CN111013533A - 一种净化甲醛的改性活性炭及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种净化甲醛的改性活性炭及其制备方法，将一定量的氧化剂和亲核加成剂按一定的比例通过特定的工艺来改性活性炭，将氧化剂与甲醛发生的氧化还原反应、亲核加成剂与甲醛发生的加成反应与活性炭的物理吸附有机结合，使空气中的甲醛快速地吸附在活性炭上，并通过化学作用转化成对人体无害的物质，从而达到彻底净化甲醛的目的。本发明的改性活性炭净化材料的制备方法简单、易操作，实验测试结果表明，本发明制得的改性活性炭净化材料对甲醛气体具有吸附和化学转化作用，具有快速、高效和长效等净化特点。

Description

一种净化甲醛的改性活性炭及其制备方法
技术领域
本发明涉及改性活性炭生产技术领域，具体的说，是一种净化甲醛的改性活性炭及其制备方法。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高，新购住房以及旧房翻修的需求也就越来越旺盛，随之而来的便是装修装饰需求的不断提升。当室内装潢给人们带来居住条件提升的同时，由油漆、涂料、板材等装修装饰材料和家具等带来的室内空气污染的问题也随之而来。
普遍认为室内空气污染物的含量比室外要高出5～10倍，且能够检测到的室内空气污染物就高达500多种，其中有不少能够致癌、致畸。常见且危害较大的室内空气污染物主要有甲醛、甲苯、苯等，且甲醛因其污染范围广、影响时间长、且具有致癌性，是室内空气中常见和重要的污染物，占室内污染物比重也较高，被认为是室内空气的主要污染物之一。2017年，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单中，将甲醛放在Ⅰ类致癌物列表中。甲醛对于人体而言，主要会对皮肤粘膜造成刺激，当室内空气中的甲醛浓度高于一定浓度时，人体会感觉不适，且会引起眼睛红肿瘙痒、咽喉不适、喷嚏、气喘、皮炎等症状。为此，国家质监局、环保局卫生部于2003年实施的《室内空气质量标准(GB/T18883-2002)》中规定了室内空气的甲醛浓度不能大于0.10mg/m3。
随着国家对于环保的注重，人们的环保意识不断提升，对于自身健康的关注越来越高，同时对于室内环境的要求也越来越高，因此如何有效地治理室内空气中由于装潢、建材等缓慢释放出的甲醛等空气污染物就显得尤其重要，也就迫切需要寻找一种既安全可靠又具有明显净化能力的除甲醛材料。
目前去除甲醛的技术主要有物理吸附法、化学反应法以及光催化降解法等。物理吸附法因为其使用方便、成本较低而被广泛使用。在目前常用的吸附材料中，活性炭因其多孔性而具有极高的比表面积，表现出良好的对甲醛的吸附性。就像其它吸附材料一样，活性炭吸附处于吸附饱和状态时，就不再具有吸附净化能力，另外活性炭吸附一般都是物理吸附，吸附作用力较弱，在一定条件下(如空气中甲醛浓度较低时、气温升高时)就会出现被吸附甲醛的脱附过程，使吸附的甲醛重新释放到室内空气中，造成空气的二次污染。利用氧化剂，使气态的甲醛与氧化剂接触时，使甲醛分子发生氧化反应，从而达到化学降解甲醛的作用，而氧化剂常常伴随着腐蚀性、易燃性、污染性等问题，使其使用范围和场景明显受到限制。目前，市面上出现了一些用于去除甲醛的空气净化剂(净化液)产品，通过喷涂的方法，将净化剂喷涂在家具、墙壁等表面来去除甲醛，这些空气净化剂产品具有快速除甲醛的优点，但是由于其为消耗性产品，短期内具有明显的效果，但是针对甲醛缓慢释放的特性，其长效性较差，并且由于喷涂使用，对家具和人体可能存在潜在的危害。原理上，光催化能够氧化矿化污染物，但目前室内光照条件下光催化效率较低，同时光催化剂对家具也存在破坏作用。
为克服目前技术的缺陷，本发明开发出一种制备工艺简便，且将物理快速吸附与化学反应转化两种净化作用相结合，对甲醛具有快速、高效和长效的净化材料，从而有效解决室内空气主要污染物甲醛的净化问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种净化甲醛的改性活性炭及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种净化甲醛的改性活性炭，其包含载体和负载物，载体为活性炭，负载物由氧化剂和亲核加成剂组成；活性炭的比表面积为800～2000m2/g，优选地，活性炭的比表面积为1000～1500m2/g。
所述活性炭在形状上有颗粒炭、成型蜂窝炭、条状炭和粉末炭。
所述活性炭在种类上有木质炭、果壳炭、煤质炭、生物质炭，优选地，为颗粒果壳炭。
所述负载物的负载量为0.001～1克/克(活性炭)，优选地，负载物的负载量为0.005～0.3克/克(活性炭)。具体的细化为：
所述负载物的相对于活性炭的负载量为0.001～1克/克，优选地，负载量为0.005～0.3克/克。
所述的氧化剂有重铬酸钾、高铁酸钾、高锰酸钾、次氯酸钠、氯酸钠、过氧化氢、亚氯酸钠、二氧化氯、过碳酸钠、过硼酸钠中的一种或几种的组合物。
所述的亲核加成剂有肼、苯肼、2,4-二苯肼、羟胺、亚硫酸氢钠、2-咪唑烷酮、乙二胺、二亚乙基三胺、二乙胺、己二胺、乙二胺四乙酸二钠、尿素中的一种或几种的组合物。
氧化剂与亲核加成剂的质量比为0.001～10:1，优选地，氧化剂与亲核加成剂的质量比为0.005～1:1。
一种净化甲醛的改性活性炭的制备方法
(1)将活性炭在120～180℃烘干4～16小时，干燥器中冷却待用；
(2)配制质量浓度为0.01～5.00％的氧化剂溶液；
(3)配制质量浓度为0.1～10.0％的亲核加成剂溶液；
(4)将步骤(2)的氧化剂溶液与烘干后的活性炭通过等体积浸渍法充分混合，室温晾干24～48小时，真空烘干；
(5)将步骤(4)制得的氧化剂改性活性炭，再用(3)的亲核加成剂进行等体积浸渍改性，室温晾干24～72小时，真空烘干。
本发明所述的净化甲醛的改性活性炭可用于气体的净化，优选地，本发明所述的净化甲醛的改性活性炭用于室内空气净化领域，具体产品形式可以是活性炭包、活性炭网、活性炭盒等。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
本发明的有益效果为：本发明采用空气净化液(净化剂)活性成分中的氧化剂和亲核加成剂对活性炭进行改性，制备消除甲醛的净化材料，使其对甲醛具有将化学反应与快速吸附的协同净化作用，从而大幅度地提高对甲醛的净化效率，在达到对甲醛快速高效去除效果的同时，显著提高净化材料的长效性。本发明的净化材料首先利用活性炭较强的物理吸附能力，将空气中的甲醛分子快速地吸附在活性炭上，随后，被吸附在活性炭上的甲醛分子与活性炭上负载的氧化剂发生氧化还原反应，与亲核加成剂发生亲核加成反应，生成对人体无害的物质，达到对污染物的无害化转化和对活性炭的原位再生，从而实现了对甲醛的彻底、长效的净化效果。由于氧化剂和加成剂都是负载在活性炭表面，从而避免了液态空气净化液存在的安全性问题。
本发明的改性活性炭净化材料的制备方法简单、易操作，实验结果表明，以本发明得到的改性活性炭净化材料对甲醛气体具有快速捕捉吸附、氧化加成转化的净化作用，具有很好的长效性，能够满足在室内环境中的甲醛的长时间有效去除的要求，满足甲醛释放周期长的净化要求。
具体实施方式
以下提供本发明一种净化甲醛的改性活性炭及其制备方法的具体实施方式。
实施例1
本实施例1提供一种净化甲醛的改性活性炭及其制备方法，包括如下步骤：
(1)将椰壳颗粒活性炭在160℃烘干8小时，干燥器中冷却待用；
(2)配制质量浓度为0.5％的次氯酸钠溶液；
(3)配制质量浓度为2.0％的2-咪唑烷酮溶液；
(4)将步骤(2)的次氯酸钠溶液与烘干后的活性炭通过等体积浸渍法充分混合，室温晾干36小时，真空烘干；
(5)将步骤(4)制得的次氯酸钠改性活性炭，再用(3)的2-咪唑烷酮溶液进行等体积浸渍改性，室温晾干60小时，真空烘干。
实施例2
本实施例2提供一种净化甲醛的改性活性炭及其制备方法，包括如下步骤：
(1)将椰壳颗粒活性炭在150℃烘干10小时，干燥器中冷却待用；
(2)配制质量浓度为0.3％的氯酸钠溶液；
(3)配制质量浓度为1.5％的乙二胺溶液；
(4)将步骤(2)的氯酸钠溶液与烘干后的活性炭通过等体积浸渍法充分混合，室温晾干32小时，真空烘干；
(5)将步骤(4)制得的氯酸钠改性活性炭，再用③的乙二胺溶液进行等体积浸渍改性，室温晾干55小时，真空烘干。
实施例3
本实施例3提供一种净化甲醛的改性活性炭的制备方法，包括如下步骤：
(1)将椰壳颗粒活性炭在170℃烘干6小时，干燥器中冷却待用；
(2)配制质量浓度为1.0％的过氧化氢溶液；
(3)配制质量浓度为4.0％的二乙胺溶液；
(4)将步骤(2)的过氧化氢溶液与烘干后的活性炭通过等体积浸渍法充分混合，室温晾干42小时，真空烘干；
(5)将步骤(4)制得的过氧化氢改性活性炭，再用(3)的乙二胺溶液进行等体积浸渍改性，室温晾干55小时，真空烘干。
实施例4
本实施例4提供一种净化甲醛的改性活性炭及其制备方法，包括如下步骤：
(1)将椰壳颗粒活性炭在160℃烘干10小时，干燥器中冷却待用；
(2)配制质量浓度为0.8％的过碳酸钠溶液；
(3)配制质量浓度为4.2％的乙二胺四乙酸二钠溶液；
(4)将步骤(2)的过碳酸钠溶液与烘干后的活性炭通过等体积浸渍法充分混合，室温晾干40小时，真空烘干；
(5)将步骤(4)制得的过碳酸钠改性活性炭，再用③的乙二胺四乙酸二钠溶液进行等体积浸渍改性，室温晾干48小时，真空烘干。
实施例5
本实施例5提供一种净化甲醛的改性活性炭的制备方法，包括如下步骤：
(1)将椰壳颗粒活性炭在140℃烘干10小时，干燥器中冷却待用；
(2)配制质量浓度为1.1％的过硼酸钠溶液；
(3)配制质量浓度为2.5％的亚硫酸氢钠溶液；
(4)将步骤(2)的过硼酸钠溶液与烘干后的活性炭通过等体积浸渍法充分混合，室温晾干28小时，真空烘干；
(5)将步骤(4)制得的过硼酸钠改性活性炭，再用(3)的亚硫酸氢钠溶液进行等体积浸渍改性，室温晾干60小时，真空烘干。
实施例6
本实施例6提供一种净化甲醛的改性活性炭的制备方法，包括如下步骤：
(1)将椰壳颗粒活性炭在150℃烘干8小时，干燥器中冷却待用；
(2)配制质量浓度为0.6％的亚氯酸钠溶液；
(3)配制质量浓度为2.1％的己二胺溶液；
(4)将步骤(2)的亚氯酸钠溶液与烘干后的活性炭通过等体积浸渍法充分混合，室温晾干36小时，真空烘干；
(5)将步骤(4)制得的亚氯酸钠改性活性炭，再用(3)的己二胺溶液进行等体积浸渍改性，室温晾干62小时，真空烘干。
实施例7
本实施例7提供一种净化甲醛的改性活性炭的制备方法，包括如下步骤：
(1)将椰壳颗粒活性炭在140℃烘干12小时，干燥器中冷却待用；
(2)配制质量浓度为0.2％的次氯酸钠溶液；
(3)配制质量浓度为0.2％的过氧化氢溶液；
(4)配制质量浓度为3.0％的2-咪唑烷酮溶液；
(5)将步骤(2)的次氯酸钠溶液与步骤③的过氧化氢溶液按体积比1:1充分混合，形成次氯酸钠与过氧化氢氧化剂组合物混合液；
(6)将步骤(5)的次氯酸钠与过氧化氢氧化剂组合物混合液与烘干后的活性炭通过等体积浸渍法充分混合，室温晾干36小时，真空烘干；
(7)将步骤(6)制得的次氯酸钠与过氧化氢氧化剂组合物改性活性炭，再用(4)的2-咪唑烷酮溶液进行等体积浸渍改性，室温晾干46小时，真空烘干。
实施例8
本实施例8提供一种净化甲醛的改性活性炭的制备方法，包括如下步骤：
(1)将椰壳颗粒活性炭在150℃烘干12小时，干燥器中冷却待用；
(2)配制质量浓度为0.5％的过氧化氢溶液；
(3)配制质量浓度为1.0％的乙二胺溶液；
(4)配制质量浓度为1.0％的2-咪唑烷酮溶液；
(5)将步骤(3)的乙二胺溶液与步骤(4)的2-咪唑烷酮溶液按体积比1：1充分混合，形成乙二胺与2-咪唑烷酮亲核加成剂组合物混合液；
(6)将步骤(2)的过氧化氢溶液与烘干后的活性炭通过等体积浸渍法充分混合，室温晾干36小时，真空烘干；
(7)将步骤(6)制得的过氧化氢改性活性炭，再用(5)的乙二胺与2-咪唑烷酮亲核加成剂组合物混合液进行等体积浸渍改性，室温晾干54小时，真空烘干。
对比例1
本对比例1提供一种未改性活性炭及其制备方法，包括如下步骤：
(1)将椰壳颗粒活性炭在150℃烘干8小时，干燥器中冷却待用；
(2)将去离子水与烘干后的活性炭通过等体积浸渍法充分混合，室温晾干40小时，真空烘干。
对比例2
本对比例2提供一种改性活性炭及其制备方法，包括如下步骤：
(1)将椰壳颗粒活性炭在160℃烘干10小时，干燥器中冷却待用；
(2)配制质量浓度为0.5％的次氯酸钠溶液；
(3)将步骤(2)的次氯酸钠溶液与烘干后的活性炭通过等体积浸渍法充分混合，室温晾干46小时，真空烘干。
对比例3
本对比例3提供一种改性活性炭及其制备方法，包括如下步骤：
(1)将椰壳颗粒活性炭在150℃烘干10小时，干燥器中冷却待用；
(2)配制质量浓度为2.0％的2-咪唑烷酮溶液；
(3)将步骤(2)的2-咪唑烷酮溶液与烘干后的活性炭通过等体积浸渍法充分混合，室温晾干42小时，真空烘干。
对比例4
本对比例4提供一种改性活性炭及其制备方法，包括如下步骤：
(1)将椰壳颗粒活性炭在130℃烘干15小时，干燥器中冷却待用；
(2)配制质量浓度为0.5％的次氯酸钠溶液；
(3)配制质量浓度为1.8％的2-咪唑烷酮溶液；
(4)将步骤(2)的次氯酸钠溶液与步骤(3)的2-咪唑烷酮溶液按体积比1：1充分混合，形成混合液；
(5)将步骤(4)制得的混合液与烘干后的活性炭通过等体积浸渍法充分混合，室温晾干46小时，真空烘干。
对比例5
本对比例5提供一种改性活性炭及其制备方法，包括如下步骤：
(1)将椰壳颗粒活性炭在140℃烘干12小时，干燥器中冷却待用；
(2)配制质量浓度为1.8％的2-咪唑烷酮溶液；
(3)配制质量浓度为0.5％的次氯酸钠溶液；
(4)将步骤(2)的2-咪唑烷酮溶液与烘干后的活性炭通过等体积浸渍法充分混合，室温晾干34小时，真空烘干；
(5)将步骤(4)制得的2-咪唑烷酮亲核加成剂改性活性炭，再用③的次氯酸钠溶液进行等体积浸渍改性，室温晾干52小时，真空烘干。
甲醛净化率测试
测试条件：采用标准《QB/T 2761-2006室内空气净化产品净化效果测定方法》，在容积为1.5m3的试验舱内，将上述实施例和对比例20.0g颗粒活性炭及其改性产品平铺在不锈钢丝网制成样品盘中，再将样品盘放置在试验舱中的样品架上，注入20.0μL的37～40％分析纯甲醛溶液，按标准测定净化24小时对甲醛的净化率。
测试结果如表1所示。
表1 24小时除甲醛效果
样品名称 甲醛净化率(％)
烘干活性炭 33.52
对比例1的活性炭 32.68
对比例2的活性炭 53.70
对比例3的活性炭 60.56
对比例4的活性炭 42.16
对比例5的活性炭 62.16
实施例1的活性炭 97.75
实施例2的活性炭 96.70
实施例3的活性炭 97.64
实施例4的活性炭 96.44
实施例5的活性炭 95.14
实施例6的活性炭 96.80
实施例7的活性炭 95.43
实施例8的活性炭 95.39
本实施例通过分步浸渍的方法，先将氧化剂负载于活性炭上，真空干燥后，再负载亲核加成剂。从表1的结果可见，烘干处理的活性炭与等体积水浸渍处理的活性炭(对比例1)，对甲醛的净化效果没有显著差异；活性炭单独经氧化剂改性后(对比例2)和单独经加成剂改性后(对比例3)，对甲醛净化率有明显提高；从对比例4可知，将氧化剂与亲核加成剂溶液混合后作为活性炭改性的浸渍液，改性效果比单独使用氧化剂或亲核加成剂改性活性炭差很多；从对比例5可知，同样采用分步浸渍法改性活性炭，但与本发明的实施例不同的是，如果先用亲核加成剂改性再用氧化剂改性，效果也不好；与对比例1～5相比，本发明实施例1～8制备的改性活性炭显示优良的甲醛净化性能。表明采用本发明先负载氧化剂再负载亲核加成剂的特定工艺，能将氧化剂与甲醛发生的氧化还原反应、亲核加成剂与甲醛发生的加成反应与活性炭的物理吸附有机结合，极大提高了改性活性炭对甲醛的净化能力。
除甲醛长效性测试
测试条件：采用国家标准《JCT2188-2013室内空气净化吸附材料净化性能》，在试验舱内，分别放入上述实施例1～5、对比例2～5的改性活性炭颗粒20.0g，向试验舱和对比舱中分5次注入20.0μL的37～40％分析纯甲醛溶液(每天注入一次)，测定第5次注入甲醛后，24h后试验舱与对比舱中甲醛浓度的变化。
对甲醛净化长效性的测试结果如表2所示。
表2长效性除甲醛效果
Figure BDA0002310302420000121
Figure BDA0002310302420000131
从表2的结果可见，与对比例对照，本发明的实施例改性活性炭具有优异的长效除甲醛性能，能够满足在室内环境中用于甲醛的长时间有效去除的要求。表明负载的氧化剂和加成剂在化学转化甲醛的同时，能起到原位再生活性炭的作用。
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，在不脱离本发明构思的前提下，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内。

Claims (9)

1.一种净化甲醛的改性活性炭，其特征在于，其包含载体和负载物，载体为活性炭，负载物由氧化剂和亲核加成剂组成；活性炭的比表面积为800～2000m2/g。
2.如权利要求1所述的一种净化甲醛的改性活性炭，其特征在于，活性炭的比表面积为1000～1500 m2/g。
3.如权利要求1所述的一种净化甲醛的改性活性炭，其特征在于，所述活性炭在形状上有颗粒炭、成型蜂窝炭、条状炭和粉末炭。
4.如权利要求1所述的一种净化甲醛的改性活性炭，其特征在于，所述活性炭在种类上有木质炭、果壳炭、煤质炭、生物质炭中的一种，优选地，为颗粒果壳炭。
5.如权利要求1所述的一种净化甲醛的改性活性炭，其特征在于，所述负载物的相对于活性炭的负载量为0.001～1克/克，优选地，负载量为0.005～0.3克/克。
6.如权利要求1所述的一种净化甲醛的改性活性炭，其特征在于，所述的氧化剂有重铬酸钾、高铁酸钾、高锰酸钾、次氯酸钠、氯酸钠、过氧化氢、亚氯酸钠、二氧化氯、过碳酸钠、过硼酸钠中的一种或几种的组合物。
7.如权利要求1所述的一种净化甲醛的改性活性炭，其特征在于，所述的亲核加成剂有肼、苯肼、2,4-二苯肼、羟胺、亚硫酸氢钠、2-咪唑烷酮、乙二胺、二亚乙基三胺、二乙胺、己二胺、乙二胺四乙酸二钠、尿素中的一种或几种的组合物。
8.如权利要求1所述的一种净化甲醛的改性活性炭，其特征在于，氧化剂与亲核加成剂的质量比为0.001~10:1，优选地，氧化剂与亲核加成剂的质量比为0.005～1:1。
9.一种净化甲醛的改性活性炭的制备方法，其特征在于，其具体步骤为：
（1）将活性炭在120～180℃烘干4～16小时，干燥器中冷却待用；
（2）配制质量浓度为0.01～5.00 %的氧化剂溶液；
（3）配制质量浓度为0.1～10.0 %的亲核加成剂溶液；
（4）将步骤（2）的氧化剂溶液与烘干后的活性炭通过等体积浸渍法充分混合，室温晾干24～48小时，真空烘干；
（5）将步骤（4）制得的氧化剂改性活性炭，再用（3）的亲核加成剂进行等体积浸渍改性，室温晾干24～72小时，真空烘干。
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