CN108114708A - 可热再生的挥发性物质去除用多孔性吸附剂涂层电极制造方法以及由此方法制造的电极 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可热再生的挥发性物质去除用多孔性吸附剂涂层电极制造方法，其将多孔性物质和导电体与粘合剂一起以预定比率进行混合并涂覆在金属板的一面上，然后将金属板干燥预定时间，由此制造涂层电极，然后将制造的涂层电极的金属板和吸附剂层分别进行电连接，此时因吸附剂层内的非导体的多孔性物质而产生电阻热，通过该电阻热能够使多孔性物质内的挥发性物质发生脱离。
Description
技术领域
本发明涉及一种可热再生的挥发性物质去除用多孔性吸附剂涂层电极制造方法以及由此方法制造的电极，更加详细而言，涉及一种为了去除吸附在大气污染中含有的挥发性物质去除用多孔性吸附剂上的挥发性物质而在非导体的多孔性吸附剂混合导电性高的石墨或者黑炭并涂覆在导体表面上，然后供应电流，并利用由此产生的热使多孔性吸附剂再生的可热再生的挥发性物质去除用多孔性吸附剂涂层电极制造方法以及由此方法制造的电极。
背景技术
通常,活性炭用于通过活性表面的牵引力和吸附力而从水中或者大气中去除疏水性物质的挥发性有机物质。尤其，有机物质的吸附去除中最为重要的要素在于活性炭的高的比表面积和细孔，典型的活性炭其比表面积会达到500-1400m2/g。因为该类细孔的选择性，有机物的去除非常容易，细孔的形成是在活性化过程中产生。
为了去除如上所述挥发性物质，在利用活性炭的方法中，在大韩民国授权专利第1109747号中公开有将活性炭涂覆在薄板电极上的制造方法。所述专利是本申请人于2011年4月6日进行申请并于2012年1月18日被授权的专利，公开了在电极表面涂覆悬浮状的活性炭，然后在电极上施加电，从而能够去除挥发性有机物以及臭气的技术。
如上所述，当利用铝或者铁板来作为阳极和阴极使用时，在两个电极之间会因由电磁场的感应电流，而在电极表面产生静电(electrostatic)，因此可以作为利用静电吸附大气中的灰尘的表面而使用。
尤其，为了扩大阳极以及阴极中能够吸附灰尘的静电表面，而混合环氧(epoxy)、聚酯(polyester)、聚乙烯醇(polyvinylalcohol)、聚醋酸乙烯酯(polyvinylacetate)等高分子粘接剂和多孔性吸附剂，在电极表面涂覆成薄膜时，会因多孔性吸附剂的高的比表面积和保持均匀的恒定电流，而不仅增加灰尘吸附率，还可以同时吸附苯(benzene)、甲苯(toluene)、乙苯(ethylbenzene)等挥发性物质。
然而，细孔超过有机物质吸附量时，需要进行去除细孔中堆积的挥发性物质的再生过程。在电极表面中附着的粉尘可以通过水洗、振动等物理方法进行脱离，但是吸附在活性炭细孔内的疏水性(hydrophobic)的挥发性物质的脱离会非常难，而且没有挥发性物质的脱离就直接使用时，只能作为一次性而使用。
因此，为了活性炭的再使用，需要使用蒸汽再生、化学再生、热再生等再生方法。
首先，蒸汽再生是利用水蒸气、空气、二氧化碳气体等氧化性气体，活性化需要800℃-900℃的温度，而且再生时间需要约8小时。
药品再生是浸在硫酸、磷酸、氢氧化钠等药品中后，在约400℃的温度下进行加热，此时会产生侵蚀而在约3小时之内会快速再生，然而最大的问题是需要药品清洗工序，产生的废水多。
热再生方法是建设电炉，利用间接热，再生时间为10小时以上而非常长，而且具有电炉建设费用昂贵的问题。
【现有技术文献】
【专利文献】韩国授权专利第10-1109747号
发明内容
本发明是为了解决所述现有问题而提出的，本发明的目的在于提供一种将活性炭等吸附剂利用热再生方法能够更加容易且节约费用的再生方法。
为了解决所述目的，根据本发明的特征，优选地，本发明的可热再生的挥发性物质去除用多孔性吸附剂涂层电极，其为利用热再生方式而能够去除吸附在多孔性物质中的挥发性物质的多孔性吸附剂涂层电极，其包括：金属板；以及吸附剂层，形成在所述金属板的一面，利用粘合剂而以预定厚度涂覆多孔性物质和导电体而形成，将所述吸附剂层和所述金属板相互电连接，并利用由此产生的电阻热，去除吸附在所述多孔性物质中的挥发性物质。
优选地，本发明的吸附剂层包括：第一吸附剂层，形成在所述金属板一面的至少一部分上，混合涂覆有所述导电体以及所述粘合剂；以及第二吸附剂层，形成在所述金属板一面的剩余一部分上，混合涂覆有所述多孔性物质和所述粘合剂。
优选地，本发明的第一吸附剂层其一部分位于所述第二吸附剂层区域的一部分上。
优选地，本发明的第一吸附剂层以网格形态配置在所述第二吸附剂层区域。
优选地，本发明的可热再生的挥发性物质去除用多孔性吸附剂涂层电极制造方法，其为利用热再生方式而能够去除吸附在多孔性物质中的挥发性物质的多孔性吸附剂涂层电极的制造方法，其包括：准备步骤，准备金属板、多孔性物质以及导电体；涂覆步骤，将所述多孔性物质以及所述导电体与粘合剂一起进行混合，并涂覆在金属板的一面上而形成吸附剂层；以及干燥步骤，将所述金属板干燥预定时间。
优选地，本发明的涂覆步骤将所述多孔性物质、所述导电体以及所述粘合剂以5:1.5:1的重量比进行混合。
优选地，本发明的涂覆步骤包括：第一吸附剂层涂覆步骤，所述第一吸附剂层包含所述导电体和所述粘合剂；以及第二吸附剂层涂覆步骤，所述第二吸附剂层包含所述多孔性物质和所述粘合剂。
优选地，本发明的涂覆步骤是在所述金属板一面的至少一部分涂覆所述第一吸附剂层，在所述金属板一面的剩余一部分涂覆所述第二吸附剂层。
优选地，本发明的涂覆步骤将所述第一吸附剂层涂覆为位于所述第二吸附剂层区域的一部分上。
优选地，本发明的涂覆步骤将所述第一吸附剂层涂覆为以网格形态配置于所述第二吸附剂层区域。
发明效果
基于根据如上所述本发明的可热再生的挥发性物质去除用多孔性吸附剂涂层电极制造方法以及由此方法制造的电极，其将涂覆在金属板一面上的吸附剂层和金属板分别进行电连接而进行通电，此时吸附剂层因吸附剂层内部的非导体成分而发热，由此多孔性物质内的挥发性物质发生脱离，从而具有能够以低费用持续再使用涂层电极的优点。
附图说明
图1是根据本发明的可热再生的挥发性物质去除用多孔性吸附剂涂层电极的优选实施例的结构示意图。
图2是图1的第二实施例的结构示意图。
图3是图1的第三实施例的结构示意图。
图4是图1的第四实施例的结构示意图。
附图标记：
100：金属板，200：吸附剂层
具体实施方式
与本发明有关的说明仅是用于说明构造乃至功能的实施例，本发明的权利范围不能被解释为由本文中说明的实施例所限制。即，实施例可以进行多种变更，可以具有多种形态，因此本发明的权利范围应被解释为包含可以体现技术思想的均等物。而且，本发明中提出的目的或者效果并不是指特定实施例应包含其全部或者仅包含该种效果，因此本发明的权利范围不能被理解为由此进行限制。
一方面，本申请中叙述的术语其含义应被理解为如下。
“第一”、“第二”等术语是用于将一个构成要素从其他构成要素进行区分，权利范围不能被该术语所限制。例如，可以将第一构成要素命名为第二构成要素，类似地，也可以将第二构成要素命名为第一构成要素。
当提及到某一构成要素与其他构成要素“连接”时，可以理解为与该构成要素直接连接，也可以理解为中间存在其他构成要素。相反地，当提及到某一构成要素与其他构成要素“直接连接”时，应被理解为中间不存在其他构成要素。一方面，说明构成要素之间的关系的其他表述，即“在～之间”、“直接在～之间”或者“与～邻接的”和“与～直接邻接的”等也应解释为相同。
在语句中没有明确表达有其他含义时，单数表述应被理解为包含复数表述，“包含”或者“具备”等术语是为了指定存在有实施的特征、数字、步骤、动作、构成要素、部件或者其组合，应被理解为不事先排除一个或者以上的其他特征或者数字、步骤、动作、构成要素、部件或者其组合的存在或者附加功能性。
在各个步骤中，识别符号(例如，a，b，c等)是为了方便说明而使用的，不是用于说明各个步骤的顺序，在语句中没有记载有特定顺序时，各个步骤可以与记载的顺序不同。即，各个步骤可以与记载的顺序相同，实质上也可以同时执行，还可以以相反的顺序执行。
针对此处使用的所有术语，没有其他定义时，具有本领域技术人员通常所理解的相同的含义。通常使用的辞典中所定义的术语应被解释为与相关技术的语句中所含的含义相一致，在本申请中没有明确定义时，不能被解释为理想或者过度形式上的含义。
以下说明根据本发明的可热再生的挥发性物质去除用多孔性吸附剂涂层电极制造方法以及由此方法制造的电极。
根据本发明的涂层电极制造方法为如下：为了去除大气中的挥发性物质而将铝或者铁板等金属作为电极，在电极涂覆吸附剂，从而制造涂覆有多孔性物质的电极板，然后在电极板施加电而产生热，由此使涂覆有多孔性物质的电极板再生。
如图1所示，由根据本发明的涂层电极制造方法制造的电极的第一实施例在金属板100的一面形成有吸附剂层200，所述吸附剂层200包括多孔性物质、导电体以及粘合剂。
吸附剂层200是包含导电体的层，因此将金属板100和吸附剂层200分别构成为阴极和阳极，并施加电，此时，金属板100和吸附剂层200被通电，而在该过程中，多孔性物质起电阻作用而发热，由此多孔性物质内含有的挥发性物质发生脱离，从而能够使吸附剂层200热再生。
如图2所示，由根据本发明的涂层电极制造方法制造的电极的第二实施例中，涂覆在金属板100的一面上的吸附剂层200可以包括：第一吸附剂层210，形成在金属板100的至少一部分上；以及第二吸附剂层220，形成在金属板100一面的剩余一部分上。
第一吸附剂层210是混合涂覆有导电体和粘合剂的层，第二吸附剂层220是混合涂覆有多孔性物质和粘合剂的层。由此，将金属板100和第一吸附剂层210分别构成为阴极和阳极，并施加电，此时，金属板100和第一吸附剂层210被通电，在此过程中，第二吸附剂层220起电阻作用而发热，由此多孔性物质内含有的挥发性物质发生脱离，从而能够使吸附剂层热再生。
图3及图4分别示出了第一吸附剂层210和第二吸附剂层220的多种变形例。图3所示的变形例是第一吸附剂层210的一部分位于第二吸附剂层220区域的一部分上，从而构成为能够使因电流的流通导致的发热更加有效地起到作用。
然后，图4所示的变形例是第一吸附剂层210以网格(Grid)形态配置在第二吸附剂层220的区域，从而构成为能够以点形态发热。
以下更加详细说明制造根据本发明的电极的涂层电极制造方法。
根据本发明的涂层电极制造方法包括：准备步骤(S100)，准备金属板、多孔性物质以及导电体；涂覆步骤(S200)，将所述多孔性物质以及导电体与粘合剂一起以预定比率进行混合，并涂覆在金属板上；以及干燥步骤(S300)，将涂覆的吸附剂层干燥预定时间。
首先，准备步骤(S100)中准备金属板100、多孔性物质、导电体以及粘合剂。金属板100可以由导电性优秀的铝或者铁板而成，优选为由厚度大概为1mm左右的薄板构成。
多孔性物质如活性炭、硅胶、沸石等具有多孔性，比表面积约为1000m2而非常高，因微细气孔(以下称为“细孔”)而可以构成为具有吸附挥发性物质等大气污染物质的功能。
多孔性物质作为以碳或者硅为主成分的非结晶(amorphous)物质，是非导体，因此为了金属板100和吸附剂层200之间的通电，增加作为导电性物质的导电体。导电体作为流电流的结晶(crystalline)物质，可以由石墨或者黑炭等物质构成。
多孔性物质和导电体由粉末形态而成，只要能够均匀研磨为粉末形态的方式，采用任何方式皆可。进一步地，可以增加用于去除多孔性物质乃至导电体内的杂质的前处理步骤。
由此，利用作为导体的金属板100，在金属板上混合作为挥发性物质吸附剂的多孔性物质和作为导电体的石墨或者黑炭的混合物，并利用高分子粘接剂进行涂层，从而能够流通电流。
一方面，用于将多孔性物质和导电体涂覆在金属板100上的粘合剂可以由环氧(epoxy)、聚酯(polyester)、聚乙烯醇(polyvinylalcohol)、聚醋酸乙烯酯(polyvinylacetate)等高分子粘接剂而成。
如上所述，如果准备完金属板、多孔性物质以及导电体，则执行涂覆步骤(S200)，将所述多孔性物质以及导电体与粘合剂一起以预定比率进行混合，并涂覆在金属板上。
优选地，多孔性物质、导电体以及粘合剂以5:1.5:1的重量比进行混合。然后，经混合的吸附剂可以通过喷涂方式、辊压方式等涂覆在金属板上。
如图2所示，涂覆步骤(S200)可以包括第一吸附剂层涂覆步骤(S210)以及第二吸附剂层涂覆步骤(S220)。第一吸附剂层210是混合导电体和粘合剂的层，可以以1.5:1的重量比进行混合，第二吸附剂层220是混合多孔性物质和粘合剂的层，可以以5:1的重量比进行混合。
然而，为了引导第一吸附剂层210和第二吸附剂层220之间的通电，如图3以及图4所示，可以使第一吸附剂层210位于第二吸附剂层220区域的一部分上或者以网格形态进行涂覆。
此时，涂覆步骤(S200)在涂覆吸附剂层之前可以进一步包括用于形成第一吸附剂层210和第二吸附剂层220的分界面的模板形成步骤(S230)。
进一步地，为了引导第一吸附剂层210和第二吸附剂层220之间的通电，可以另外设置通电部件(未图示)，所述通电部件横跨在第一吸附剂层210和第二吸附剂层220。
通电部件由铜线等容易通电的材质而成，使电力顺利从第一吸附剂层210通电至第二吸附剂层220，从而能够使第二吸附剂层220更加有效地发热。
涂覆混合有多孔性物质、导电体以及粘合剂的吸附剂层200后，执行干燥预定时间的干燥步骤(S300)。干燥步骤(S300)可以在常温下进行约6个小时，然后重新在约100℃的干燥器内干燥约6个小时。
常温下干燥是因为如果在高温下直接干燥，会在薄板产生裂痕，后干燥是为了在高温下挥发多孔性物质的细孔内的挥发性溶剂，从而打通因粘合剂而被堵住的细孔。
针对如上所述构成的由制造根据本发明的电极的涂层电极制造方法制造的电极，其挥发性物质的吸附/脱离实验结果为如下。
为了本发明的实验，如下进行了制造：在厚1mm、横10cm、竖10cm的不锈钢板电极上分别以5:1:1.5的重量比混合活性炭、高分子粘合剂(环氧树脂)、黑炭后，以1mm的厚度进行了涂层，然后进行了干燥。
作为挥发性有机化合物，将苯、甲苯、乙苯、二甲苯分别以10ppm填充的混合气体注入到密封的不锈钢容器内，然后吸附约2小时后，向电极供应约20V的直流电压，而在约150℃下进行热脱离，并观察吸附以及脱离后的残留浓度，并反复进行了吸附和脱离。
以下表1示出了实验结果，其显示出苯以及甲苯不仅是吸附率，脱离率也是90％以上而非常高，然而乙苯以及二甲苯而言，虽其吸附率高，而脱离率相较于苯以及甲苯略微低。这认为是乙苯以及二甲苯相较于苯以及甲苯，疏水性高而吸附率更高，相反地，脱离率变低。
【表1】
以上参考本申请的优选实施例进行了说明，但是本领域的技术人员可以理解在不脱离权利要求范围中所记载的本发明的思想以及领域的范围内可以对本申请进行多种修改以及变形。
Claims (10)
1.一种可热再生的挥发性物质去除用多孔性吸附剂涂层电极，其为利用热再生方式能够去除吸附在多孔性物质中的挥发性物质的多孔性吸附剂涂层电极，其特征在于，包括：
金属板；以及
吸附剂层，形成在所述金属板的一面上，利用粘合剂而以预定厚度涂覆多孔性物质和导电体而形成，
将所述吸附剂层和所述金属板相互电连接，并利用由此产生的电阻热，去除吸附在所述多孔性物质中的挥发性物质。
2.根据权利要求1所述的可热再生的挥发性物质去除用多孔性吸附剂涂层电极，其特征在于，所述吸附剂层包括：
第一吸附剂层，形成在所述金属板一面的至少一部分上，混合涂覆有所述导电体以及所述粘合剂；以及
第二吸附剂层，形成在所述金属板一面的剩余一部分上，混合涂覆有所述多孔性物质和所述粘合剂。
3.根据权利要求2所述的可热再生的挥发性物质去除用多孔性吸附剂涂层电极，其特征在于，所述第一吸附剂层其一部分位于所述第二吸附剂层区域的一部分上。
4.根据权利要求3所述的可热再生的挥发性物质去除用多孔性吸附剂涂层电极，其特征在于，所述第一吸附剂层以网格形态配置在所述第二吸附剂层区域。
5.一种可热再生的挥发性物质去除用多孔性吸附剂涂层电极制造方法，其为利用热再生方式能够去除吸附在多孔性物质中的挥发性物质的多孔性吸附剂涂层电极的制造方法，其特征在于，包括：
准备步骤，准备金属板、多孔性物质以及导电体；
涂覆步骤，将所述多孔性物质以及所述导电体与粘合剂一起进行混合，并涂覆在金属板的一面上而形成吸附剂层；以及
干燥步骤，将所述金属板干燥预定时间。
6.根据权利要求5所述的可热再生的挥发性物质去除用多孔性吸附剂涂层电极制造方法，其特征在于，所述涂覆步骤将所述多孔性物质、所述导电体以及所述粘合剂以5:1.5:1的重量比进行混合。
7.根据权利要求5所述的可热再生的挥发性物质去除用多孔性吸附剂涂层电极制造方法，其特征在于，所述涂覆步骤包括：
第一吸附剂层涂覆步骤，所述第一吸附剂层包含所述导电体和所述粘合剂；以及
第二吸附剂层涂覆步骤，所述第二吸附剂层包含所述多孔性物质和所述粘合剂。
8.根据权利要求7所述的可热再生的挥发性物质去除用多孔性吸附剂涂层电极制造方法，其特征在于，所述涂覆步骤是在所述金属板一面的至少一部分涂覆所述第一吸附剂层，在所述金属板一面的剩余一部分涂覆所述第二吸附剂层。
9.根据权利要求8所述的可热再生的挥发性物质去除用多孔性吸附剂涂层电极制造方法，其特征在于，所述涂覆步骤将所述第一吸附剂层涂覆为位于所述第二吸附剂层区域的一部分上。
10.根据权利要求9所述的可热再生的挥发性物质去除用多孔性吸附剂涂层电极制造方法，其特征在于，所述涂覆步骤将所述第一吸附剂层涂覆为以网格形态配置于所述第二吸附剂层区域。
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