CN109126718A - 利用赤泥制备再生型空气净化颗粒的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于空气净化技术领域,具体涉及一种利用赤泥制备再生型空气净化颗粒的方法,包括:(1)向赤泥中加入废硫酸,搅拌混合,静置后过滤,将滤出物烘干,研磨细化得到赤泥粉料;(2)向赤泥粉料加入碳粉,混合后高温焙烧,得到活化赤泥粉;(3)将活化赤泥粉分散到水中,加入有机钛酸酯,超声处理,然后密封反应,得到改性赤泥粉;(4)将改性赤泥粉分散到含铝的碱性溶液中,加入有机扩孔剂和经过高温焙烧处理的微细粘土,搅拌混合,升温并保温反应,得混合物A;(5)将混合物A过滤,水洗后,干燥得到空气净化颗粒;本发明不仅提高了空气净化剂颗粒的比表面积,还使其具有极高的稳定性,重生后具有较好的再吸附能力。
Description
技术领域
本发明属于空气净化技术领域,具体涉及一种利用赤泥制备再生型空气净化颗粒的方法。
背景技术
空气净化剂是指利用自然物质本身所具有的吸附、分解原理,经过现代科学技术处理,所形成的具有消除空气中有害气体,祛除各种异味功能的产品。
目前,家用空气净化器用吸附材料一般为各种类型的活性炭,活性炭的吸附原理是物理吸附,依靠它内部发达的孔隙结构与较大的比表面积,影响活性炭使用寿命的关键因素为环境中有害物质的总量大小以及脱附频率,当活性炭的孔隙被填满时需要在太阳下暴晒以增加使用寿命,该暴晒的过程即是活性炭的再生过程;但是活性炭的再生能力较差,经太阳暴晒后的活性炭难以恢复到初始的吸附能力,从而使得活性炭的使用寿命较低。另外,迫于活性炭价格相对较贵的原因,近年来,一些天然矿物材料作为新型的吸附材料,并且兼有资源丰富、价格低廉、吸附性产品对环境友好等特点,受到了广泛的关注,如沸石、硅藻土、蒙脱石、累托石等。研究人员对天然矿物材料进行提纯、改性等深加工,或者进行多种天然矿物材料的复合,进一步的发现不同天然矿物材料之间的协同配合,这已然成为了环境矿物材料研究的重点,但是,在空气净化剂的再生能力上,现有技术中的吸附性材料仍有所欠缺,即难以达到高效的再生。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足,提供一种利用赤泥制备再生型空气净化颗粒的方法,提高空气净化产品的再生能力,从而进一步的降低成本,实现环境友好。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现;
一种利用赤泥制备再生型空气净化颗粒的方法,包括以下步骤:
(1)向赤泥中加入废硫酸,搅拌混合,静置30~60min后过滤,将滤出物烘干,研磨细化得到粒度为90~100目的赤泥粉料,备用;
(2)向赤泥粉料加入碳粉,混合均匀后进行高温焙烧,得到活化赤泥粉;
(3)将活化赤泥粉分散到水中,加入有机钛酸酯,超声15~30min,然后在80~120℃下密封反应3~5h,得到改性赤泥粉;
(4)将改性赤泥粉分散到含铝的碱性溶液中,加入有机扩孔剂和经过高温焙烧处理的微细粘土,搅拌混合,升温至60~80℃并保温反应30~60min,得混合物A;
(5)将混合物A过滤,水洗后,干燥得到所述的空气净化颗粒。
在进一步的技术方案中,步骤(1)中,所述废硫酸的加入量以搅拌混合静置后上层废液pH值为6.0~7.0为准。
在进一步的技术方案中,步骤(2)中,所述赤泥粉料与碳粉的重量比为1:(0.3~0.5);
所述高温焙烧的条件包括,焙烧温度为450~600℃,焙烧炉中压力为-150~0MPa。
在进一步的技术方案中,步骤(4)中,所述含铝的碱性溶液为偏铝酸钠,偏铝酸钾或偏铝酸钠与偏铝酸钾按任意比例的混合物。
在进一步的技术方案中,步骤(4)中,所述的有机扩孔剂选自烷基酚与环氧乙烷的缩合物、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸脂、脂肪醇聚氧乙烯醚、硬脂酸聚氧乙烯酯中的至少一种。
在进一步的技术方案中,步骤(4)中,经过高温焙烧处理的微细粘土的粒度为200~500目。
在进一步的技术方案中,步骤(5)中,所述的干燥条件包括,干燥温度为80~100℃,干燥时间为2~5h。
与现有技术相比,本发明具有以下技术效果:
本发明中,利用现有的废弃物赤泥和废硫酸作为原料,避免了赤泥和废硫酸的累积对环境的破坏,实现了废弃物的循环利用和资源的再生;
本发明提供的再生型空气净化颗粒,通过对赤泥进行中和、活化处理,扩大强化其孔隙结构,并在孔隙结构中原位生成具有光催化活性的二氧化硅粒子,实现对污染物的光催化分解,进一步的,通过在改性赤泥粉的表面引入有机扩孔剂、经过高温焙烧处理的微细粘土和含铝的碱性溶液,形成包覆在改性赤泥粉表面的多孔包覆式结构,该多孔包覆式结构不仅提高了改性赤泥粉的比表面积,从而提高其吸附能力,还具有极高的稳定性,在吸附饱和时,通过简单的烘烤处理即可实现重生,并且重生后的空气净化颗粒具有较好的再吸附能力。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中予以详细说明。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施例,进一步阐明本发明。
本发明中所有的原料,对其来源没有特别限定,在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明中所有的原料,对其纯度没有特别限定,本发明优选采用分析纯或复合材料领域使用的常规纯度。
本发明提供了一种利用赤泥制备再生型空气净化颗粒的方法,包括以下步骤:
(1)向赤泥中加入废硫酸,搅拌混合,静置30~60min后过滤,将滤出物烘干,研磨细化得到粒度为90~100目的赤泥粉料,备用;
(2)向赤泥粉料加入碳粉,混合均匀后进行高温焙烧,得到活化赤泥粉;
(3)将活化赤泥粉分散到水中,加入有机钛酸酯,超声15~30min,然后在80~120℃下密封反应3~5h,得到改性赤泥粉;
(4)将改性赤泥粉分散到含铝的碱性溶液中,加入有机扩孔剂和经过高温焙烧处理的微细粘土,搅拌混合,升温至60~80℃并保温反应30~60min,得混合物A;
(5)将混合物A过滤,水洗后,干燥得到所述的空气净化颗粒。
本发明中,所述的赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废液,一般平均每生产1吨氧化铝,附带会产生1~2吨赤泥,因此赤泥的产生量很大,但是现有技术中赤泥的综合利用率低。
所述的废硫酸是工业生产中产生的,如树脂行业所产生的废硫酸,该废硫酸的浓度在70%左右,由于其含有多种杂质,很难被其他行业再利用,并且由于其本身酸性较高,又是危险品,一直以来处理较为麻烦。本发明中,将废硫酸加入到赤泥中,不仅能够中和赤泥中的高碱性物质,还可以作为氧化性介质,该氧化性介质在赤泥粉料中生成大量的含氧基团,该含氧基团在赤泥粉料的焙烧过程中以不同的形式脱出,进一步的丰富了赤泥的孔隙结构。
进一步的,本发明中,将有机钛酸酯与活化赤泥粉混合,有机钛酸酯浸入到活化处理的赤泥粉的孔隙结构中,并在密封反应的过程中原位生成镶嵌在活化赤泥粉孔隙结构中的二氧化钛,该二氧化钛具有较好的光催化活性,能够有效的吸附分解空气中的有害物质,达到净化空气的目的。在进一步的制备过程中,将改性处理后的赤泥粉分散在含铝的碱性溶液中,加入有机扩孔剂和经过高温焙烧处理的微细粘土,粘土与生产的氧化铝粒子有机的结合在一起,并包覆在改性赤泥粉表面,形成多孔包覆结构,从而进一步的扩大了改性赤泥粉的比表面积,增大了吸附面积,提高了该空气吸附颗粒的吸附量。
本发明提供的空气净化颗粒,具有多孔包覆式结构,相比于传统的空气净化剂具有较高的比表面积,提高了对于空气吸附净化的吸附量,将其作为空气净化设备中的净化剂,不仅能够提高单次使用的时间,以及适用于高浓度有害物质的吸附;而且,该空气净化颗粒,在吸附饱和时,通过简单的高温烘烤处理即可实现空气净化颗粒的重生,并且重生后的空气净化颗粒具有较好的再吸附能力。
根据本发明,步骤(1)中,所述废硫酸的加入量以搅拌混合静置后上层废液pH值为6.0~7.0为准。
根据本发明,步骤(2)中,所述赤泥粉料与碳粉的重量比为1:(0.3~0.5);通过向赤泥粉料中掺入碳粉,提高赤泥粉料的焙烧效率,降低赤泥粉料中有害物质的含量;碳粉的用量不宜过少,过少时容易导致赤泥粉料焙烧不充分,而碳粉的用量也不宜过多,否则性价比较低。
所述高温焙烧的条件包括,焙烧温度为450~600℃,焙烧炉中压力为-150~0MPa。
根据本发明,步骤(4)中,所述含铝的碱性溶液为偏铝酸钠,偏铝酸钾或偏铝酸钠与偏铝酸钾按任意比例的混合物。其中,所述含铝的碱性溶液的浓度为20~60g Al2O3/L。
根据本发明,步骤(4)中,所述的有机扩孔剂选自烷基酚与环氧乙烷的缩合物、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸脂、脂肪醇聚氧乙烯醚、硬脂酸聚氧乙烯酯中的至少一种。
根据本发明,步骤(4)中,经过高温焙烧处理的微细粘土的粒度为200~500目。本发明中,所述的粘土经高温焙烧处理,具体的,焙烧温度为600~800℃,焙烧时间为3~5h。
根据本发明,步骤(5)中,所述的干燥条件包括,干燥温度为80~100℃,干燥时间为2~5h。
本发明中,所述的有机钛酸酯选自钛酸正丁酯、钛酸异丙酯、聚钛酸丁酯、钛酸四异辛酯、异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、三异硬脂酸钛酸异丙酯、三异硬脂酸钛酸异丙酯复配物、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯、四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯中的至少一种。
本发明中,所述改性赤泥粉、有机扩孔剂和经高温焙烧处理的微细粘土的比例可以在较宽的范围内选择,以含铝的碱性溶液的浓度为50g Al2O3/L,所述的步骤(4)中,改性赤泥粉、含铝的碱性溶液、有机扩孔剂、经高温焙烧处理的微细粘土的比例为100g:(800~1000)mL:(10~15)g:(10~40)g;更为优选的,改性赤泥粉、含铝的碱性溶液、有机扩孔剂、经高温焙烧处理的微细粘土的比例为100g:900mL:12g:30g。
以下通过具体的实施例对本发明提供的利用赤泥制备再生型空气净化颗粒的方法做出进一步的说明。
实施例1
一种利用赤泥制备再生型空气净化颗粒的方法,包括以下步骤:
(1)向赤泥中加入废硫酸,搅拌混合,静置40min后过滤,将滤出物烘干,研磨细化得到粒度为90目的赤泥粉料,备用;
所述废硫酸的加入量以搅拌混合静置后上层废液pH值为6.0~7.0为准;
(2)向赤泥粉料加入碳粉,混合均匀后在温度为500℃,焙烧炉中压力为-100MPa的条件下进行高温焙烧,得到活化赤泥粉;其中,所述赤泥粉料与碳粉的重量比为1:0.4;
(3)将活化赤泥粉分散到水中,加入钛酸正丁酯,超声20min,然后在100℃下密封反应4h,得到改性赤泥粉;
(4)将改性赤泥粉分散到偏铝酸钠溶液中,加入聚氧乙烯山梨醇酐单油酸脂和经过高温焙烧处理的微细粘土,搅拌混合,升温至70℃并保温反应40min,得混合物A;
其中,每100g改性赤泥粉分散到900mL偏铝酸钠溶液(浓度为50g Al2O3/L)中,加入12g聚氧乙烯山梨醇酐单油酸脂和30g经过高温焙烧处理的微细粘土(粒度为300目);
(5)将混合物A过滤,水洗后,在温度为90℃的条件下干燥3h,得到所述的空气净化颗粒。
实施例2
如实施例1提供的利用赤泥制备再生型空气净化颗粒的方法,不同的是,步骤(4)中,每100g改性赤泥粉分散到800mL偏铝酸钠溶液中,加入10g聚氧乙烯山梨醇酐单油酸脂和10g经过高温焙烧处理的微细粘土(粒度为300目);
其余不变,按照实施例1提供的制备方法制备得到空气净化颗粒。
实施例3
如实施例1提供的利用赤泥制备再生型空气净化颗粒的方法,不同的是,步骤(4)中,每100g改性赤泥粉分散到1000mL偏铝酸钠溶液中,加入15g聚氧乙烯山梨醇酐单油酸脂和40g经过高温焙烧处理的微细粘土(粒度为300目);
其余不变,按照实施例1提供的制备方法制备得到空气净化颗粒。
对比例1
如实施例1提供的利用赤泥制备再生型空气净化颗粒的方法,不同的是,舍去步骤(2),而是直接将步骤(1)中制备得到的赤泥粉料分散到水中,加入钛酸正丁酯,即按照实施例1中步骤(3)、(4)、(5)制备得到空气净化颗粒。
对比例2
如实施例1提供的利用赤泥制备再生型空气净化颗粒的方法,不同的是,步骤(2)中,所述赤泥粉料与碳粉的重量比为1:0.2;
其余不变,按照实施例1的制备方法制备得到空气净化颗粒。
对比例3
如实施例1提供的利用赤泥制备再生型空气净化颗粒的方法,不同的是,步骤(4)中,所述的粘土不经过高温焙烧处理,而是直接研磨细化得到与实施例1相同粒度的微细粘土,并将其加入混合用于制备混合物A;
其余不变,按照实施例1的制备方法制备得到空气净化颗粒。
对比例4
如实施例1提供的利用赤泥制备再生型空气净化颗粒的方法,不同的是,步骤(4)中,每100g改性赤泥粉分散到1000mL偏铝酸钠溶液中,加入8g聚氧乙烯山梨醇酐单油酸脂和30g经过高温焙烧处理的微细粘土(粒度为300目);
其余不变,按照实施例1提供的制备方法制备得到空气净化颗粒。
性能测试:
试验1:利用上述实施例1-3、对比例1-4制备得到的空气净化颗粒对甲醛进行吸附净化;具体试验在Φ20mm、长200mm的直型聚四氟乙烯管反应器中进行;将待测试的空气净化颗粒放在聚四氟乙烯管反应器中,原料气组成为:甲醛浓度450mg/m3,其余为空气。反应在25℃常压环境下进行,反应气体积空速(GHSV)为3000h-1,试验结果如表1所示。
表1:
结合上述试验数据可以直观的得出结论:本发明提供的空气净化颗粒对于甲醛有害气体具有高效的去除效率。
试验2:
分别以实施例1-3、对比例1-4制备得到的空气净化颗粒1000g作为滤芯材料,放入空气净化器中。以同等重量的活性炭颗粒作为空白组,放入到同一空气净化器中,按照GB/T18801-2008的规定,对甲醛、甲苯、TVOC进行洁净空气量CARD值测定,测试结果见表2中。
表2:
CARD值(甲醛) | CARD值(甲苯) | CARD值(TVOC) | |
实施例1 | 152.6 | 102.6 | 39.4 |
实施例2 | 151.8 | 98.7 | 38.9 |
实施例3 | 149.2 | 99.6 | 39.1 |
对比例1 | 56.8 | 36.4 | 15.4 |
对比例2 | 71.4 | 40.6 | 20.4 |
对比例3 | 100.5 | 62.4 | 26.5 |
对比例4 | 125.4 | 75.1 | 30.4 |
空白组 | 32.5 | 26.8 | 5.8 |
结合上述试验数据可以看到,本发明提供的空气净化颗粒相较于传统的活性炭颗粒具有优异的净化效果。
试验3
将试验2中的实施例1、空白组的滤芯材料同样使用3个月后取出,在太阳光下暴晒处理6h,接着继续按GB/T 18801-2008的规定,对甲醛、甲苯、TVOC进行洁净空气量CARD值测定;重复上述操作,对再生2次、3次的CARD值进行测定,测试结果见表3中。
表3:
结合上述测试数据可以看出,本发明提供的空气净化颗粒具有优异的再生能力。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种利用赤泥制备再生型空气净化颗粒的方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)向赤泥中加入废硫酸,搅拌混合,静置30~60min后过滤,将滤出物烘干,研磨细化得到粒度为90~100目的赤泥粉料,备用;
(2)向赤泥粉料加入碳粉,混合均匀后进行高温焙烧,得到活化赤泥粉;
(3)将活化赤泥粉分散到水中,加入有机钛酸酯,超声15~30min,然后在80~120℃下密封反应3~5h,得到改性赤泥粉;
(4)将改性赤泥粉分散到含铝的碱性溶液中,加入有机扩孔剂和经过高温焙烧处理的微细粘土,搅拌混合,升温至60~80℃并保温反应30~60min,得混合物A;
(5)将混合物A过滤,水洗后,干燥得到所述的空气净化颗粒。
2.根据权利要求1所述的利用赤泥制备再生型空气净化颗粒的方法,其特征在于:步骤(1)中,所述废硫酸的加入量以搅拌混合静置后上层废液pH值为6.0~7.0为准。
3.根据权利要求1所述的利用赤泥制备再生型空气净化颗粒的方法,其特征在于:步骤(2)中,所述赤泥粉料与碳粉的重量比为1:(0.3~0.5);
所述高温焙烧的条件包括,焙烧温度为450~600℃,焙烧炉中压力为-150~0MPa。
4.根据权利要求1所述的利用赤泥制备再生型空气净化颗粒的方法,其特征在于:步骤(4)中,所述含铝的碱性溶液为偏铝酸钠,偏铝酸钾或偏铝酸钠与偏铝酸钾按任意比例的混合物。
5.根据权利要求1所述的利用赤泥制备再生型空气净化颗粒的方法,其特征在于:步骤(4)中,所述的有机扩孔剂选自烷基酚与环氧乙烷的缩合物、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸脂、脂肪醇聚氧乙烯醚、硬脂酸聚氧乙烯酯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的利用赤泥制备再生型空气净化颗粒的方法,其特征在于:步骤(4)中,经过高温焙烧处理的微细粘土的粒度为200~500目。
7.根据权利要求1所述的利用赤泥制备再生型空气净化颗粒的方法,其特征在于:步骤(5)中,所述的干燥条件包括,干燥温度为80~100℃,干燥时间为2~5h。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20190104 |
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