CN109775711A - 一种用于降解甲醛的拜耳法赤泥改性活性炭及其制备方法 - Google Patents

一种用于降解甲醛的拜耳法赤泥改性活性炭及其制备方法 Download PDF

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刘秀玉
张冰
张�浩
唐刚
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Abstract

本发明公开了一种用于降解甲醛的拜耳法赤泥改性活性炭及其制备方法，属于冶金固废资源利用领域。该钢渣基活性炭包括赤泥、盐酸、活性炭、无水乙醇和水。所述赤泥为拜耳法赤泥。本发明解决了现有技术利用金属氧化物对活性炭进行改性，虽然可以提高活性炭降解甲醛性能，但是也导致制备成本增加的问题，降低了改性活性炭的生产成本40％～50％，提高了其市场竞争力与应用范围。利用拜耳法赤泥对活性炭进行改性制备性能优越且价格低廉的拜耳法赤泥改性活性炭，拓展了拜耳法赤泥的高附加值应用，实现“以废治危”的新思路。本发明符合相关节能环保、循环经济的政策要求。

Description

一种用于降解甲醛的拜耳法赤泥改性活性炭及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金固废资源利用领域，具体涉及一种利用拜耳法赤泥微粉对活性炭进行改性，并且用于降解甲醛的拜耳法赤泥改性活性炭及其制备方法。
背景技术
室内环境是人的一生接触最为频繁的场所，大约80％的时间都是在室内环境中度过，因此，室内环境质量的优劣直接影响居民的身体健康。但是随着社会与经济的发展，人们对建筑的保温绝热性能与室内装饰美化要求提高，造成室内环境的通风效果下降与挥发性有机化合物浓度提高，导致室内空气品质问题日益严重。其中甲醛是除苯系物以外，被单独从挥发性有机化合物中单列出来，是室内空气中典型的污染物之一，由于甲醛具有较高的毒性，在我国有毒化学品优先控制名单上高居第二位，已经成为研究室内空气品质的焦点问题。
目前对于室内空气中甲醛的治理方法主要包括生物方法、吸附法、臭氧氧化法、光催化氧化法等。由于活性炭具有发达的多孔结构与丰富的比表面积，因此对去除有机化合物有明显的优势，被广泛用于室内空气污染物的处理。然而，活性炭也存在寿命短，易造成室内环境二次污染的问题，因此需要利用金属氧化物对活性炭进行改性，以提高其去除有机化合物的能力，尤其是降解甲醛的能力。利用金属氧化物对活性炭进行改性，虽然可以提高活性炭降解甲醛的性能，但是也导致制备成本的增加，极大的限制其应用范围。拜耳法赤泥是氧化铝生产过程中产生的废渣，其主要组份是SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3、Na2O、TiO2、MgO等，还含有灼碱成份和微量有色金属，其中Al2O3(8.4％～23.0％)与Fe2O3(22.0％～38.4％)的含量较高。如果利用拜耳法赤泥中含有的金属氧化物对活性炭进行改性处理，不仅解决改性活性炭的成本问题，而且拓展了拜耳法赤泥的高附加值应用，实现“以废治危”的新思路。
发明内容
为了解决利用金属氧化物对活性炭进行改性，虽然可以提高活性炭降解甲醛性能，但是也导致制备成本增加的问题。本发明利用拜耳法赤泥微粉对活性炭进行改性获得改性活性炭，同时对粉磨速度、粉磨时间、超声功率、超声分散时间、烘干温度、煅烧温度、焙烧时间等进行控制，以期实现拜耳法赤泥的高附加值循环利用，获得降解甲醛性能优越且成本低廉的用于降解甲醛的改性活性炭。
为了解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的。
本发明提供了一种用于降解甲醛的拜耳法赤泥改性活性炭，该活性炭按重量百分比原料如下：
所述赤泥为拜耳法赤泥；所述盐酸为分析纯；所述活性炭为工业纯；所述无水乙醇为分析纯；所述水为去离子水。
本发明同时提供了上述用于降解甲醛的拜耳法赤泥改性活性炭的制备方法，具体包括如下步骤：
首先将赤泥利用变频行星式球磨机以转速400r/min～600r/min粉磨60min～90min，得到赤泥微粉。
其次将赤泥微粉与水进行混合后，利用超声功率为400W～600W的超声波细胞破碎仪超声分散30min～60min，依次加入盐酸、活性炭和无水乙醇后，利用超声功率为500W～800W的超声波细胞破碎仪超声分散60min～90min，得到拜耳法赤泥改性活性炭前躯体。
最后将拜耳法赤泥改性活性炭前躯体放入烘干温度为70℃～90℃的鼓风干燥箱进行烘干后，利用煅烧温度为200℃～300℃的中温实验炉焙烧15min～30min，获得拜耳法赤泥改性活性炭。
本发明的科学原理：
(1)拜耳法赤泥主要化学成分为SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3、Na2O、TiO2、MgO等，其中Fe2O3可以有效提高活性炭的吸附能力，有利于甲醛在具有多孔结构的活性炭中形成富集，TiO2对富集在活性炭孔内的甲醛具有催化降解作用。
(2)拜耳法赤泥改性活性炭利用活性炭的高吸附性能，以及拜耳法赤泥对甲醛的吸附降解作用与催化降解作用，实现活性炭与拜耳法赤泥的协同，从而提高拜耳法赤泥改性活性炭的降解甲醛性能。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明解决了现有技术利用金属氧化物对活性炭进行改性，虽然可以提高活性炭降解甲醛性能，但是也导致制备成本增加的问题，降低了改性活性炭的生产成本40％～50％，提高了其市场竞争力与应用范围。
2、本发明利用拜耳法赤泥对活性炭进行改性制备性能优越且价格低廉的拜耳法赤泥改性活性炭，拓展了拜耳法赤泥的高附加值应用，实现“以废治危”的新思路。
3、本发明一种用于降解甲醛的拜耳法赤泥改性活性炭及其制备方法符合相关节能环保、循环经济的政策要求。
附图说明
图1为环境测试舱模拟室内环境示意图；
图中：1、温湿度传感器；2、采样口；3、风扇；4、光源；a、甲醛气体；b、拜耳法赤泥改性活性炭。
具体实施方式
以下结合具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。
实施例1
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
所述赤泥为拜耳法赤泥；所述盐酸为分析纯；所述活性炭为工业纯；所述无水乙醇为分析纯；所述水为去离子水。
首先将赤泥利用变频行星式球磨机以转速500r/min粉磨70min，得到赤泥微粉。
其次将赤泥微粉与水进行混合后，利用超声功率为600W的超声波细胞破碎仪超声分散30min，依次加入盐酸、活性炭和无水乙醇后，利用超声功率为500W的超声波细胞破碎仪超声分散90min，得到拜耳法赤泥改性活性炭前躯体。
最后将拜耳法赤泥改性活性炭前躯体放入烘干温度为80℃的鼓风干燥箱进行烘干后，利用煅烧温度为300℃的中温实验炉焙烧15min，获得拜耳法赤泥改性活性炭。
实施例2
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
所述赤泥为拜耳法赤泥；所述盐酸为分析纯；所述活性炭为工业纯；所述无水乙醇为分析纯；所述水为去离子水。
首先将赤泥利用变频行星式球磨机以转速400r/min粉磨80min，得到赤泥微粉。
其次将赤泥微粉与水进行混合后，利用超声功率为500W的超声波细胞破碎仪超声分散50min，依次加入盐酸、活性炭和无水乙醇后，利用超声功率为800W的超声波细胞破碎仪超声分散70min，得到拜耳法赤泥改性活性炭前躯体。
最后将拜耳法赤泥改性活性炭前躯体放入烘干温度为90℃的鼓风干燥箱进行烘干后，利用煅烧温度为200℃的中温实验炉焙烧20min，获得拜耳法赤泥改性活性炭。
实施例3
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
所述赤泥为拜耳法赤泥；所述盐酸为分析纯；所述活性炭为工业纯；所述无水乙醇为分析纯；所述水为去离子水。
首先将赤泥利用变频行星式球磨机以转速600r/min粉磨90min，得到赤泥微粉。
其次将赤泥微粉与水进行混合后，利用超声功率为400W的超声波细胞破碎仪超声分散40min，依次加入盐酸、活性炭和无水乙醇后，利用超声功率为700W的超声波细胞破碎仪超声分散60min，得到拜耳法赤泥改性活性炭前躯体。
最后将拜耳法赤泥改性活性炭前躯体放入烘干温度为70℃的鼓风干燥箱进行烘干后，利用煅烧温度为250℃的中温实验炉焙烧30min，获得拜耳法赤泥改性活性炭。
实施例4
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
所述赤泥为拜耳法赤泥；所述盐酸为分析纯；所述活性炭为工业纯；所述无水乙醇为分析纯；所述水为去离子水。
首先将赤泥利用变频行星式球磨机以转速400r/min粉磨60min，得到赤泥微粉。
其次将赤泥微粉与水进行混合后，利用超声功率为600W的超声波细胞破碎仪超声分散60min，依次加入盐酸、活性炭和无水乙醇后，利用超声功率为600W的超声波细胞破碎仪超声分散80min，得到拜耳法赤泥改性活性炭前躯体。
最后将拜耳法赤泥改性活性炭前躯体放入烘干温度为90℃的鼓风干燥箱进行烘干后，利用煅烧温度为250℃的中温实验炉焙烧15min，获得拜耳法赤泥改性活性炭。
实施例5
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
所述赤泥为拜耳法赤泥；所述盐酸为分析纯；所述活性炭为工业纯；所述无水乙醇为分析纯；所述水为去离子水。
首先将赤泥利用变频行星式球磨机以转速600r/min粉磨70min，得到赤泥微粉。
其次将赤泥微粉与水进行混合后，利用超声功率为500W的超声波细胞破碎仪超声分散40min，依次加入盐酸、活性炭和无水乙醇后，利用超声功率为500W的超声波细胞破碎仪超声分散80min，得到拜耳法赤泥改性活性炭前躯体。
最后将拜耳法赤泥改性活性炭前躯体放入烘干温度为70℃的鼓风干燥箱进行烘干后，利用煅烧温度为300℃的中温实验炉焙烧30min，获得拜耳法赤泥改性活性炭。
实施例6
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
所述赤泥为拜耳法赤泥；所述盐酸为分析纯；所述活性炭为工业纯；所述无水乙醇为分析纯；所述水为去离子水。
首先将赤泥利用变频行星式球磨机以转速500r/min粉磨80min，得到赤泥微粉。
其次将赤泥微粉与水进行混合后，利用超声功率为400W的超声波细胞破碎仪超声分散30min，依次加入盐酸、活性炭和无水乙醇后，利用超声功率为700W的超声波细胞破碎仪超声分散70min，得到拜耳法赤泥改性活性炭前躯体。
最后将拜耳法赤泥改性活性炭前躯体放入烘干温度为80℃的鼓风干燥箱进行烘干后，利用煅烧温度为200℃的中温实验炉焙烧20min，获得拜耳法赤泥改性活性炭。
对比例1
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
所述盐酸为分析纯；所述活性炭为工业纯；所述无水乙醇为分析纯；所述水为去离子水。
首先将水利用超声功率为400W的超声波细胞破碎仪超声分散30min，依次加入盐酸、活性炭和无水乙醇后，利用超声功率为700W的超声波细胞破碎仪超声分散70min，得到活性炭前躯体。
最后将活性炭前躯体放入烘干温度为80℃的鼓风干燥箱进行烘干后，利用煅烧温度为200℃的中温实验炉焙烧20min，获得活性炭。
制备实施例1～6及对比例1，其性能检测过程如下：
利用欧盟普遍采用的环境测试舱模拟室内环境(如图1所示)。利用温湿度传感器1，温度设置在23±0.5℃，湿度设置在45±3％。把2.5μL浓度为37％～40％的甲醛分析纯溶液滴加在培养皿上，放入环境测试舱，使其在环境测试舱中充分挥发，利用风扇3使整个环境测试舱中的甲醛气体a浓度为1mg/m3。将30g的拜耳法赤泥改性活性炭b负载到0.1m2的测试板上，利用光源4进行激发，使其产生降解作用。采用乙酰丙酮分光光度法(GB/T15516-1995)，利用采样口2，选择12h时采样10L舱内的气体，检测环境测试舱中甲醛气体的浓度变化，从而可以计算出拜耳法赤泥改性活性炭的降解甲醛效率。
表1拜耳法赤泥改性活性炭的降解甲醛效率
序号 降解甲醛效率/％
实施例1 52.2
实施例2 45.7
实施例3 55.0
实施例4 38.6
实施例5 50.4
实施例6 44.9
对比例1 28.5

Claims (2)

1.一种用于降解甲醛的拜耳法赤泥改性活性炭，其特征在于，该活性炭按重量百分比原料如下：
所述赤泥为拜耳法赤泥；所述盐酸为分析纯；所述活性炭为工业纯；所述无水乙醇为分析纯；所述水为去离子水。
2.一种如权利要求1所述用于降解甲醛的拜耳法赤泥改性活性炭的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
首先将赤泥利用变频行星式球磨机以转速400r/min～600r/min粉磨60min～90min，得到赤泥微粉；
其次将赤泥微粉与水进行混合后，利用超声功率为400W～600W的超声波细胞破碎仪超声分散30min～60min，依次加入盐酸、活性炭和无水乙醇后，利用超声功率为500W～800W的超声波细胞破碎仪超声分散60min～90min，得到拜耳法赤泥改性活性炭前躯体；
最后将拜耳法赤泥改性活性炭前躯体放入烘干温度为70℃～90℃的鼓风干燥箱进行烘干后，利用煅烧温度为200℃～300℃的中温实验炉焙烧15min～30min，获得拜耳法赤泥改性活性炭。
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