CN113145094A - 一种用于溶液中的voc清除材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于溶液中的VOC清除材料及其制备方法，该方法包括：S1、按1：4‑6.5的比例将钛酸丁酯缓慢加入无水乙醇中；S2、再加入浓硫酸，得到溶液A；S3、按1：3‑7.5的比例将TEOS加入无水乙醇中，搅拌得到溶液B；S4、将溶液B加入溶液A中，搅拌2‑2.5h后加入水继续搅拌4‑4.5h，然后于高温反应；S5、将S4中得到的混合物烘烤，获得二氧化钛和二氧化硅混合物；S6、向混合物中加入镁粉后煅烧；S7、将混合物在HCl溶液中超声震荡，过滤后将所得粉末烘烤，获得催化粉末；S8、在催化粉末中加入表面活性剂，再加入水后充分混合。本发明的制备方法可制得光催化利用率极高的水溶液VOC清除材料，可以适应于水溶液状态下对VOC的清除。
Description
技术领域
本发明涉及VOC处理技术领域，尤其是涉及一种用于溶液中的VOC清除材料及其制备方法。
背景技术
VOC对环境危害严重，催化分解降解VOC是解决环境和能源问题的关键手段之一。在众多的光催化材料中，多以多孔固体材料负载TiO2为主，然而，固体材料成本高，且更换难度大，而普通TiO2受光限制因素大，特别是可见光的催化利用率极低，严重限制了催化效果。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于溶液中的VOC清除材料及其制备方法，该方法可制得光催化利用率极高的水溶液VOC清除材料，可以适应于水溶液状态下对VOC的清除。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于溶液中的VOC清除材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、按1：4-6.5的比例将钛酸丁酯缓慢加入无水乙醇中，搅拌；
S2、向S1的溶液中缓慢加入浓硫酸，继续搅拌后得到溶液A，其中，浓硫酸的添加量为钛酸丁酯用量的8-11％；
S3、按1：3-7.5的比例将TEOS加入无水乙醇中，搅拌得到溶液B；
S4、将溶液B缓慢加入溶液A中，搅拌2-2.5h后加入水继续搅拌4-4.5h，然后于180-220℃条件下高温反应4-5h
S5、将S4中得到的混合物清洗4-6次，再400-500℃烘烤18-24h，获得二氧化钛和二氧化硅混合物；
S6、向二氧化钛和二氧化硅混合物中加入镁粉混合，并置于保护气体环境中煅烧；
S7、将S6中得到的混合物在0.5-0.6mol/L的HCl溶液中超声震荡6-8h，过滤后将所得粉末进行烘烤，获得催化粉末；
S8、在所述催化粉末中加入表面活性剂混合，再加入水后充分混合，得到具有VOC清除效果的水溶液。
进一步地，S1中，将钛酸丁酯加入无水乙醇中，搅拌速率为500-600r/min，时间为1-2h。
进一步地，S2中，向S1的溶液中缓慢加入浓硫酸，继续搅拌20-30min 后得到溶液A。
进一步地，S3中，搅拌速率为500-600r/min，搅拌时间为2-2.5h。
进一步地，S4中，将加水后的混合溶液先于80-90℃条件下预烘干24-30h，之后再于180-220℃条件下进行高温反应。
进一步地，S5中，将S4中得到的混合物先用无水乙醇清洗2-3次，再用去离子水清洗2-3次。
进一步地，S6中，将混合物置于高温氩气环境下煅烧：温度为700-900℃，煅烧时间为4-8h；其中，镁粉的加入量为钛酸丁酯用量的50-75％。
进一步地，S7中，将过滤后所得的粉末在60-100℃条件下烘烤8-12h，获得黑色催化粉末。
进一步地，S8中，所述表面活性剂包括曲拉通、十二烷基磺酸钠中的至少一种；其中，所述表面活性剂的添加量为钛酸丁酯用量的30-50％。
本发明还提供一种由上述的制备方法制备得到的用于溶液中的VOC清除材料。
本发明的一种用于溶液中的VOC清除材料及其制备方法，其有益效果在于，该VOC清除材料克服了传统的固体材料成本高、更换难度大，且受光限制因素大，导致催化效果不佳的技术缺陷，通过该制备方法得到VOC清除材料催化利用率高，可以适应于水溶液状态下对VOC进行清除，有效提高了VOC的清除效果。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的一种优选的实施方式中，该VOC清除材料的制备过程如下：
(1)将40-50g钛酸丁酯缓慢加入200g-250g无水乙醇溶液中，机械搅拌500-600r/min，1-2h。
(2)缓慢加入4-4.5g浓硫酸(滴加)，继续搅拌30min，得到溶液A。
(3)另取容器加入TEOS20-30g，加入无水乙醇100-150g，500-600r/min 条件搅拌30min，得到溶液B。
(4)将溶液B缓慢加入溶液A中，搅拌500-600r/min继续搅拌2h；
(5)加入3-4g水，继续搅拌4h；然后将所得溶液在80-90℃条件下进行预烘干，烘干时间为24-30h；之后再180-220℃条件下高温反应4h。
(6)取出混合物，用无水乙醇清洗2-3次；去离子水清洗2-3次；
(7)置于马弗炉内400℃烘烤18-24h，获得二氧化钛和二氧化硅混合物。
(8)采用25-30g镁粉，与上述二氧化钛和二氧化硅混合物混合，放置高温Ar气环境下煅烧：温度为700-900℃，煅烧时间为4-8h。
(9)将混合物在0.5-0.6mol/L HCl溶液中，超声震荡6-8h，震荡过程确保容器敞开透风。
(10)过滤，将所得粉末在60-100℃条件下烘烤8-12h，获得黑色催化粉末。
(11)将黑色催化粉末与曲拉通、十二烷基磺酸钠等的混合物15-20g进行充分混合后，加入至4-5L水中，充分混合后，形成具有VOC清除效果的水溶液。
以下，根据具体的实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例的VOC清除材料的制备过程如下：
(1)将40g钛酸丁酯缓慢加入200g无水乙醇溶液中，机械搅拌500r/min， 1h。
(2)缓慢加入4g浓硫酸(滴加)，继续搅拌30min，得到溶液A。
(3)另取容器加入TEOS20g，加入无水乙醇100g，500r/min条件搅拌 30min，得到溶液B。
(4)将溶液B缓慢加入溶液A中，搅拌500r/min继续搅拌2h；
(5)加入3g水，继续搅拌4h；然后将所得溶液在80℃条件下进行预烘干，烘干时间为24h；之后再180℃条件下高温反应4h。
(6)取出混合物，用无水乙醇清洗2次；去离子水清洗2次；
(7)置于马弗炉内400℃烘烤18h，获得二氧化钛和二氧化硅混合物。
(8)采用25g镁粉，与上述二氧化钛和二氧化硅混合物混合，放置高温 Ar气环境下煅烧：温度为700℃，煅烧时间为4h。
(9)将混合物在0.5mol/L HCl溶液中，超声震荡6h，震荡过程确保容器敞开透风。
(10)过滤，将所得粉末在60℃条件下烘烤8h，获得黑色催化粉末。
(11)将黑色催化粉末与曲拉通、十二烷基磺酸钠等的混合物15g进行充分混合后，加入至4L水中，充分混合后，形成具有VOC清除效果的水溶液。
性能测试案例一：餐饮油烟VOC(非甲烷总烃)的案例说明
将本发明的一种用于溶液中的VOC清除材料用于餐饮油烟VOC的清除中。将餐饮油烟在线监测设备安装在使用油烟湿式水净化设备的油烟排放管道中。安装一台在线监测设备用于监测没有放入溶液类型的VOC清除材料的湿式水净化设备系统中，监测油烟排放出的VOC(非甲烷总烃)含量和浓度数值，然后在同一个餐饮厨房中安装另一台湿式水净化设备，加入溶液类型的VOC清除材料在油烟湿式水净化设备中，同时在油烟烟道排口处安装一台在线监测设备进行监测油烟排放出的VOC(非甲烷总烃)含量和浓度数值，湿式水净化设备中加入溶液类型的VOC清除材料，在线监测设备进行监测VOC含量和浓度的变化，周期为12个月。
1-12个月的餐饮油烟排放的VOC含量的测试证明，湿式水净化油烟净化设备中加入溶液类型的VOC清除材料可以长期稳定的将餐饮油烟中的VOC(非甲烷总烃)有效去除。去除溶液类型的VOC清除材料在湿式水净化油烟设备每套处理2000风量的设定情况下，可以长效的保持3-6个月以上去除效果。在没有加入溶液类型的VOC清除材料的湿式水净化油烟设备和加入溶液类型的VOC 清除材料湿式水净化油烟设备的使用周期三个月、六个月、十二个月单个阶段同时分别采取了手工采样法将烟道内的VOC污染物进行了加测数据的分析，得出的检测结论与餐饮油烟实时在线监测的数据基本一致。
手工检测法以及实时在线监测的试验结论确定了最长3-6个月更换即可保证溶液类型的VOC清除材料处理稳定性，在没有加入溶液类型的VOC清除材料的湿式水净化设备系统中的VOC(非甲烷总烃)去除率为10％。湿式水净化设备系统在加入溶液类型的VOC清除材料后，使用周期内可保证VOC(非甲烷总烃)去除率为95％以上。溶液类型的VOC清除材料的更换周期可根据工况的使用情况定期更换即可。在任何工况下的餐饮油烟排放情况下，都可以做到稳定的去除效果。餐饮油烟VOC排放为长期排放的生活面源污染排放，全新的溶液类型的VOC清除材料可实现高效率、成本低、低能耗以及长效去除VOC(非甲烷总烃)的去除目的，实现餐饮油烟VOC的创新治理新技术。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种用于溶液中的VOC清除材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、按1：4-6.5的比例将钛酸丁酯缓慢加入无水乙醇中，搅拌；
S2、向S1的溶液中缓慢加入浓硫酸，继续搅拌后得到溶液A，其中，浓硫酸的添加量为钛酸丁酯用量的8-11％；
S3、按1：3-7.5的比例将TEOS加入无水乙醇中，搅拌得到溶液B；
S4、将溶液B缓慢加入溶液A中，搅拌2-2.5h后加入水继续搅拌4-4.5h，然后于180-220℃条件下高温反应4-5h；
S5、将S4中得到的混合物清洗4-6次，再400-500℃烘烤18-24h，获得二氧化钛和二氧化硅混合物；
S6、向二氧化钛和二氧化硅混合物中加入镁粉混合，并置于保护气体环境中煅烧；
S7、将S6中得到的混合物在0.5-0.6mol/L的HCl溶液中超声震荡6-8h，过滤后将所得粉末进行烘烤，获得催化粉末；
S8、在所述催化粉末中加入表面活性剂混合，再加入水后充分混合，得到具有VOC清除效果的水溶液。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S1中，将钛酸丁酯加入无水乙醇中，搅拌速率为500-600r/min，时间为1-2h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S2中，向S1的溶液中缓慢加入浓硫酸，继续搅拌20-30min后得到溶液A。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S3中，搅拌速率为500-600r/min，搅拌时间为2-2.5h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S4中，将加水后的混合溶液先于80-90℃条件下预烘干24-30h，之后再于180-220℃条件下进行高温反应。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S5中，将S4中得到的混合物先用无水乙醇清洗2-3次，再用去离子水清洗2-3次。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S6中，将混合物置于高温氩气环境下煅烧：温度为700-900℃，煅烧时间为4-8h；其中，镁粉的加入量为钛酸丁酯用量的50-75％。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S7中，将过滤后所得的粉末在60-100℃条件下烘烤8-12h，获得黑色催化粉末。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S8中，所述表面活性剂包括曲拉通、十二烷基磺酸钠中的至少一种；其中，所述表面活性剂的添加量为钛酸丁酯用量的30-50％。
10.一种由权利要求1至9任一项所述的制备方法制备得到的用于溶液中的VOC清除材料。
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