CN109701483A

CN109701483A - 一种挥发性苯系物吸附材料及其制备方法

Info

Publication number: CN109701483A
Application number: CN201810416684.1A
Authority: CN
Inventors: 郭锐; 蒋方宇; 梁勇
Original assignee: Jianghan University
Current assignee: Jianghan University
Priority date: 2018-05-03
Filing date: 2018-05-03
Publication date: 2019-05-03

Abstract

本发明公开了一种挥发性苯系物吸附材料及其制备方法，属于材料吸附技术领域。所述吸附材料为活化玻璃纤维棉，其制备方法为：在搅拌条件下，将体积百分比为98％浓硫酸缓慢滴加到体积百分比为30％过氧化氢水溶液中，配成piranha溶液，浓硫酸与过氧化氢水溶液的体积比为7：3，然后放入玻璃纤维棉，室温搅拌反应24h后，取出后用乙醇洗涤，放入烘箱中干燥，得到活化玻璃纤维棉。该吸附材料对苯系物具有良好的吸附效果，针对不同的苯系物各不相同，对苯胺的吸附效率最高达到63％。

Description

一种挥发性苯系物吸附材料及其制备方法

技术领域

本发明属于材料吸附技术领域，具体涉及一种挥发性苯系物吸附材料及其制备方法。

背景技术

以苯系物为代表的挥发性有机物广泛分布在空气中，其分布形式有两种：有些以气态形式逸散在空气中，有些则吸附在颗粒物上以气溶胶的形式漂浮在空气中。挥发性苯系物的特点是在施工中大量挥发，使用中缓慢释放。由于这类化合物常温下以蒸气的形式存在于空气中，挥发性较大，易扩散在大气中，严重污染环境和影响人体健康。近年来，对于空气中挥发性苯系物含量，来源、成因分析及变化趋势的研究，受到了广泛关注。

但颗粒物组成与挥发性苯系物浓度间的关系，空气中挥发性苯系物在颗粒物中的含量、粒径分布及变化趋势相对复杂，且缺乏有效的材料或方法来全面、准确的监测挥发性苯系物，对该类物质的吸附研究受到了限制。因此，开发成本低廉的材料和操作简单的方法对其进行有效的吸附监测，从而为评价其对人体健康的影响与危害具有十分重要的意义。

玻璃纤维作为应用广泛的工业品，具有较好的防火、隔音、吸附、聚合物前体等功能，被广泛应用于工业中。在现有的技术中，均没有改性的玻璃纤维作为吸附挥发性苯系物的记载和报道。

发明内容

本发的明目的是提供一种挥发性苯系物吸附材料及其制备方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种挥发性苯系物吸附材料，所述吸附材料为活化玻璃纤维棉。

一种挥发性苯系物吸附材料的制备方法，包括以下步骤：在搅拌条件下，将体积百分比为98％浓硫酸缓慢滴加到体积百分比为30％过氧化氢水溶液中，配成piranha溶液，浓硫酸与过氧化氢水溶液的体积比为7：3，然后放入玻璃纤维棉，室温搅拌反应24h后，取出后用乙醇洗涤，放入烘箱中干燥，得到活化玻璃纤维棉。

进一步地，采用磁子进行搅拌。

更进一步地，所述活化玻璃纤维棉对苯胺的吸附效果最佳。

当活化玻璃纤维棉制备完毕后，对挥发性苯系物进行吸附。吸附实验装置由10mL圆底烧瓶(放入磁子)、防溅球、冷凝管、带注射器的橡胶塞、气球组成。

其具体吸附方法为：圆底烧瓶中的苯系物受热达到沸点后，从液态转化为气态，上升进入防溅球，与活化玻璃纤维棉(羟基化玻璃纤维棉)接触，部分发生吸附，未被吸附的则继续上升进入冷凝管，遇冷后回流成为液滴留下，也有少部分残留于冷凝管中。

挥发性苯系物吸附材料的数据处理与分析方法：吸附实验均保持吸附时间为4h，计时起点从容器壁出现液滴开始。4h后用天平称出上述制备方法得到的活化玻璃纤维棉反应前后的质量差ΔB，此即为实际吸附气体质量。而m₀为加热前放入防溅球中的活化玻璃纤维棉质量。吸附量计算公式：Q＝ΔB/(m₀)。Q：吸附量(单位：mg/g)，ΔB：实际吸附气体质量(单位：mg)，m₀：活化玻璃纤维棉质量(单位：g)。同时，为了控制误差，用天平称出圆底烧瓶反应前后的质量差，算出挥发的气体质量m₁；称出防溅球反应前后的质量差，算出残留在防溅球中的气体质量m₂；实验结束后用乙醇润洗冷凝管，旋转蒸发后，称出残留在冷凝管中的气体质量m₃，由此可以计算出理论吸附量Q₀＝(m₁－m₂－m₃)/m₀并与实际吸附量Q进行对比，去除率计算公式：α＝Q/m₁其中，Q为实际吸附量，m₁为挥发的气体质量。将吸附实验后的活化玻璃纤维棉取出，先放入烘箱干燥，去除水分，再用乙醇润洗，重新放回烘箱干燥3h后，称重。乙醇润洗前后的质量差Δmc即代表发生物理吸附的部分，总吸附量Q与Δmc进行比较，以及热力学与吸附效率、吸附时间与吸附效率之间的关系综合验证来表示为化学吸附或物理吸附。

本发明具有以下优点：

本发明提供的一种挥发性苯系物吸附材料及其制方法，利用该方法能有效制备得到含较多硅羟基的活化材料，该材料对苯系物具有良好的吸附效果。这种活化方法制备的活化玻璃棉吸附效果针对不同的苯系物各不相同，对苯胺的吸附效率最高，达到63％。同时对评价挥发性苯系物对人体健康的影响与危害具有十分重要的意义

附图说明

图1为玻璃纤维棉活化前的超高分辨冷场扫描电子显微镜(SEM)图；

图2为活化玻璃纤维棉吸附苯胺后的超高分辨冷场扫描电子显微镜(SEM)图；

图3为吸附实验装置的结构示意图；

图4为活化玻璃纤维棉吸附苯胺的吸附时间与吸附量的曲线图；

图5为活化玻璃纤维棉吸附苯胺的红外光谱图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

制备活化玻璃纤维棉：参照图1，图1为玻璃纤维棉活化前的超高分辨冷场扫描电子显微镜图。在磁子搅拌下，将体积百分比为98％浓硫酸缓慢滴加到体积百分比为30％过氧化氢水溶液中，配制成Piranha溶液，再放入5g玻璃纤维棉，于室温下浸泡24h以上。再取出来用乙醇润洗，放入烘箱，100℃干燥24h以上。

实施例2

活化玻璃纤维棉吸附实验的过程如下：

参照图3，吸附实验装置由10mL圆底烧瓶1(放入磁子)、防溅球3、冷凝管2、带注射器的橡胶塞5、气球4组成。在氮气保护下，称取苯系物(0.4～0.6g)于圆底烧瓶1中，加热至沸腾，从液态转化为气态，气体经活化的玻璃纤维棉(0.1～0.2g)吸附，未被吸附的则进入冷凝管2，遇冷后形成液体。

备注：减小实验误差的其他措施如下

1.每次进行吸附实验前，玻璃纤维棉都要预先在真空干燥箱放置24h以上，确保其得到充分干燥，保证表明的水分得到去除。

2.整套实验装置在安装完毕后，用真空泵将装置内抽成真空，同时底部套上充满氮气的气球4，确保整个吸附实验无漏气现象，保持较高的气密性。

3.当容器壁出现液滴时为苯系物受热后从液态转为气态并在冷凝管2中遇冷后回流的临界点，从这里开始计时，4h后取下装置。本次实验对所有苯系物的吸附时间均为4h。

挥发性苯系物吸附材料的数据处理与分析方法：吸附实验均保持吸附时间为4h，计时起点从容器壁出现液滴开始。4h后用天平称出上述制备方法得到的活化玻璃纤维棉反应前后的质量差ΔB，此即为实际吸附气体质量。而m₀为加热前放入防溅球3中的活化玻璃纤维棉质量。吸附量计算公式：Q＝ΔB/(m₀)。Q：吸附量(单位：mg/g)，ΔB：实际吸附气体质量(单位：mg)，m₀：活化玻璃纤维棉质量(单位：g)。同时，为了控制误差，用天平称出圆底烧瓶1反应前后的质量差，算出挥发的气体质量m₁；称出防溅球3反应前后的质量差，算出残留在防溅球3中的气体质量m₂；实验结束后用乙醇润洗冷凝管，旋转蒸发后，称出残留在冷凝管2中的气体质量m₃，由此可以计算出理论吸附量Q₀＝(m₁－m₂－m₃)/m₀并与实际吸附量Q进行对比，去除率计算公式：α＝Q/m₁其中，Q为实际吸附量，m₁为挥发的气体质量。将吸附实验后的活化玻璃纤维棉取出，先放入烘箱干燥，去除水分，再用乙醇润洗，重新放回烘箱干燥3h后，称重。乙醇润洗前后的质量差Δmc即代表发生物理吸附的部分，总吸附量Q与Δmc进行比较，以及热力学与吸附效率、吸附时间与吸附效率之间的关系综合验证来表示为化学吸附或物理吸附。

利用实施例1制备得到的活化玻璃纤维棉进行甲苯、苯、苯胺、苯甲酰氯、苄醇、二甲苯、苯甲醛、苯乙烯、苯酚、苯胺吸附实验，其吸附实验的参数见表1至表10，吸附结果见表11。

表1活化玻璃纤维棉吸附苯胺参数

表2活化玻璃纤维棉吸附苯甲酰氯参数

表3活化玻璃纤维棉吸附苯酚参数

表4活化玻璃纤维棉吸附苯参数

表5活化玻璃纤维棉吸附二甲苯参数

表6活化玻璃纤维棉吸附苄醇参数

表7活化玻璃纤维棉吸附水杨醛参数

表8活化玻璃纤维棉吸附苯甲醛参数

表9活化玻璃纤维棉吸附苯乙烯参数

表10活化玻璃纤维棉吸附甲苯参数

表11活化玻璃纤维棉吸附结果

Piranha溶液处理的玻璃棉	实际吸附量(g)	吸附率
			甲苯	0.052	30％
苯	0.134	25％
			苯胺	0.142	63％
苯甲酰氯	0.063	26％
			苄醇	0.142	53％
二甲苯	0.323	60％
			苯甲醛	0.058	14％
苯乙烯	0.041	29％
			苯酚	0.228	53％
水杨醛	0.061	15％

从表11可以看出，实施例1制备得到的活化玻璃纤维棉对常见的含芳香基易挥发性化合物都具有一定的吸附性能，且对苯胺的吸附效果最高，达到了63％。活化玻璃纤维棉吸附苯胺的超高分辨冷场扫描电子显微镜图见图2，在相同放大倍数下，相对于纤维棉原料图1，在吸附后的纤维棉表面附着细小颗粒状物质，表明有新物质明显被吸附。从反应装置图3表明吸附操作简单，易用于其他体系进行探索实验研究。在氮气保护下，数据的准确性提高，避免因漏气而产生吸附偏差。吸附苯胺的吸附时间与吸附量的曲线图见图4，从图中可得出在吸附4小时后达到饱和，吸附总量不变，吸附时间短。活化玻璃纤维棉吸附苯胺的红外光谱图见图5。该Piranha溶液处理后的玻璃棉，可作为对挥发性芳香化合物的有效吸附材料，具有质量小，比表面积大等优点；实验操作简单，易于进行放大实验研究；且对苯胺的吸附效率最高，在去除挥发性芳香化合物，尤其是含苯胺类衍生物的使用上，具有一定的应用价值。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种挥发性苯系物吸附材料，其特征在于，所述吸附材料为活化玻璃纤维棉。

2.一种挥发性苯系物吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在搅拌条件下，将体积百分比为98％浓硫酸缓慢滴加到体积百分比为30％过氧化氢水溶液中，配成piranha溶液，浓硫酸与过氧化氢水溶液的体积比为7：3，然后放入玻璃纤维棉，室温搅拌反应24h后，取出后用乙醇洗涤，放入烘箱中干燥，得到活化玻璃纤维棉。

3.根据权利要求1所述的挥发性苯系物吸附材料的制备方法，其特征在于，采用磁子进行搅拌。

4.根据权利要求2或3所述的挥发性苯系物吸附材料的制备方法，其特征在于，所述活化玻璃纤维棉对苯胺的吸附效果最佳。