CN110215908A - 一种复合高效吸附材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合高效吸附材料,属于废气处理领域。本发明采用壳聚糖和蛭石为原料,以滴加成球法交联制蛭石小球,内部具有多孔网状结构,通过共价吸附提供对废气的良好吸附效果,以木质素、粗纤维含量不一的芭蕉叶、秸秆为原料,获得粗细纤维交织的酶解料,由空间建构方面提升对吸附气体的稳定储存效果;再通过对内部结构稳定性的提升,并负载具有转化效果的物质,提高对废气的处理效果。本发明解决了目前常用吸附材料对废气的吸附强度不高、储存时间短,不能很好的处理废气的问题。
Description
技术领域
本发明涉及废气处理技术领域,涉及一种复合高效吸附材料。
背景技术
近年来,随着有机合成工业、石油化学工业、材料加工和喷烤漆等行业的迅速发展,进入大气中的有机化合物越来越多。例如:苯类、酚类、多环芳烃、有机硫化物、有机氯化物等挥发性有机物以及恶臭等物质,不仅对人体感官有刺激作用,而且不少物质还具有一定毒性会产生“三致”效应,严重危害周围环境和人民的健康;扩散到大气中有的对人体的神经及造血系统造成极大的危害,甚至有的在太阳光紫外线的作用下与NOx发生光化学反应而产生光化学烟雾。因此,对这类污染物的控制越来越受到人们的重视。
化工废气是指在化工生产中由化工厂排出的有毒有害的气体。化工废气往往含有污染物种类很多,物理和化学性质复杂,毒性也不尽相同,严重污染环境和影响人体健康。不同化工生产行业产生的化工废气成分差别很大。大气污染是目前最突出的环境问题之一,精细化工工业废气是大气污染物的重要来源。废气处理又称废气净化。废气处理指的是针对工业场所、工厂车间。产生的废气在对外排放前进行预处理,以达到废气对外排放的标准的工作。一般废气处理包括了有机废气处理、粉尘废气处理、酸碱废气处理、异味废气处理和空气杀菌消毒净化等方面。精细化工工业废气中危害最大又难处理的就是有机废气;不同行业的有机废气的组成不同,对处理方法和装置也有不同的要求。
目前,对这类废气的治理方法主要有吸附法、燃烧法、洗涤法、催化氧化、消除法等,其中吸附法以其工艺简单、操作方便、净化效率高而应用广泛,其中,吸附法是一种常用的处理含挥发性有机物的方法,消除法是通过化学或者生物反应,将污染物转化为水和二氧化碳,包括热氧化、催化燃烧、生物氧化、电晕法、等离子体分解法、光分解法等。一般工业废气都采用先吸附再消除的策略。采用的吸附剂主要为活性炭。而吸附剂的选择对吸附效率起着决定性的作用。目前吸附剂主要有颗粒或者蜂窝活性炭、活性炭纤维、分子筛、硅胶、高聚合物吸附树脂等。活性炭因为表面积高、吸附容量大且价格较低而常被应用。但是活性炭吸附剂大多吸附容量较低,而且不易再生,运行费用较高,其他目前常用的吸附材料对废气的吸附强度不高、储存时间短,不能很好的处理废气,因此急需研发一种新型的吸附材料来满足人们的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题:针对目前常用吸附材料对废气的吸附强度不高、储存时间短,不能很好的处理废气的问题,提供一种复合高效吸附材料。
为解决上述技术问题,本发明采用如下所述的技术方案是:
一种复合高效吸附材料,按质量份数计,包括如下组分:7~13份埃洛石、1~4份膨润土、2~5份辅料,还包括:35~55份复合吸附基料、15~25份解吸附作用料。
所述复合吸附基料的制备方法,包括如下步骤:
(1)按质量比1:20~30取壳聚糖、醋酸溶液,得壳聚糖液,取壳聚糖液按质量比15~25:1:3~7加入添加剂、蛭石混合,调节pH,抽滤,收集滤渣水洗,干燥,得交联作用料;
(2)按质量比5~8:3取芭蕉叶、秸秆粉碎过筛,收集过筛颗粒按质量比1:80~100加入纤维素酶液混合,于25~33℃恒温搅拌酶解,升温至80~90℃保温灭酶,过滤,取滤饼用水洗涤,干燥,得酶解料,取盐酸多巴胺溶液、酶解料混合,超声浸渍,过滤,取滤渣用乙醇溶液洗涤,得纤维处理料,按重量份数计,取5~8份交联作用料、10~15份增粘吸附料、18~28份纤维处理料、3~6份环氧树脂、50~70份水混合搅拌,减压蒸发,即得复合吸附基料。
所述步骤(1)中的添加剂:按质量比1:2~4取环氧氯丙烷、淀粉混合,即得添加剂。
所述步骤(2)中的增粘吸附料:取聚丙烯酰胺、瓜尔胶、羧甲基纤维素按质量比为5~8:2:1混合,即得增粘吸附料。
所述步骤(2)中的盐酸多巴胺溶液、酶解料的质量比为12~17:4。
所述解吸附作用料的制备:按质量比5~8:2取六环石、磁铁矿粉碎过筛,收集过筛物按质量比1:5~8加入碳酸氢钙溶液混合,于50~65℃保温搅拌,升温至100~120℃,加入过筛物质量10~14%的改性剂混合搅拌,保温震荡,得处理料,取处理料加入处理料质量60~70%的试剂混合搅拌,减压蒸发,得浓缩物,按质量比14~20:3取浓缩物、强化剂混合研磨,即得解吸附作用料。
所述改性剂:按质量比4~8:1取巯基乙醇、硫酸氢钙混合,即得改性剂。
所述试剂:按质量比5~8:2取N,N'-二甲基甲酰胺、二氯乙烷混合,即得试剂。
所述强化剂:按质量比6~10:1取钛酸四丁酯、亚硝酸钠混合,即得强化剂。
所述辅料:取甘油、蓖麻油按质量比1:3~6混合,即得辅料。
本发明与其他方法相比,有益技术效果是:
(1)本发明采用壳聚糖和蛭石为原料,以滴加成球法交联制蛭石小球,并且辅以淀粉,得到表面粗糙的蛭石小球,内部具有多孔网状结构,通过共价吸附提供对废气的良好吸附效果,同时,以木质素、粗纤维含量不一的芭蕉叶、秸秆为原料,经过粉碎细化和一定程度的酶解,获得获得粗细纤维交织的酶解料,由空间建构方面提升对吸附气体的稳定储存效果,并且采用了盐酸多巴胺液对所得酶解料进行混合超声空化处理,提升多巴胺成分的分散效果,能够在后续共混过程中提供氧化自交联的作用,便于构建具有良好吸附稳定性的吸附体系,另外,以大分子成分复配制增粘吸附料也可辅助提升吸附的稳定性;
(2)本发明对六环石、磁铁矿进行细化后混入碳酸氢钙溶液中,碳酸氢钙成分的浸入,能够在进行热处理时,产生微小的碳酸钙成分填充其中,提升整体的稳定性,二氧化碳气体的产生可打开部分孔隙,提高吸附结构的稳定性,六环石自身产生的负离子也能够对废气起到吸附和净化的作用,并且添加的改性剂中带有巯基,能够使得本材料具有更好的吸附性能,本发明添加了钛酸四丁酯、亚硝酸钠作为强化剂,钛酸四丁酯成分能够分解产生二氧化钛,提供催化分解效果,促使不稳定性的废气如三氧化硫、氮氧化物等转变为稳态,并分解降低废气造成的污染,而亚硝酸钠也可提供还原性,将废气如二氧化硫还原为硫单质,便于废气的分解及转化贮存;
(3)本发明通过对蛭石进行交联大分子成分提供对废气的良好吸附效果,采用不同成分含量的纤维源进行处理,加强对废气的贮存效果,通过对内部结构稳定性的提升,并负载具有转化效果的物质,提高对废气的处理效果,本发明针对目前常用吸附材料对废气的吸附强度不高、储存时间短,不能很好的处理废气的问题,改善效果显著,具有很好的应用前景。
具体实施方式
改性剂:按质量比4~8:1取巯基乙醇、硫酸氢钙混合,即得改性剂。
强化剂:按质量比6~10:1取钛酸四丁酯、亚硝酸钠混合,即得强化剂。
试剂:按质量比5~8:2取N,N'-二甲基甲酰胺、二氯乙烷混合,即得试剂。
增粘吸附料:取聚丙烯酰胺、瓜尔胶、羧甲基纤维素按质量比为5~8:2:1混合,即得增粘吸附料。
辅料:取甘油、蓖麻油按质量比1:3~6混合,即得辅料。
添加剂:按质量比1:2~4取环氧氯丙烷、淀粉混合,即得添加剂。
复合吸附基料的制备方法,包括如下步骤:
(1)按质量比1:20~30取脱乙酰度为90%的壳聚糖、质量分数为4%的醋酸溶液,得壳聚糖液,取壳聚糖液按质量比15~25:1:3~7加入添加剂、过100目筛的蛭石混合,以500~800r/min磁力搅拌40~60min,加入质量分数为15%的NaOH溶液调节pH至7.8~8.3,抽滤,收集滤渣水洗2~4次,移至65~80℃烘箱干燥4~8h,得交联作用料;
(2)按质量比5~8:3取芭蕉叶、秸秆于粉碎机粉碎过80目筛,收集过筛颗粒按质量比1:80~100加入浓度300~500μmol/L的纤维素酶液混合,于25~33℃,以350~550r/min恒温搅拌酶解4~6h,升温至80~90℃保温灭酶12~20min,过滤,取滤饼用水洗涤2~4次,转入烘箱于100~110℃干燥至恒重,得酶解料,按质量比为12~17:4取浓度2g/L的盐酸多巴胺溶液、酶解料于超声波震荡仪混合,在45~55kHz超声频率的条件下,超声浸渍15~25min,过滤,取滤渣用体积分数为70%的乙醇溶液洗涤2~4次,得纤维处理料,按重量份数计,取5~8份交联作用料、10~15份增粘吸附料、18~28份纤维处理料、3~6份环氧树脂、50~70份水于混料机混合,以500~800r/min磁力搅拌40~60min,减压蒸发至原体积的30~45%,即得复合吸附基料。
解吸附作用料的制备:按质量比5~8:2取六环石、磁铁矿于粉碎机粉碎过60目筛,收集过筛物按质量比1:5~8加入质量分数为15%的碳酸氢钙溶液混合,于50~65℃保温搅拌30~55min,升温至100~120℃,加入过筛物质量10~14%的改性剂混合搅拌30~55min,以150~220r/min保温震荡1~3h,得处理料,取处理料加入处理料质量60~70%的试剂混合,以350~550r/min磁力搅拌35~60min,减压蒸发至恒重,得浓缩物,按质量比14~20:3取浓缩物、强化剂于研钵混合,研磨1~3h,即得解吸附作用料。
一种复合高效吸附材料,按质量份数计,包括如下组分:7~13份埃洛石、1~4份膨润土、2~5份辅料、35~55份复合吸附基料、15~25份解吸附作用料。
实施例1
改性剂:按质量比4:1取巯基乙醇、硫酸氢钙混合,即得改性剂。
强化剂:按质量比6:1取钛酸四丁酯、亚硝酸钠混合,即得强化剂。
试剂:按质量比5:2取N,N'-二甲基甲酰胺、二氯乙烷混合,即得试剂。
增粘吸附料:取聚丙烯酰胺、瓜尔胶、羧甲基纤维素按质量比为5:2:1混合,即得增粘吸附料。
辅料:取甘油、蓖麻油按质量比1:3混合,即得辅料。
添加剂:按质量比1:2取环氧氯丙烷、淀粉混合,即得添加剂。
复合吸附基料的制备方法,包括如下步骤:
(1)按质量比1:20取脱乙酰度为90%的壳聚糖、质量分数为4%的醋酸溶液,得壳聚糖液,取壳聚糖液按质量比15:1:3加入添加剂、过100目筛的蛭石混合,以500r/min磁力搅拌40min,加入质量分数为15%的NaOH溶液调节pH至7.8,抽滤,收集滤渣水洗2次,移至65℃烘箱干燥4h,得交联作用料;
(2)按质量比5:3取芭蕉叶、秸秆于粉碎机粉碎过80目筛,收集过筛颗粒按质量比1:80加入浓度300μmol/L的纤维素酶液混合,于25℃,以350r/min恒温搅拌酶解4h,升温至80℃保温灭酶12min,过滤,取滤饼用水洗涤2次,转入烘箱于100℃干燥至恒重,得酶解料,按质量比为12:4取浓度2g/L的盐酸多巴胺溶液、酶解料于超声波震荡仪混合,在45kHz超声频率的条件下,超声浸渍15min,过滤,取滤渣用体积分数为70%的乙醇溶液洗涤2次,得纤维处理料,按重量份数计,取5份交联作用料、10份增粘吸附料、18份纤维处理料、3份环氧树脂、50份水于混料机混合,以500r/min磁力搅拌40min,减压蒸发至原体积的30%,即得复合吸附基料。
解吸附作用料的制备:按质量比5:2取六环石、磁铁矿于粉碎机粉碎过60目筛,收集过筛物按质量比1:5加入质量分数为15%的碳酸氢钙溶液混合,于50℃保温搅拌30min,升温至100℃,加入过筛物质量10%的改性剂混合搅拌30min,以150r/min保温震荡1h,得处理料,取处理料加入处理料质量60%的试剂混合,以350r/min磁力搅拌35min,减压蒸发至恒重,得浓缩物,按质量比14:3取浓缩物、强化剂于研钵混合,研磨1h,即得解吸附作用料。
一种复合高效吸附材料,按质量份数计,包括如下组分:7份埃洛石、1份膨润土、2份辅料、35份复合吸附基料、15份解吸附作用料。
实施例2
改性剂:按质量比8:1取巯基乙醇、硫酸氢钙混合,即得改性剂。
强化剂:按质量比10:1取钛酸四丁酯、亚硝酸钠混合,即得强化剂。
试剂:按质量比8:2取N,N'-二甲基甲酰胺、二氯乙烷混合,即得试剂。
增粘吸附料:取聚丙烯酰胺、瓜尔胶、羧甲基纤维素按质量比为8:2:1混合,即得增粘吸附料。
辅料:取甘油、蓖麻油按质量比1:6混合,即得辅料。
添加剂:按质量比1:4取环氧氯丙烷、淀粉混合,即得添加剂。
复合吸附基料的制备方法,包括如下步骤:
(1)按质量比1:30取脱乙酰度为90%的壳聚糖、质量分数为4%的醋酸溶液,得壳聚糖液,取壳聚糖液按质量比25:1:7加入添加剂、过100目筛的蛭石混合,以800r/min磁力搅拌60min,加入质量分数为15%的NaOH溶液调节pH至8.3,抽滤,收集滤渣水洗4次,移至80℃烘箱干燥8h,得交联作用料;
(2)按质量比8:3取芭蕉叶、秸秆于粉碎机粉碎过80目筛,收集过筛颗粒按质量比1:100加入浓度500μmol/L的纤维素酶液混合,于33℃,以550r/min恒温搅拌酶解6h,升温至90℃保温灭酶20min,过滤,取滤饼用水洗涤4次,转入烘箱于110℃干燥至恒重,得酶解料,按质量比为17:4取浓度2g/L的盐酸多巴胺溶液、酶解料于超声波震荡仪混合,在55kHz超声频率的条件下,超声浸渍25min,过滤,取滤渣用体积分数为70%的乙醇溶液洗涤4次,得纤维处理料,按重量份数计,取8份交联作用料、15份增粘吸附料、28份纤维处理料、6份环氧树脂、70份水于混料机混合,以800r/min磁力搅拌60min,减压蒸发至原体积的45%,即得复合吸附基料。
解吸附作用料的制备:按质量比8:2取六环石、磁铁矿于粉碎机粉碎过60目筛,收集过筛物按质量比1:8加入质量分数为15%的碳酸氢钙溶液混合,于65℃保温搅拌55min,升温至120℃,加入过筛物质量14%的改性剂混合搅拌55min,以220r/min保温震荡3h,得处理料,取处理料加入处理料质量70%的试剂混合,以550r/min磁力搅拌60min,减压蒸发至恒重,得浓缩物,按质量比20:3取浓缩物、强化剂于研钵混合,研磨3h,即得解吸附作用料。
一种复合高效吸附材料,按质量份数计,包括如下组分:13份埃洛石、4份膨润土、5份辅料、55份复合吸附基料、25份解吸附作用料。
实施例3
改性剂:按质量比6:1取巯基乙醇、硫酸氢钙混合,即得改性剂。
强化剂:按质量比8:1取钛酸四丁酯、亚硝酸钠混合,即得强化剂。
试剂:按质量比7:2取N,N'-二甲基甲酰胺、二氯乙烷混合,即得试剂。
增粘吸附料:取聚丙烯酰胺、瓜尔胶、羧甲基纤维素按质量比为6:2:1混合,即得增粘吸附料。
辅料:取甘油、蓖麻油按质量比1:5混合,即得辅料。
添加剂:按质量比1:3取环氧氯丙烷、淀粉混合,即得添加剂。
复合吸附基料的制备方法,包括如下步骤:
(1)按质量比1:25取脱乙酰度为90%的壳聚糖、质量分数为4%的醋酸溶液,得壳聚糖液,取壳聚糖液按质量比20:1:5加入添加剂、过100目筛的蛭石混合,以700r/min磁力搅拌50min,加入质量分数为15%的NaOH溶液调节pH至8.1,抽滤,收集滤渣水洗3次,移至70℃烘箱干燥6h,得交联作用料;
(2)按质量比7:3取芭蕉叶、秸秆于粉碎机粉碎过80目筛,收集过筛颗粒按质量比1:90加入浓度400μmol/L的纤维素酶液混合,于27℃,以450r/min恒温搅拌酶解5h,升温至85℃保温灭酶15min,过滤,取滤饼用水洗涤3次,转入烘箱于105℃干燥至恒重,得酶解料,按质量比为15:4取浓度2g/L的盐酸多巴胺溶液、酶解料于超声波震荡仪混合,在50kHz超声频率的条件下,超声浸渍20min,过滤,取滤渣用体积分数为70%的乙醇溶液洗涤3次,得纤维处理料,按重量份数计,取7份交联作用料、12份增粘吸附料、25份纤维处理料、5份环氧树脂、60份水于混料机混合,以600r/min磁力搅拌50min,减压蒸发至原体积的35%,即得复合吸附基料。
解吸附作用料的制备:按质量比7:2取六环石、磁铁矿于粉碎机粉碎过60目筛,收集过筛物按质量比1:7加入质量分数为15%的碳酸氢钙溶液混合,于55℃保温搅拌45min,升温至110℃,加入过筛物质量12%的改性剂混合搅拌45min,以200r/min保温震荡2h,得处理料,取处理料加入处理料质量65%的试剂混合,以450r/min磁力搅拌50min,减压蒸发至恒重,得浓缩物,按质量比16:3取浓缩物、强化剂于研钵混合,研磨2h,即得解吸附作用料。
一种复合高效吸附材料,按质量份数计,包括如下组分:10份埃洛石、2份膨润土、3份辅料、45份复合吸附基料、20份解吸附作用料。
对比例1:与实施例1的制备方法基本相同,唯有不同的是缺少复合吸附基料。
对比例2:与实施例1的制备方法基本相同,唯有不同的是缺少解吸附作用料。
对比例3:北京市某公司生产的复合高效吸附材料。(主要成分:果壳活性炭、硅藻泥、TiO半导体、氧化石墨烯、粘结剂)
将上述实施例与对比例得到的复合高效吸附材料进行检测,某制鞋车间排放的有机废气,其浓度为:氮氧化物120.6mg/m3,硫化物198.4mg/m3,苯148.2mg/m3,风量为5000m3/h,温度为室温。利用实施例与对比例得到的复合高效吸附材料处理有机废气的方法:(1)使用复合高效吸附材料,制成吸附床炭层厚度为1000mm,分为两层,空塔气速取0.4m/s,废气量1000m3/h,阻力损失约650pa。(2)有机废气经集气罩收集后,由风机增压送至吸附床,在吸附床内完成气固两相接触,经净化后的气体排向大气,测定其处理后苯、氮氧化物、硫化物的排放浓度;再将实施例与对比例得到的复合高效吸附材料存放于仓库,无光照,室温的情况下6个月,观察其变化,得到的结果如表1所示。
表1:
综合上述,从表1可以看出本发明的复合高效吸附材料效果更好,值得推广使用,以上所述仅为本发明的较佳方式,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种复合高效吸附材料,按质量份数计,包括如下组分:7~13份埃洛石、1~4份膨润土、2~5份辅料,其特征在于,还包括:35~55份复合吸附基料、15~25份解吸附作用料。
2.根据权利要求1所述一种复合高效吸附材料,其特征在于,所述复合吸附基料的制备方法,包括如下步骤:
(1)按质量比1:20~30取壳聚糖、醋酸溶液,得壳聚糖液,取壳聚糖液按质量比15~25:1:3~7加入添加剂、蛭石混合,调节pH,抽滤,收集滤渣水洗,干燥,得交联作用料;
(2)按质量比5~8:3取芭蕉叶、秸秆粉碎过筛,收集过筛颗粒按质量比1:80~100加入纤维素酶液混合,于25~33℃恒温搅拌酶解,升温至80~90℃保温灭酶,过滤,取滤饼用水洗涤,干燥,得酶解料,取盐酸多巴胺溶液、酶解料混合,超声浸渍,过滤,取滤渣用乙醇溶液洗涤,得纤维处理料,按重量份数计,取5~8份交联作用料、10~15份增粘吸附料、18~28份纤维处理料、3~6份环氧树脂、50~70份水混合搅拌,减压蒸发,即得复合吸附基料。
3.根据权利要求2所述一种复合高效吸附材料,其特征在于,所述步骤(1)中的添加剂:按质量比1:2~4取环氧氯丙烷、淀粉混合,即得添加剂。
4.根据权利要求2所述一种复合高效吸附材料,其特征在于,所述步骤(2)中的增粘吸附料:取聚丙烯酰胺、瓜尔胶、羧甲基纤维素按质量比为5~8:2:1混合,即得增粘吸附料。
5.根据权利要求2所述一种复合高效吸附材料,其特征在于,所述步骤(2)中的盐酸多巴胺溶液、酶解料的质量比为12~17:4。
6.根据权利要求1所述一种复合高效吸附材料,其特征在于,所述解吸附作用料的制备:按质量比5~8:2取六环石、磁铁矿粉碎过筛,收集过筛物按质量比1:5~8加入碳酸氢钙溶液混合,于50~65℃保温搅拌,升温至100~120℃,加入过筛物质量10~14%的改性剂混合搅拌,保温震荡,得处理料,取处理料加入处理料质量60~70%的试剂混合搅拌,减压蒸发,得浓缩物,按质量比14~20:3取浓缩物、强化剂混合研磨,即得解吸附作用料。
7.根据权利要求6所述一种复合高效吸附材料,其特征在于,所述改性剂:按质量比4~8:1取巯基乙醇、硫酸氢钙混合,即得改性剂。
8.根据权利要求6所述一种复合高效吸附材料,其特征在于,所述试剂:按质量比5~8:2取N,N'-二甲基甲酰胺、二氯乙烷混合,即得试剂。
9.根据权利要求6所述一种复合高效吸附材料,其特征在于,所述强化剂:按质量比6~10:1取钛酸四丁酯、亚硝酸钠混合,即得强化剂。
10.根据权利要求1所述一种复合高效吸附材料,其特征在于,所述辅料:取甘油、蓖麻油按质量比1:3~6混合,即得辅料。
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CN110818287A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-02-21 | 衢州顺天钙业有限公司 | 一种高分散性高比表面积氢氧化钙的制备方法 |
CN112986041A (zh) * | 2021-02-09 | 2021-06-18 | 中国石油大学(华东) | 一种基于壳聚糖和埃洛石纳米管的湿敏薄膜及其制备方法和应用 |
CN113198422A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-08-03 | 长安大学 | 一种氨基功能化埃洛石多孔微球基气体吸附材料、制备方法及应用 |
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