CN110270307A - 一种吸附剂及其制备方法和在吸附挥发性有机污染物中的应用 - Google Patents

一种吸附剂及其制备方法和在吸附挥发性有机污染物中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种吸附剂及其制备方法和在吸附挥发性有机污染物中的应用，属于大气污染治理技术领域。本发明提供的吸附剂的制备方法包括以下步骤：将膨胀石墨的磷酸溶液、氢氧化铝粉末、椰壳活性炭粉末和高岭土粉末混合，得到混合浆液；将纯化的硅藻土和混合浆液混合，得到混合浆料；将所述混合浆料进行制粒处理，得到颗粒；将所述颗粒依次进行烘干、煅烧和还原处理，得到吸附剂。本发明提供的吸附剂中原料之间共同作用，有效提高了吸附剂对挥发性有机污染物的吸附性能。实施例结果表明，本发明提供的吸附剂对挥发性有机污染物的吸附量可达65mg/g。

Description

一种吸附剂及其制备方法和在吸附挥发性有机污染物中的 应用
技术领域
本发明涉及大气污染治理技术领域，尤其涉及一种吸附剂及其制备方法和在吸附挥发性有机污染物中的应用。
背景技术
挥发性有机污染物，简称VOCs，是指常温下饱和蒸气压大于71Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物，其种类繁多，有致癌、致畸、致突变的潜在风险，对人体健康危害大。VOCs还能加剧温室效应、增强光化学烟雾污染和消耗平流层臭氧，继而恶化生态环境。因此，研发经济、高效的防治技术，消除VOCs的大气环境污染十分迫切。目前，VOCs工程治理技术主要有吸收、吸附、冷凝、燃烧、光催化氧化、生物降解、低温等离子体处理技术等。
在上述所列技术中，吸收法适用于温度低、中、高浓度的有机废气处理，且需配备加热、解析、冷凝等回收装置，其装机体积大、投资高，还存在二次污染和净化效果欠佳的缺陷；冷凝法适用于高沸点和高浓度的VOCs污染物的回收处置，其存在系统构建复杂、投资大、能耗高和潜在二次污染等问题；燃烧法存在能耗大、运行成本高、运行要求高等不足；生物法存在微生物系统占地大、驯化周期长、维养所需技能高等不足；低温等离子体技术存在臭氧潜在逸散和污染物处置不彻底的缺陷；光催化技术处置效率偏低，仅仅适合低浓度VOCs处理，当前其还存在催化剂再生和紫外灯管无害化处置的工程难题。
与其他处置技术相比，吸附法净化效果好、能耗低、运行费用低，是比较理想的VOCs处置技术。常见的吸附剂包括活性炭、生物质材料、二氧化硅等，其吸附性能还有待进一步提高。
发明内容
本发明提供了一种吸附剂，本发明提供的吸附剂对挥发性有机污染物吸附效果好。
本发明提供了一种吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将膨胀石墨的磷酸溶液、氢氧化铝粉末、椰壳活性炭粉末和高岭土粉末混合，得到混合浆液；
(2)将纯化的硅藻土和混合浆液混合，得到混合浆料；
(3)将所述步骤(2)得到的混合浆料进行制粒处理，得到颗粒；
(4)将所述步骤(3)得到的颗粒依次进行烘干、煅烧和还原处理，得到吸附剂。
优选的，所述步骤(1)中膨胀石墨的磷酸溶液、氢氧化铝粉末、椰壳活性炭粉末和高岭土粉末的质量比为5～6:5.5～6.5:1～2:1～1.2。
优选的，所述步骤(1)中纯化的硅藻土的制备方法包括以下步骤：
(a)将硅藻土、水和浓硫酸混合后，进行加热处理，得到混合浆料；
(b)将所述步骤(a)得到的混合浆料降至室温后，加水搅拌，然后进行固液分离，得到固体；
(c)将所述步骤(b)得到的固体依次进行烘干、研磨和煅烧处理，得到纯化的硅藻土。
优选的，所述步骤(c)研磨后固体的粒径为50～100μm。
优选的，所述步骤(c)煅烧处理的温度为750～820℃，时间为50～70min。
优选的，所述步骤(1)中膨胀石墨的磷酸溶液中膨胀石墨的质量浓度为1.5％～2％；所述膨胀石墨的磷酸溶液中磷酸的质量分数为40％～45％。
优选的，所述步骤(3)中煅烧的温度为650～720℃，时间为1.6～2h；所述煅烧在氮气保护下进行。
优选的，所述步骤(3)中还原处理的方法为：将煅烧后的颗粒浸泡在硼氢化钠溶液中，所述硼氢化钠的浓度为0.8～1.2mol/L；所述浸泡的时间为60～90min。
本发明还提供了上述技术方案所述方法制备得到的吸附剂，所述吸附剂的组成成分包括纯化的硅藻土、膨胀石墨、椰壳活性炭、高岭土、磷酸铝和磷酸二氢铝。
本发明还提供了上述技术方案所述吸附剂在吸附挥发性有机污染物中的应用。
本发明提供了一种吸附剂及其制备方法和在吸附挥发性有机污染物中的应用，本发明提供的吸附剂的制备方法包括以下步骤：将膨胀石墨的磷酸溶液、氢氧化铝粉末、椰壳活性炭粉末和高岭土粉末混合，得到混合浆液；将纯化的硅藻土和混合浆液混合，得到混合浆料；将所述混合浆料进行制粒处理，得到颗粒；将颗粒依次进行烘干、煅烧和还原处理，得到吸附剂。本发明提供的吸附剂中原料之间共同作用，有效提高了吸附剂的对挥发性有机污染物的吸附性能。本发明通过煅烧处理，提高了吸附剂的硬度和孔容积，然后再通过还原处理，除去了原料中的含氧基团，降低了制备得到的吸附剂极性，有效提高了对挥发性有机物的吸附效果。实施例结果表明，本发明提供的吸附剂对挥发性有机污染物的吸附量可达65mg/g。
附图说明
图1为本发明实施例1得到的吸附剂断面扫描电镜图；
图2为本发明实施例2得到的吸附剂断面扫描电镜图；
图3为本发明实施例3得到的吸附剂断面扫描电镜图。
具体实施方式
本发明提供了一种吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将膨胀石墨的磷酸溶液、氢氧化铝粉末、椰壳活性炭粉末和高岭土粉末混合，得到混合浆液；
(2)将纯化的硅藻土和混合浆液混合，得到混合浆料；
(3)将所述步骤(2)得到的混合浆料进行制粒处理，得到颗粒；
(4)将所述步骤(3)得到的颗粒依次进行烘干、煅烧和还原处理，得到吸附剂。
在本发明中，所有原料如无特别说明，均为市售商品。
本发明将膨胀石墨的磷酸溶液、氢氧化铝粉末、椰壳活性炭粉末和高岭土粉末混合，得到混合浆液。
在本发明中，所述膨胀石墨的磷酸溶液的制备方法优选包括：将膨胀石墨粉碎后与水和磷酸混合，得到膨胀石墨的磷酸溶液。在本发明中，所述粉碎优选在多功能粉碎机中进行，所述粉碎的功率优选为540～560W，更优选为550W，所述粉碎的转速优选为30000～35000r/min，更优选为32000r/min，粉碎后膨胀石墨的平均长度优选为0.1～0.2mm。在本发明中，所述磷酸的质量分数优选为85％。在本发明中，粉碎后的膨胀石墨、水和磷酸的混合方式优选为超声混合，所述超声的功率优选为400～600W，更优选为500W，时间优选为60～90min，更优选为70～80min。在本发明中，所述膨胀石墨的磷酸溶液中膨胀石墨的质量浓度优选为0.01～0.04g/mL，更优选为0.02～0.03g/mL；所述膨胀石墨的磷酸溶液中磷酸的质量分数优选为40％～45％，更优选为42％～43％。本发明优选先将膨胀石墨溶于磷酸溶液中，然后再与纯化的硅藻土等制备吸附剂的原料混合，有利于使膨胀石墨在最终制备得到的吸附剂中充分分散；本发明采用磷酸溶液，有利于磷酸与原料氢氧化铝反应生成多孔且具有粘结性能的磷酸铝和磷酸二氢铝，进而有利于提高吸附剂的吸附效果。
本发明将膨胀石墨的磷酸溶液、氢氧化铝粉末、椰壳活性炭粉末和高岭土粉末混合，得到混合浆液。
在本发明中，所述膨胀石墨的磷酸溶液、氢氧化铝粉末、椰壳活性炭粉末和高岭土粉末的质量比优选为5～6:5.5～6.5:1～2:1～1.2，更优选为5.5:6:1.5:1。在本发明中，所述氢氧化铝粉末的粒径优选为10～40μm；所述椰壳活性炭粉末的粒径优选为10～20μm；所述高岭土粉末的粒径优选为0.5～5μm。本发明优选将氢氧化铝粉末、椰壳活性炭粉末和高岭土粉末的粒径控制在上述范围内，有利于充分发挥每种原料的作用。在本发明中，所述纯化的硅藻土、膨胀石墨的磷酸溶液、氢氧化铝粉末、椰壳活性炭粉末和高岭土粉末混合使用，有利于提高吸附剂的吸附性能。
在本发明中，所述膨胀石墨的磷酸溶液、氢氧化铝粉末、椰壳活性炭粉末和高岭土粉末混合的方式优选为超声搅拌混合，所述超声的功率优选为400～600W，更优选为500W，时间优选为90～120min，更优选为100～110min；本发明优选采用上述混合方式，有利于使纯化的硅藻土、膨胀石墨的磷酸溶液、氢氧化铝粉末、椰壳活性炭粉末和高岭土粉末充分混合，提高吸附效果。
得到混合浆液后，本发明将纯化的硅藻土和混合浆液混合，得到混合浆料。
在本发明中，所述纯化的硅藻土的制备方法优选包括以下步骤：
(a)将硅藻土、水和浓硫酸混合后，进行加热处理，得到混合料液；
(b)将所述步骤(a)得到的混合料液降至室温后，加水搅拌，然后进行固液分离，得到固体；
(c)将所述步骤(b)得到的固体依次进行烘干、研磨和煅烧处理，得到纯化的硅藻土。
本发明将硅藻土、水和浓硫酸混合后，进行加热处理，得到混合料液。在本发明中，所述硅藻土、水和浓硫酸的用量比优选为50～60g:80～120mL:8～12mL，进一步优选为50～60g:100mL:10mL；所述浓硫酸的质量浓度优选为98％。在本发明中，所述硅藻土、水和浓硫酸的混合方式优选为搅拌混合。在本发明中，所述加热处理的温度优选为75～80℃，时间优选为3～5h，更优选为4h。本发明通过将硅藻土、水和浓硫酸混合后加热，使浓硫酸与硅藻土中的杂质氧化铝氧化镁等反应，生成硫酸铝、硫酸镁等溶于稀硫酸，有利于去除硅藻土中的杂质。
得到混合料液后，本发明将所述混合料液降至室温，加水搅拌，然后进行固液分离，得到固体。本发明对降至室温的具体实施方式没有特别要求，采用自然冷却即可。降至室温后，本发明向混合料液中继续加入水，然后搅拌；所述混合料液与水的体积比优选为1:4～6，更优选为1:5。本发明优选加入水后，继续搅拌20～40min，更优选为30min，使混合料液中水溶性杂质能够充分溶解。
混合料液加水搅拌完成后，本发明对混合料液与水的混合物进行固液分离，得到固体。在本发明中，所述固液分离的方式优选为过滤。本发明优选将过滤得到的滤饼水洗至中性，得到固体。
本发明将得到的固体依次进行烘干、研磨和煅烧处理，得到纯化的硅藻土。在本发明中，所述烘干的温度优选为70～90℃，更优选为80℃；所述研磨后固体的粒径优选为50～100μm，更优选为60～90μm，最优选为70～80μm，本发明对研磨的具体实施方式没有特别要求，采用本领域技术人员所熟知的方式即可。本发明通过研磨处理，有利于后续煅烧反应更加完全。研磨完成后，本发明将研磨得到的粉末进行煅烧处理，得到纯化的硅藻土。在本发明中，所述煅烧处理的温度优选为750～820℃，更优选为780～800℃，时间优选为50～70min，更优选为60min。本发明通过煅烧处理，改善硅藻土的孔洞开放状态，去除硅藻土中的有机杂质，提高硅藻土的纯度，有利于提高吸附剂的吸附效果。
得到纯化的硅藻土后，本发明将纯化的硅藻土和混合浆料混合，得到混合浆料。在本发明中，所述纯化的硅藻土和混合浆料中高岭土粉末的质量比优选为5～6:1～1.2，更优选为5.5:1。在本发明中，所述纯化的硅藻土和混合浆料的混合方式优选为先磁力搅拌混合再超声混合，所述磁力搅拌混合的时间优选为20～30min，所述超声混合的功率优选为400～600W，更优选为500W，时间优选为15～20min。本发明先将膨胀石墨的磷酸溶液、氢氧化铝粉末、椰壳活性炭粉末和高岭土粉末混合，然后再与纯化的硅藻土混合，有利于使纯化的硅藻土充分分散在吸附剂中，进而有利于提高吸附效果。
得到混合浆料后，本发明将所述混合浆料进行制粒处理，得到颗粒。本发明对制粒的具体方法没有特别要求，只要能够将混合浆料制成粒状物即可。在本发明的具体实施方式中，优选将混合浆料压制成饼状，然后将饼状混合浆料分割成细条，再将细条于制丸机中进行制粒。本发明采用上述方法制备得到的颗粒平均粒径优选为3～6mm，更优选为4～5mm。本发明优选将混合浆料先制备成颗粒状，再进行后续的煅烧和还原处理，有利于在后续煅烧和还原反应过程中，反应能够充分进行。
得到颗粒后，本发明将所述颗粒依次进行烘干、煅烧和还原处理，得到吸附剂。在本发明中，所述烘干的温度优选为50～70℃，更优选为60℃，时间优选为20～30h，更优选为24h。在本发明中，所述煅烧的温度优选为650～720℃，更优选为700℃，时间优选为1.6～2h，更优选为2h；所述煅烧优选在氮气保护下进行。本发明通过煅烧处理，有效提高了吸附剂的硬度，而且有利于去除吸附剂中的杂质，提高孔容积。
本发明对煅烧后的颗粒进行还原处理。在本发明中，所述还原处理的方法优选为：将煅烧后的颗粒浸泡在硼氢化钠溶液中，所述硼氢化钠的浓度优选为0.8～1.2mol/L，更优选为1mol/L；所述浸泡的时间优选为60～90min，更优选为70～80min。本发明通过还原处理，有利于除去吸附剂中膨胀石墨和活性炭组分所载带的含氧基团，降低吸附剂的极性，有利于对非极性的挥发性有机污染物进行吸附，提高吸附效果。
本发明提供了上述技术方案所述方法制备得到的吸附剂，所述吸附剂的组成成分包括纯化的硅藻土、膨胀石墨、椰壳活性炭、高岭土、磷酸铝和磷酸二氢铝。
本发明还提供了上述技术方案所述吸附剂在吸附挥发性有机污染物中的应用。
在本发明中，所述应用的方法优选包括：将吸附剂放入含有挥发性有机污染物的环境中，静置吸附即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
(1)硅藻土粉末的纯化预处理
为消除硅藻土的杂质、增大其比表面积，首先对硅藻土进行纯化预处理，过程如下：
a、首先依次将50g市售吉林长白硅藻土原土和100mL去离子水加入到烧杯中，并将烧杯置于磁力搅拌器上，搅拌烧杯内溶液配成硅藻土浆液，待硅藻土浆液搅拌均匀后向浆液中加入10mL质量百分浓度为98％的浓硫酸；
b、然后开启磁力搅拌器加热开关，将浆液温度升高至75℃，此温度下硅藻土浆液充分搅拌反应4h；随后关闭磁力搅拌器加热控制旋钮，使烧杯内硅藻土浆液温度自然冷却至室温，并将500mL去离子水加入到烧杯，并将硅藻土浆液再搅拌30min；
c、最后对烧杯内的硅藻土浆液进行过滤分离，并用去离子水将过滤截留的硅藻土粉末洗涤至中性，待硅藻土粉末洗净后置于烘箱中于80℃温度下烘干；待硅藻土粉末干燥后，将其用研钵研碎成细小粉末；之后将研碎的硅藻土粉末置于电炉中进行高温煅烧处理，电炉炉膛内的温度为800℃，此温度下硅藻土粉末煅烧处理时间为60min；煅烧处理结束后关闭电炉电源，使炉膛内温度自然冷却至室温，即实现了硅藻土的纯化预处理；
(2)膨胀石墨的磷酸溶液的配制
a、首先将平均长度为3mm的蠕虫丝状膨胀石墨在多功能粉碎机中粉碎20min，粉碎机功率为550W、转速为32000r/min，粉碎后膨胀石墨平均长度为0.1～0.2mm；之后称取1g粉碎处理后的膨胀石墨置于盛有30mL去离子水和30mL质量分数为85％的磷酸的烧杯中，搅拌使膨胀石墨、去离子水和磷酸混合均匀，配制膨胀石墨的磷酸溶液；
b、然后将盛有膨胀石墨的磷酸溶液的烧杯置于超声波清洗器中对其内的混合溶液进行超声处理，超声波清洗器内盛有温度为室温的去离子水，超声波清洗器的功率为500W、超声处理时间为60min，之后将烧杯从超声波清洗器中取出，即配制了膨胀石墨的磷酸溶液；
(3)制备吸附剂所用浆液的配置
①制备浆液所用的化学物料有：膨胀石墨的磷酸溶液、氢氧化铝粉末、椰壳活性炭粉末和高岭土粉末，椰壳活性炭粉末的平均粒径为0.5μm，上述物料有如下质量比例关系：膨胀石墨的磷酸溶液：氢氧化铝：椰壳活性炭：高岭土＝6:6:1:1；
②制备吸附剂所用浆液的配制过程
a、先将氢氧化铝粉末加入到盛有膨胀石墨的磷酸溶液的烧杯中，搅拌使氢氧化铝粉末在膨胀石墨的磷酸溶液中分散均匀；之后再将高岭土粉末分3次加入到混合溶液中，搅拌溶液使高岭土粉末在混合溶液中分散均匀；
b、然后将椰壳活性炭粉末分3次加入到混合溶液中，每次加入后皆需对溶液充分搅拌，以确保加入的椰壳活性炭粉末与混合溶液中的其他组分充分混合，
c、待椰壳活性炭粉末加入结束后，将盛有混合溶液的烧杯置于超声波清洗器中对其内的混合溶液进行超声处理，超声波清洗器内盛有温度为室温的去离子水，超声波清洗器的功率为500W、超声处理时间为90min，超声处理后即配制了制备吸附剂所用的浆液；
(4)用于吸附挥发性有机污染物的吸附剂的制备
a、将50g纯化处理后的硅藻土加入到制备吸附剂所用浆液中，首先磁力搅拌浆液20min，之后再将浆液室温超声分散处理15min使硅藻土粉末在浆液中分布均匀，超声波清洗器内盛有温度为室温的去离子水，超声波清洗器的功率为500W；
b、将混有硅藻土的浆液倾倒在洁净、光滑的玻璃板上，并用另外一小块玻璃板将其压制成泥饼，然后用小刀将泥饼分割成宽度为8mm的细条，之后将细条置于制丸机中制备平均粒径为4mm小球；
c、之后将制得的颗粒小球置于烘箱中在60℃下干燥处理24h，待小球干燥后将其置于型号为SK-G06123K的管式电炉中，在氮气保护氛围700℃温度下对其煅烧处理2h，氮气通过量为30mL/min；烧结处理结束后，停止通入氮气，并关闭管式电炉电源，使其炉膛温度自然冷却，待管式电炉炉膛温度降至室温后，将煅烧处理后的小球取出；
d、将5g煅烧处理后的颗粒小球置于浓度为1mol/L、体积为200mL的硼氢化钠溶液中，室温下对其进行还原处理，以有效消除小球中膨胀石墨和活性炭组分所载带的含氧基团，颗粒小球的还原处理时间为60min；
e、颗粒小球经硼氢化钠还原处理后，首先用去离子水将其清洗干净，然后置于烘箱中于80℃温度下烘干，即制得了一种用于吸附挥发性有机污染物的吸附剂。
图1是实施例1所制吸附剂的断面扫面电镜图，由图1可见，吸附剂内部表面粗糙、有疏松团聚体存在，其可以归因于膨胀石墨、椰壳活性炭粉末、硅藻土、氢氧化铝等组分的混入；这样确保了挥发性有机物吸附的活性点位多，其更适于挥发性有机物的内孔吸附；称取30g吸附剂材料，放入含有挥发性有机物甲苯的反应器中，容器中甲苯的浓度为70mg/m3，待吸附达到平衡后，测量吸附前后甲苯浓度变化，计算得该吸附剂的吸附容量为59mg/g。
实施例2
(1)硅藻土粉末的纯化预处理
为消除硅藻土的杂质、增大其比表面积，首先对硅藻土进行纯化预处理，过程如下：
a、首先依次将50g市售吉林长白硅藻土原土和100mL去离子水加入到烧杯中，并将烧杯置于磁力搅拌器上，搅拌烧杯内溶液配成硅藻土浆液，待硅藻土浆液搅拌均匀后向浆液中加入10mL质量百分浓度为98％的浓硫酸；
b、然后开启磁力搅拌器加热开关，将浆液温度升高至78℃，此温度下硅藻土浆液充分搅拌反应4h；随后关闭磁力搅拌器加热控制旋钮，使烧杯内硅藻土浆液温度自然冷却至室温，并将500mL去离子水加入到烧杯，并将硅藻土浆液再搅拌30min；
c、最后对烧杯内的硅藻土浆液进行过滤分离，并用去离子水将过滤截留的硅藻土粉末洗涤至中性，待硅藻土粉末洗净后置于烘箱中于80℃温度下烘干；待硅藻土粉末干燥后，将其用研钵研碎成细小粉末；之后将研碎的硅藻土粉末置于电炉中进行高温煅烧处理，电炉炉膛内的温度为800℃，此温度下硅藻土粉末煅烧处理时间为60min；煅烧处理结束后关闭电炉电源，使炉膛内温度自然冷却至室温，即实现了硅藻土的纯化预处理；
(2)膨胀石墨的磷酸溶液的配制
a、首先将平均长度为3mm的蠕虫丝状膨胀石墨在多功能粉碎机中粉碎25min，粉碎机功率为550W、转速为32000r/min，粉碎后膨胀石墨平均长度为0.1～0.2mm；之后称取1g粉碎处理后的膨胀石墨置于盛有25mL去离子水和25mL质量分数为85％的磷酸的烧杯中，搅拌使膨胀石墨、去离子水和磷酸混合均匀，配制膨胀石墨的磷酸溶液；
b、然后将盛有膨胀石墨的磷酸溶液的烧杯置于超声波清洗器中对其内的混合溶液进行超声处理，超声波清洗器内盛有温度为室温的去离子水，超声波清洗器的功率为500W、超声处理时间为75min，之后将烧杯从超声波清洗器中取出，即配制了膨胀石墨的磷酸溶液；
(3)制备吸附剂所用浆液的配制
①制备浆液所用的化学物料有：膨胀石墨的磷酸溶液、氢氧化铝粉末、椰壳活性炭粉末和高岭土粉末，椰壳活性炭粉末的平均粒径为0.5μm，上述物料有如下质量比例关系：膨胀石墨的磷酸溶液：氢氧化铝：椰壳活性炭：高岭土＝5:6:2:1；
②制备吸附剂所用浆液的配制过程
a、先将氢氧化铝粉末加入到盛有膨胀石墨的磷酸溶液的烧杯中，搅拌使氢氧化铝粉末在膨胀石墨的磷酸溶液中分散均匀；之后再将高岭土粉末分3次加入到混合溶液中，搅拌溶液使高岭土粉末在混合溶液中分散均匀；
b、然后将椰壳活性炭粉末分3次加入到混合溶液中，每次加入后皆需对溶液充分搅拌，以确保加入的椰壳活性炭粉末与混合溶液中的其他组分充分混合，
c、待椰壳活性炭粉末加入结束后，将盛有混合溶液的烧杯置于超声波清洗器中对其内的混合溶液进行超声处理，超声波清洗器内盛有温度为室温的去离子水，超声波清洗器的功率为500W、超声处理时间为100min，超声处理后即配制了制备吸附剂所用的浆液；
(4)用于吸附挥发性有机污染物的吸附剂的制备：
a、将50g纯化处理后的硅藻土加入到制备吸附剂所用浆液中，首先磁力搅拌浆液25min、之后再将浆液室温超声分散处理18min使硅藻土粉末在浆液中分布均匀，超声波清洗器内盛有温度为室温的去离子水，超声波清洗器的功率为500W；
b、将混有硅藻土的浆液倾倒在洁净、光滑的玻璃板上，并用另外一小块玻璃板将其压制成泥饼，然后用小刀将泥饼分割成宽度为8mm的细条，之后将细条置于制丸机中制备平均粒径为4mm小球；
c、之后将制得的颗粒小球置于烘箱中在60℃下干燥处理24h，待小球干燥后将其置于型号为SK-G06123K的管式电炉中，在氮气保护下、700℃温度下对其煅烧处理2h，氮气通过量为30mL/min；烧结处理结束后，停止通入氮气，并关闭管式电炉电源，使其炉膛温度自然冷却，待管式电炉炉膛温度降至室温后，将煅烧处理后的小球取出；
d、将5g煅烧处理后的颗粒小球置于浓度为1mol/L、体积为200mL的硼氢化钠溶液中，室温下对其进行还原处理，以有效消除小球中膨胀石墨和活性炭组分所载带的含氧基团，颗粒小球的还原处理时间为75min；
e、颗粒小球经硼氢化钠还原处理后，首先用去离子水将其清洗干净，然后置于烘箱中于80℃温度下烘干，即制得了一种用于吸附挥发性有机污染物的吸附剂。
图2是实施例2所得吸附剂的断面扫面电镜图，由图2可见，吸附剂内部粗糙、有疏松团聚体和孔级结构存在，与图1相比，图2中硅藻土的圆盘结构可较清晰地被观察到；这样便于挥发性有机物在吸附剂中的内孔扩散和内孔吸附过程进行，适宜吸附剂对挥发性有机物的吸附；称取30g吸附剂材料，放入含有挥发性有机物甲苯的反应器中，容器中甲苯的浓度为80mg/m3，待吸附达到平衡后，测量吸附前后甲苯浓度变化，计算得该吸附剂材料的吸附容量为65mg/g。
实施例3
(1)硅藻土粉末的纯化预处理
为消除硅藻土的杂质、增大其比表面积，首先对硅藻土进行纯化预处理，过程如下：
a、首先依次将60g市售吉林长白硅藻土原土和100mL去离子水加入到烧杯中，并将烧杯置于磁力搅拌器上，搅拌烧杯内溶液配成硅藻土浆液，待硅藻土浆液搅拌均匀后向浆液中加入10mL质量百分浓度为98％的浓硫酸；
b、然后开启磁力搅拌器加热开关，将浆液温度升高至80℃，此温度下硅藻土浆液充分搅拌反应4h；随后关闭磁力搅拌器加热控制旋钮，使烧杯内硅藻土浆液温度自然冷却至室温，并将500mL去离子水加入到烧杯，并将硅藻土浆液再搅拌30min；
c、最后对烧杯内的硅藻土浆液进行过滤分离，并用去离子水将过滤截留的硅藻土粉末洗涤至中性，待硅藻土粉末洗净后置于烘箱中于80℃温度下烘干；待硅藻土粉末干燥后，将其用研钵研碎成细小粉末；之后将研碎的硅藻土粉末置于电炉中进行高温煅烧处理，电炉炉膛内的温度为800℃，此温度下硅藻土粉末煅烧处理时间为60min；煅烧处理结束后关闭电炉电源，使炉膛内温度自然冷却至室温，即实现了硅藻土的纯化预处理；
(2)膨胀石墨的磷酸溶液的配制
a、首先将平均长度为3mm的蠕虫丝状膨胀石墨在多功能粉碎机中粉碎30min，粉碎机功率为550W、转速为32000r/min，粉碎后膨胀石墨平均长度为0.1～0.2mm；之后称取1g粉碎处理后的膨胀石墨置于盛有25mL去离子水和25mL质量分数为85％的磷酸的烧杯中，搅拌使膨胀石墨、去离子水和磷酸混合均匀，配制膨胀石墨的磷酸溶液；
b、然后将盛有膨胀石墨的磷酸溶液的烧杯置于超声波清洗器中对其内的混合溶液进行超声处理，超声波清洗器内盛有温度为室温的去离子水，超声波清洗器的功率为500W、超声处理时间为90min，之后将烧杯从超声波清洗器中取出，即配制了膨胀石墨的磷酸溶液；
(3)制备吸附剂所用浆液的配制：
①制备浆液所用的化学物料有：膨胀石墨的磷酸溶液、氢氧化铝粉末、椰壳活性炭粉末和高岭土粉末，椰壳活性炭粉末的平均粒径为0.5μm，上述物料有如下质量比例关系：膨胀石墨的磷酸溶液：氢氧化铝：椰壳活性炭：高岭土＝5:6:1:1；
②制备吸附剂所用浆液的配制过程
a、先将氢氧化铝粉末加入到盛有膨胀石墨的磷酸溶液的烧杯中，搅拌使氢氧化铝粉末在膨胀石墨的磷酸溶液中分散均匀；之后再将高岭土粉末分3次加入到混合溶液中，搅拌溶液使高岭土粉末在混合溶液中分散均匀；
b、然后将椰壳活性炭粉末分3次加入到混合溶液中，每次加入后皆需对溶液充分搅拌，以确保加入的椰壳活性炭粉末与混合溶液中的其他组分充分混合，
c、待椰壳活性炭粉末加入结束后，将盛有混合溶液的烧杯置于超声波清洗器中对其内的混合溶液进行超声处理，超声波清洗器内盛有温度为室温的去离子水，超声波清洗器的功率为500W、超声处理时间为120min，超声处理后即配制了制备吸附剂所用的浆液；
(4)用于吸附挥发性有机污染物的吸附剂的制备：
a、将60g纯化处理后的硅藻土加入到制备吸附剂所用浆液中，首先磁力搅拌浆液30min、之后再将浆液室温超声分散处理20min使硅藻土粉末在浆液中分布均匀，超声波清洗器内盛有温度为室温的去离子水，超声波清洗器的功率为500W；
b、将混有硅藻土的浆液倾倒在洁净、光滑的玻璃板上，并用另外一小块玻璃板将其压制成泥饼，然后用小刀将泥饼分割成宽度为8mm的细条，之后将细条置于制丸机中制备平均粒径为4mm小球；
c、之后将制得的颗粒小球置于烘箱中在60℃下干燥处理24h，待小球干燥后将其置于型号为SK-G06123K的管式电炉中，在氮气保护下、700℃温度下对其煅烧处理2h，氮气通过量为30mL/min；烧结处理结束后，停止通入氮气，并关闭管式电炉电源，使其炉膛温度自然冷却，待管式电炉炉膛温度降至室温后，将煅烧处理后的小球取出；
d、将5g煅烧处理后的颗粒小球置于浓度为1mol/L、体积为200mL的硼氢化钠溶液中，室温下对其进行还原处理，以有效消除小球中膨胀石墨和活性炭组分所载带的含氧基团，颗粒小球的还原处理时间为90min；
e、颗粒小球经硼氢化钠还原处理后，首先用去离子水将其清洗干净，然后置于烘箱中于80℃温度下烘干，即制得了一种用于吸附挥发性有机污染物的吸附剂。
图3是实施例3所得吸附剂的断面扫面电镜图，由图3可见，吸附剂形貌与实施例2所制材料基本相同，其内部粗糙、有疏松团聚体和孔级结构存在，与图2中相似，图3中硅藻土的圆盘结构也可被观察到；这样便于挥发性有机物在吸附剂中的内孔扩散和内孔吸附过程进行，适宜其对挥发性有机物的吸附处置；称取30g吸附剂材料，放入含有挥发性有机物甲苯的反应器中，容器中甲苯的浓度为90mg/m3，待吸附达到平衡后，测量吸附前后甲苯浓度变化，计算得该吸附剂材料的吸附容量为61mg/g。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将膨胀石墨的磷酸溶液、氢氧化铝粉末、椰壳活性炭粉末和高岭土粉末混合，得到混合浆液；
(2)将纯化的硅藻土和混合浆液混合，得到混合浆料；
(3)将所述步骤(2)得到的混合浆料进行制粒处理，得到颗粒；
(4)将所述步骤(3)得到的颗粒依次进行烘干、煅烧和还原处理，得到吸附剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中膨胀石墨的磷酸溶液、氢氧化铝粉末、椰壳活性炭粉末和高岭土粉末的质量比为5～6:5.5～6.5:1～2:1～1.2。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中纯化的硅藻土的制备方法包括以下步骤：
(a)将硅藻土、水和浓硫酸混合后，进行加热处理，得到混合浆料；
(b)将所述步骤(a)得到的混合浆料降至室温后，加水搅拌，然后进行固液分离，得到固体；
(c)将所述步骤(b)得到的固体依次进行烘干、研磨和煅烧处理，得到纯化的硅藻土。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(c)研磨后固体的粒径为50～100μm。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(c)煅烧处理的温度为750～820℃，时间为50～70min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中膨胀石墨的磷酸溶液中膨胀石墨的质量浓度为1.5％～2％；所述膨胀石墨的磷酸溶液中磷酸的质量分数为40％～45％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中煅烧的温度为650～720℃，时间为1.6～2h；所述煅烧在氮气保护下进行。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中还原处理的方法为：将煅烧后的颗粒浸泡在硼氢化钠溶液中，所述硼氢化钠的浓度为0.8～1.2mol/L；所述浸泡的时间为60～90min。
9.权利要求1～8任一项所述方法制备得到的吸附剂，其特征在于，所述吸附剂的组成成分包括纯化的硅藻土、膨胀石墨、椰壳活性炭、高岭土、磷酸铝和磷酸二氢铝。
10.权利要求9所述吸附剂在吸附挥发性有机污染物中的应用。
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