CN110559993A - 去除空气中较高浓度甲醛的活性炭纤维滤网的改性方法及其产品和应用 - Google Patents

去除空气中较高浓度甲醛的活性炭纤维滤网的改性方法及其产品和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种去除空气中较高浓度甲醛的活性炭纤维滤网的改性方法及其产品和应用，包括活性炭纤维滤网预处理、活性炭纤维滤网臭氧表面强氧化处理、干燥处理、过硫酸铵改性处理、干燥处理，将得到的活性炭纤维滤网铺平，于烘箱110℃干燥24h，得到所需产物。本发明的制备工艺简单，制备的改性活性炭纤维滤网在甲醛浓度15mg/m3时去除率达到100%，而且可以维持较长时间。

Description

去除空气中较高浓度甲醛的活性炭纤维滤网的改性方法及其 产品和应用
技术领域
本发明涉及一种活性炭纤维滤网改性方法，具体涉及一种去除空气中较高浓度甲醛的活性炭纤维滤网的改性方法及其产品和应用。
背景技术
甲醛（HCHO）是一种常见的室内、车内空气污染物，对人体健康的影响主要表现在嗅觉异常、刺激、过敏、肺功能异常、肝功能异常等方面，国家职业安全和健康组织已经公布甲醛可能对人有致癌作用，因此受到人们越来越广泛的关注。
在特定场所，譬如生物行业细胞房的消毒处理需要用到高浓度的甲醛溶液熏蒸，消毒后的场所由于空间密闭，仅仅依靠通风排放到室外会往往会引起二次污染，仅仅依靠甲醛自然环境分解则需要很长时间，影响细胞房使用。针对这种甲醛局部浓度较高的场所，治理紧迫性高、难度大。其治理技术和方法主要有反应吸收法、光催化氧化法、臭氧氧化法、燃烧法和吸附法等方法。反应吸收法设备较大不适合车内、室内使用；光催化法需要额外光源，容易造成光污染；臭氧法虽然有一定效果，但是臭氧味道大而且对人体有伤害；燃烧法对设备要求很高，不适合家用；吸附法尤其是颗粒活性炭为基体的吸附法因其吸附效率高，成本低廉，原料易得而受到业界广泛关注，但是由于颗粒活性炭空隙结构大量分布在碳粒表面，因此往往造成吸附饱和后容易脱附造成二次污染。
活性炭纤维滤网是以有机聚合物或沥青为原料生产的，灰份低，其主要元素是碳，碳原子在活性炭纤维中以类石墨微晶的乱层堆叠形式存在，三维空间有序性较差，经活化后生成的孔隙中，90%以上为微孔，因此活性炭纤维提供了大量内表面积，具有甲醛吸附快，而且不易脱附造成二次污染的特点。活性炭纤维滤网虽然有甲醛吸附功能，但由于主要是物理吸附，其吸附能力仍然有限，因此一般需要进行改性处理。现有的改性处理方法，如双氧水表面改性、强酸强碱表面改性、高温表面改性等虽然一定程度上提高了甲醛处理效率，但其使用寿命还不够长，使用成本还比较高。
本发明结合了活性炭纤维滤网的表面氧化处理和化学改性技术，采用纳米晶簇化学吸附形式大幅度提高活性炭纤维滤网快速去除甲醛的性能，并且不易脱附造成二次污染。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明目的是提供一种去除空气中较高浓度甲醛的活性炭纤维滤网的改性方法。
本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的除空气中较高浓度甲醛的活性炭纤维滤网产品。
本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。
本发明目的通过下述方案实现：一种去除空气中较高浓度甲醛的活性炭纤维滤网的改性方法，采用臭氧和过硫酸铵处理活性炭纤维滤网，作为甲醛吸附剂，包括如下步骤：
步骤1活性炭纤维滤网预处理：活性炭纤维滤网置于烘箱200℃热处理4-8h；
步骤2活性炭纤维滤网臭氧表面强氧化处理：10ml步骤1预处理的活性炭纤维滤网浸泡在50ml的水中，以500ml/min流速通入100mg/L的臭氧处理0.5h；
步骤3干燥处理：将步骤2得到的活性炭纤维滤网铺平，于烘箱110℃干燥12h；
步骤4过硫酸铵改性处理：将步骤3得到的活性炭纤维滤网用0.05-0.1mol/L的过硫酸铵溶液于60℃等体积浸渍改性处理12-24h；
步骤5干燥处理：将步骤4得到的活性炭纤维滤网铺平，于烘箱110℃干燥24h。
本发明提供一种去除空气中较高浓度甲醛的活性炭纤维滤网，根据上述所述方法制备得到。
本发明提供一种活性炭纤维滤网在常温高效去除空气中较高浓度甲醛的应用。
所有改性活性炭纤维滤网的甲醛去除率评价在如下固定床微反应器中进行：石英材质，内径8mm，长250mm。
评价方法如下：一路空气流经三聚甲醛扩散管并经过裂解炉高温裂解以产生甲醛气体，然后该甲醛气体进入混气罐；另一路空气作为稀释气体同时进入混气罐，混气罐出来的混合气体流经上述固定床微反应器。所述的混合气体中O2含量为～21%，甲醛含量为～15mg/m3，其余为N2。气体流量400ml/min。催化材料的用量为0.2ml，空速为120000h-1。固定床微反应器温度为： 25℃±2℃。
通过上述步骤，本发明通过对活性炭纤维滤网的臭氧表面氧化处理和过硫酸铵改性处理双重作用，甲醛气体进入处理后的活性炭纤维滤网，首先进入活性炭纤维中丰富的毛细孔道中，进而被过硫酸铵纳米晶簇牢固的化学键吸附捕集，不断去除空气中的甲醛，而且无二次反应物生成，也不易脱附造成二次污染。
本发明的有益效果是：
（1）原料来源广泛，工艺简单，易于工业化生产。
（2）本发明除甲醛机理为选择性纳米晶簇化学吸附甲醛，安全稳定。
（3）采用本发明的制备工艺制备的改性活性炭纤维滤网，在甲醛浓度高达15mg/m3，空速高达120000h-1下，去除率也能达到100%。
（4）该改性活性炭甲醛单位吸附量提高明显，穿透时间较长。
具体实施方式
以下通过实施例进一步描述本发明，但本发明不仅仅局限于以下实施例。
所有改性活性炭纤维滤网的甲醛去除率评价在如下固定床微反应器中进行：石英材质，内径8mm，长250mm。
评价方法如下：一路空气流经三聚甲醛扩散管并经过裂解炉高温裂解以产生甲醛气体，然后该甲醛气体进入混气罐；另一路空气作为稀释气体同时进入混气罐，混气罐出来的混合气体流经上述固定床微反应器。所述的混合气体中O2含量为～21%，甲醛含量为～15mg/m3，其余为N2。气体流量400ml/min。催化材料的用量为0.2ml，空速为120000h-1。固定床微反应器温度为： 25℃±2℃。
比较例1
将未经臭氧氧化处理和过硫酸铵溶液改性处理的活性炭纤维滤网经过前述评装置进行评价。
比较例2
将10ml活性炭纤维滤网置于烘箱200℃热处理5h；将其加入装有50ml去离子水的臭氧氧化装置中，控制流速为500ml/min，通入100mg/L的臭氧处理0.5h；臭氧处理后活性炭纤维滤网铺平，于烘箱110℃干燥12h；干燥后的活性炭纤维滤网用0.03mol/L的过硫酸铵溶液于60℃等体积浸渍改性处理12h；浸渍改性处理后的活性炭纤维滤网铺平，于烘箱110℃干燥24h。将此活性炭纤维滤网经过前述评装置进行评价。
实施例1
一种去除空气中较高浓度甲醛的活性炭纤维滤网，采用臭氧和过硫酸铵处理活性炭纤维滤网作为甲醛吸附剂，按如下步骤制备：
步骤1活性炭纤维滤网预处理：将10ml活性炭纤维滤网置于烘箱200℃热处理4h；
步骤2活性炭纤维滤网臭氧表面强氧化处理：将其加入装有50ml去离子水的臭氧氧化装置中，控制流速为500ml/min，通入100mg/L的臭氧处理0.5h；
步骤3干燥处理：将步骤2臭氧处理后活性炭纤维滤网铺平，于烘箱110℃干燥12h；
步骤4过硫酸铵改性处理：将步骤3干燥后的活性炭纤维滤网用0.05mol/L的过硫酸铵溶液于60℃等体积浸渍改性处理24h；
步骤5干燥处理：将步骤4浸渍改性处理后的活性炭纤维滤网铺平，于烘箱110℃干燥24h。将此活性炭纤维滤网经过前述评装置进行评价。
实施例2
一种去除空气中较高浓度甲醛的活性炭纤维滤网，按如下步骤制备：
步骤1活性炭纤维滤网预处理：将10ml活性炭纤维滤网置于烘箱200℃热处理5h；
步骤2活性炭纤维滤网臭氧表面强氧化处理：将步骤1预处理的活性炭纤维滤网加入装有50ml去离子水的臭氧氧化装置中，控制流速为500ml/min，通入100mg/L的臭氧处理0.5h；
步骤3干燥处理：将步骤2臭氧处理后活性炭纤维滤网铺平，于烘箱110℃干燥12h；
步骤4过硫酸铵改性处理：将步骤3干燥后的活性炭纤维滤网用0.08mol/L的过硫酸铵溶液于60℃等体积浸渍改性处理24h；步骤5干燥处理：将步骤4浸渍改性处理后的活性炭纤维滤网铺平，于烘箱110℃干燥24h。将此活性炭纤维滤网经过前述评装置进行评价。
实施例3
一种去除空气中较高浓度甲醛的活性炭纤维滤网，按如下步骤制备：
步骤1活性炭纤维滤网预处理：将10ml活性炭纤维滤网置于烘箱200℃热处理8h；
步骤2活性炭纤维滤网臭氧表面强氧化处理：将步骤1预处理的活性炭纤维滤网加入装有50ml去离子水的臭氧氧化装置中，控制流速为500ml/min，通入100mg/L的臭氧处理0.5h；
步骤3干燥处理：将步骤2臭氧处理后活性炭纤维滤网铺平，于烘箱110℃干燥12h；
步骤4过硫酸铵改性处理：将步骤3干燥后的活性炭纤维滤网用0.10mol/L的过硫酸铵溶液于60℃等体积浸渍改性处理12h；
步骤5干燥处理：将步骤4浸渍改性处理后的活性炭纤维滤网铺平，于烘箱110℃干燥24h。将此活性炭纤维滤网经过前述评装置进行评价。
上述比较例和实施例关键制备条件及评价结果列表1：
备注：*此处穿透时间是指入口甲醛浓度为15mg/m3，当出口甲醛浓度大于0.1 mg/m3时的时间。
以上实施例的描述是便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种去除空气中较高浓度甲醛的活性炭纤维滤网的改性方法，其特征在于采用臭氧和过硫酸铵处理活性炭纤维滤网，作为甲醛吸附剂，包括如下步骤：
步骤1活性炭纤维滤网预处理：活性炭纤维滤网置于烘箱200℃热处理4-8h；
步骤2活性炭纤维滤网臭氧表面强氧化处理：10ml步骤1预处理的活性炭纤维滤网浸泡在50ml的水中，以500ml/min流速通入100mg/L的臭氧处理0.5h；
步骤3干燥处理：将步骤2得到的活性炭纤维滤网铺平，于烘箱110℃干燥12h；
步骤4过硫酸铵改性处理：将步骤3得到的活性炭纤维滤网用0.05-0.1mol/L的过硫酸铵溶液于60℃等体积浸渍改性处理12-24h；
步骤5干燥处理：将步骤4得到的活性炭纤维滤网铺平，于烘箱110℃干燥24h。
2.一种去除空气中较高浓度甲醛的活性炭纤维滤网，其特征在于根据权利要求1所述方法制备得到。
3.一种根据权利要求2所述的活性炭纤维滤网在常温高效去除空气中较高浓度甲醛的应用。
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