CN111229163B - 粉尘吸附剂及其制备方法和粉尘吸附过滤装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种粉尘吸附剂及其制备方法和粉尘吸附过滤装置，该制备方法为：1)将硅酸钠溶液、酸液、活性炭、纳米稀土氧化物进行混合以得到凝胶；2)将凝胶置于酸液中进行浸泡，接着水洗，然后置于碱性溶液中进行浸泡得到中间体；3)将中间体进行热处理以得到粉尘吸附剂；其中，硅酸钠溶液中氧化钠的含量为5.15‑5.20重量％，步骤1)中酸液中酸的含量为15‑25重量％，步骤2)中酸液中酸的含量为2‑2.5重量％。该粉尘吸附剂和粉尘吸附过滤装置对PM2.5具有优异的吸附效果，同时该制备方法具有工序简单和操作简便的优点。

Description

粉尘吸附剂及其制备方法和粉尘吸附过滤装置
技术领域
本发明涉及粉尘吸附，具体地，涉及一种粉尘吸附剂及其制备方法和粉尘吸附过滤装置。
背景技术
粉尘可以根据许多特征进行分类，在大气污染控制中，根据大气中粉尘微粒的大小可分为：飘尘：系指大气中粒径小于10μm的固体微粒，它能较长期地在大气中漂浮，有时也称为浮游粉尘。也被称为可吸入颗粒物，英文缩写为PM10。降尘：系指大气中粒径大于10μm的固体微粒，在重力作用下，它可在较短的时间内沉降到地面。总悬浮微粒：系指大气中粒径小于100μm的所有固体微粒。也被称为总悬浮颗粒物，英文缩写为TSP。可入肺颗粒物：指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物(PM2.5)。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。
公开号CN107983013A的专利文献公开了一种用于粉尘吸附的过滤布：从外到内依次包括保护棉层、竹炭纤维层、熔喷纤维层、导电纤维层、PPS超细纤维层以及PTFE基布层，在竹炭纤维层内含有纳米晶体纤维素和粘附剂，且采用了熔喷纤维层以及超细纤维层，大大增强了粉尘吸附能力，提高了除尘效果。虽然该过滤布对于PM10具有优异的吸附效果，但是针对PM2.5的吸附效果并不明显。
发明内容
本发明的目的是提供一种粉尘吸附剂及其制备方法和粉尘吸附过滤装置，该粉尘吸附剂和粉尘吸附过滤装置对PM2.5具有优异的吸附效果，同时该制备方法具有工序简单和操作简便的优点。
为了实现上述目的，本发明提供了一种粉尘吸附剂的制备方法，该制备方法为：
1)将硅酸钠溶液、酸液、活性炭、纳米稀土氧化物进行混合以得到凝胶；
2)将凝胶置于酸液中进行浸泡，接着水洗，然后置于碱性溶液中进行浸泡得到中间体；
3)将中间体进行热处理以得到粉尘吸附剂；
其中，硅酸钠溶液中氧化钠的含量为5.15-5.20重量％，步骤1)中酸液中酸的含量为15-25重量％，步骤2)中酸液中酸的含量为2-2.5重量％。
本发明还提供了一种粉尘吸附剂，该粉尘吸附剂通过上述的制备方法制备而得。
本发明进一步提供了一种粉尘吸附过滤装置，该粉尘吸附过滤装置包括框架，框架的表面敷设有无纺布，无纺布内填充有如上述的粉尘吸附剂。
通过上述技术方案，本发明通过在硅胶中添加活性炭、纳米稀土氧化物，同时通过酸液和碱液的浸泡、热处理使得制得的改性硅胶具有独特的三维空间空穴，从而对可入肺颗粒物的灰尘具有优异的吸附效果；其中，酸液浸泡能够改善凝胶的稳定性，碱性溶液浸泡能够进一步地扩大三维空穴的孔径；热处理能够加速三维空穴之间的连通。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种粉尘吸附剂的制备方法，该制备方法为：
1)将硅酸钠溶液、酸液、活性炭、纳米稀土氧化物进行混合以得到凝胶；
2)将凝胶置于酸液中进行浸泡，接着水洗，然后置于碱性溶液中进行浸泡得到中间体；
3)将中间体进行热处理以得到粉尘吸附剂；
其中，硅酸钠溶液中氧化钠的含量为5.15-5.20重量％，步骤1)中酸液中酸的含量为15-25重量％，步骤2)中酸液中酸的含量为2-2.5重量％。
在上述制备方法的步骤1)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的粉尘吸附剂的吸附效果，优选地，在步骤1)中，硅酸钠溶液、酸液、活性炭、纳米稀土氧化物的重量比为10：15-18：1-3：0.5-0.9。
在上述制备方法中，酸液的种类可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的粉尘吸附剂的吸附效果，优选地，酸液选自稀硫酸溶液、盐酸溶液、磷酸溶液中的至少一者。
在上述制备方法中，纳米稀土氧化物的种类可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的粉尘吸附剂的吸附效果，优选地，纳米稀土氧化物选自纳米氧化氧化镨、纳米氧化镧、纳米氧化镨中的至少一者。
在上述制备方法中，浸泡的时间可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的粉尘吸附剂的吸附效果，优选地，在步骤2)中，酸液浸泡的时间为4-7h；和/或，碱性溶液的浸泡时间为1-3h。
在上述制备方法中，碱性溶液的种类以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的粉尘吸附剂的吸附效果，优选地，在步骤2)中，碱性溶液为0.15-0.2重量％的氨水或0.08-0.10重量％的硫酸钠溶液。
在上述制备方法中，热处理的条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的粉尘吸附剂的吸附效果，优选地，步骤3)中，热处理满足以下条件：温度为520-540℃，和/或，时间为15-25min。
本发明还提供了一种粉尘吸附剂，该粉尘吸附剂通过上述的制备方法制备而得。
本发明进一步提供了一种粉尘吸附过滤装置，该粉尘吸附过滤装置包括框架，框架的表面敷设有无纺布，无纺布内填充有如上述的粉尘吸附剂。
在上述粉尘吸附过滤装置中，粉尘吸附剂的用量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高制得的粉尘吸附剂的吸附效果，优选地，粉尘吸附剂的厚度为1-2cm。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。酸液为稀硫酸溶液。
实施例1
1)将硅酸钠溶液(含5.18重量％的氧化钠)、20重量％的酸液、活性炭、纳米氧化氧化镨按照10：16：2：0.7的重量比进行混合以得到凝胶；
2)将凝胶置于2.3重量％的酸液中进行浸泡5h，接着水洗，然后置于0.18重量％的氨水中进行浸泡2h得到中间体；
3)将中间体于530℃下热处理20min以得到粉尘吸附剂。
实施例2
1)将硅酸钠溶液(含5.15重量％的氧化钠)、15重量％的酸液、活性炭、纳米氧化镧按照10：15：1：0.5的重量比进行混合以得到凝胶；
2)将凝胶置于2-2.5重量％的酸液中进行浸泡4h，接着水洗，然后置于0.09重量％的硫酸钠溶液中进行浸泡1h得到中间体；
3)将中间体于520℃下热处理25min以得到粉尘吸附剂。
实施例3
1)将硅酸钠溶液(含5.20重量％的氧化钠)、25重量％的酸液、活性炭、纳米氧化镨按照10：18：3：0.9的重量比进行混合以得到凝胶；
2)将凝胶置于2.5重量％的酸液中进行浸泡7h，接着水洗，然后置于0.10重量％的硫酸钠溶液中进行浸泡3h得到中间体；
3)将中间体于540℃下热处理15min以得到粉尘吸附剂。
应用例1
将上述粉尘吸附剂填充至表面敷设有无纺布的框体中，粉尘吸附剂的厚度为2cm，然后将工厂废气通过该框体进行吸附，然后通过重量法检测吸附前后PM2.5的浓度，具体结构见表1。
表1
Figure BDA0002382254900000051
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种粉尘吸附剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：
1)将硅酸钠溶液、酸液、活性炭、纳米稀土氧化物进行混合以得到凝胶；
2)将凝胶置于酸液中进行浸泡，接着水洗，然后置于碱性溶液中进行浸泡得到中间体；
3)将中间体进行热处理以得到粉尘吸附剂；
其中，硅酸钠溶液中氧化钠的含量为5.15-5.20重量％，步骤1)中酸液中酸的含量为15-25重量％，步骤2)中酸液中酸的含量为2-2.5重量％。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤1)中，硅酸钠溶液、酸液、活性炭、纳米稀土氧化物的重量比为10：15-18：1-3：0.5-0.9。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤1)或步骤2)中所述酸液选自稀硫酸溶液、盐酸溶液、磷酸溶液中的至少一者。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，纳米稀土氧化物选自纳米氧化镧、纳米氧化镨中的至少一者。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤2)中，酸液浸泡的时间为4-7h；和/或，
碱性溶液的浸泡时间为1-3h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤2)中，碱性溶液为0.15-0.2重量％的氨水或0.08-0.10重量％的硫酸钠溶液。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤3)中，热处理满足以下条件：温度为520-540℃，和/或，时间为15-25min。
8.一种粉尘吸附剂，其特征在于，所述粉尘吸附剂通过权利要求1-7中任意一项所述的制备方法制备而得。
9.一种粉尘吸附过滤装置，其特征在于，该粉尘吸附过滤装置包括框架，框架的表面敷设有无纺布，无纺布内填充有权利要求8中所述的粉尘吸附剂。
10.根据权利要求9所述的粉尘吸附过滤装置，其中，粉尘吸附剂的厚度为1-2cm。
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