在固定床连续流动反应装置上进行，雾霾的主要有害成分为硫氧化物及其形成的颗粒物、挥发性有机物及其形成的颗粒物，反应装置模拟烟气(SO2)、VOCs发生器、水汽发生器三通控制，流经恒温吸附床系统，即由石英管反应器，石英管两端用插有管道的橡皮塞密封固定，石英管内脱硫剂两端用玻璃棉支撑，反应温度由热电偶测量控制，由阀门控制气体通路进出口体积含量由转子流量计控制，VOCs出口流量由气相色谱仪检测，其中，模拟烟气控制二氧化硫，转子流量计测定二氧化硫吸附率，气相色谱测定亚甲基蓝吸附率。
吸附性能试验是在室温、常压条件下进行，分别通过反应装置，控制气体进入种类及流量大小，先将装置二氧化硫与水汽同时打开控制二氧化硫流量大小在经吸附装置，最后由出口流出，转子流量计检测大小，在以同样的方法测有机溶胶(亚甲基蓝)有害物的吸附量。具体试验结果如表1所示。其中，VOCs挥发性有机物是雾霾中的一种化学有害有机物质，亚甲基蓝是挥发性有机物的一种。
表1测试结果
由表1可以看出，本发明实施例1～7制得的腐植酸除霾固态功能制剂对硫氧化物处理率为90％以上，实施例1、2、5～7制得的腐植酸除霾固态功能制剂对有机溶胶(亚甲基蓝)处理率为90％以上，实施例3制得的腐植酸除霾固态功能制剂对有机溶胶(亚甲基蓝)处理率为88％，实施例4制得的腐植酸除霾固态功能制剂对有机溶胶(亚甲基蓝)处理率为78％，能吸附雾霾有害气体、雾霾颗粒。并且该腐植酸除霾固态功能制剂可降解、无污染，吸附完成后还可作为土壤肥料，能够改善土壤结构，恢复生态平衡，减少化学污染。
综上所述，本发明公开的腐植酸除霾固态功能制剂的制备方法中包括原料腐植酸和矿土，腐植酸是由芳香族及其多种官能团构成的高分子有机酸，天然可降解，具有良好的生理活性和吸附吸收、络合、交换等功能。它广泛存在于土壤、湖泊、河流、海洋以及泥炭(又称草炭)、褐煤、风化煤中。腐植酸可与氧化物、氢氧化物、矿土中矿物质形成化学和生物学稳定的溶于水和不溶于水的物质，矿土中矿物质可通过氧键作用、疏水性作用、离子交换及离子桥键与腐植酸相互作用，吸附在矿物质颗粒上的腐植物质可修饰无机表面，改变表面性质和络合位点的数量，可促进疏水有机组分、有害气体、金属离子的吸附，有机酸影响重金属离子吸附解吸行为，腐植酸与矿土中的矿物质颗粒形成团聚体进而增强对重金属离子颗粒物的吸附或络合作用。该方法操作简单，对设备要求低，绿色环保，适合工业化放大生产。

Claims (9)

1.一种腐植酸除霾固态功能制剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)以质量份数计，分别称取1～5份的腐植酸、0.8～3份的矿土、0.01～5份的稀释强酸液、0.6～3份的氢氧化钠和0.8～2份的活性炭纤维，备用；
2)向矿土中加入稀释强酸液，搅拌后离心处理，烘干离心处理后的沉淀，研磨过筛，得产物1，备用；
3)将氢氧化钠加入水中搅拌配制氢氧化钠溶液，向腐植酸中加入氢氧化钠溶液搅拌，滤去不溶于氢氧化钠溶液的滤渣，再放入烘箱中烘干，研磨过筛，得产物2，备用；
4)将0.5～3份产物1、0.6～8份产物2以及活性碳纤维混合搅拌后超声波处理，制得腐植酸除霾固态功能制剂。
2.根据权利要求1所述的腐植酸除霾固态功能制剂的制备方法，其特征在于，矿土为凹凸棒土、高岭土、蒙脱土、粘土、膨润土或针铁矿。
3.根据权利要求1所述的腐植酸除霾固态功能制剂的制备方法，其特征在于，稀释强酸液为盐酸、硝酸或硫酸，其中，稀释强酸液的浓度为8％～15％。
4.根据权利要求1所述的腐植酸除霾固态功能制剂的制备方法，其特征在于，步骤2)中，离心处理的条件为转速3000～5000r/min，离心30～60min。
5.根据权利要求1所述的腐植酸除霾固态功能制剂的制备方法，其特征在于，步骤3)中，氢氧化钠溶液为质量分数为12％氢氧化钠溶液。
6.根据权利要求1所述的腐植酸除霾固态功能制剂的制备方法，其特征在于，步骤2)中和步骤3)中的研磨过筛均为过100～300目筛。
7.根据权利要求1所述的腐植酸除霾固态功能制剂的制备方法，其特征在于，步骤4)所述超声波处理的条件为温度40℃～60℃，时间60～100min，搅拌速率150～500r/min。
8.采用权利要求1～7任意一项所述的方法制备的腐植酸除霾固态功能制剂。
9.权利要求8所述的腐植酸除霾固态功能制剂在治理雾霾中的应用。
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