CN113975932A - 一种去除室内挥发性有机物的装置及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种去除室内挥发性有机物的装置及其运行方法，包括两种模式；吸附模式：吸附柱通过改性活性炭对空气中挥发性有机物进行吸附，当挥发性有机物测定仪测定到装置空气出口的甲苯浓度达到预定值且不再变化，测定吸附柱中的改性活性炭达到饱和；再生模式：在一根吸附柱中的改性活性炭达到饱和后，启动另一跟吸附柱进行吸附工作；通过蠕动泵将高锰酸钾水溶液排入饱和的吸附柱中，开始再生过程，在保证活性炭上吸附的有机物得到完全氧化后，开启蠕动泵，排空吸附柱中所有电解液；完成饱和吸附柱中的改性活性炭再生；重复上述步骤，实现多根吸附柱的交替净化再生；有效降低空气滤芯更换成本，保证空气净化的持续运行，保证空气净化效果。
Description
技术领域
本发明涉及空气净化技术领域，尤其涉及一种去除室内挥发性有机物的装置及其运行方法。
背景技术
随着涂料、墙纸、胶合板等装修建材的广泛使用，室内挥发性有机物污染逐渐成为房屋装修过程中广泛存在的问题之一。甲醛、苯、甲苯等物质的挥发性周期长达15年之久，其室内浓度随着通风状况、温度、湿度等环境条件改变而发生显著的波动。有报道称，室内甲醛污染与婴幼儿的白血病发病几率存在一定的关联性。因此，室内挥发性有机物的快速去除技术成为学术界和工业界的研发焦点。目前室内挥发性有机物的去除方法有光催化氧化、吸附法、热催化氧化等，其中光催化氧化法条件比较温和，但是存在反应速率慢、空气湿度影响大、催化剂对可见光吸收率低等问题。吸附法对挥发性有机物去除速率较快且反应条件温和，但是存在吸附剂易饱和等问题。热催化氧化反应条件要求较高，且催化剂的效率和产物矿化度还存在一定的问题。因此，开发新的室内挥发性有机物快速去除装置显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提出一种快速去除室内挥发性有机物，并且实现活性炭再生，降低装置净化成本的室内挥发性有机物净化装置。
为达到上述目的，本发明提出一种去除室内挥发性有机物的装置，包括至少两根轮流用于空气净化的吸附柱、蠕动泵、改性活性炭和高锰酸钾水溶液；
每一根所述吸附柱内均填充有所述改性活性炭，所述蠕动泵将所述高锰酸钾溶液排入所述吸附柱中以及将所述吸附柱中的电解液吸出。
进一步的，所述改性活性炭的制备方法如下：
步骤1：改性活性炭的制备：称取一定量的粒径为3-5mm的活性炭加入25ml的质量比0.1％KMnO4的水溶液中；
步骤2：在室温条件下均匀搅拌12h，搅拌过程中保持温度恒定；
步骤3：用去离子水清洗3-5次，在60℃条件下干燥8-10h，得到KMnO4改性活性炭。
进一步的，还包括挥发性有机物测定仪，所述挥发性有机物测定仪对所述装置空气出口的甲苯浓度进行测定。
本发明还提出一种去除室内挥发性有机物的装置的运行方法，包括吸附模式和再生模式；
所述吸附模式：一根所述吸附柱通过改性活性炭对空气中挥发性有机物进行吸附，当挥发性有机物测定仪测定到装置空气出口的甲苯浓度达到预定值且不再变化，测定所述吸附柱中的改性活性炭达到饱和；
所述再生模式：在一根吸附柱中的改性活性炭达到饱和后，启动另一跟吸附柱进行吸附工作；通过蠕动泵将高锰酸钾水溶液排入饱和的吸附柱中，开始再生过程，在保证活性炭上吸附的有机物得到完全氧化后，开启蠕动泵，排空吸附柱中所有电解液；完成饱和吸附柱中的改性活性炭再生；重复上述步骤，实现多根吸附柱的交替净化再生。
进一步的，在再生模式下，蠕动泵排空电解液后，若活性炭上有大量水分残留，通过电加热辅助，直至所述改性活性炭完全干燥。
与现有技术相比，本发明的优势之处在于：
1、本发明利用改性活性炭作为吸附剂，通过高锰酸钾实现吸附剂的再生，有效的降低了有机物净化成本，相比于市面上传统的空气净化器需要更换滤芯才能继续工作，成本得到大大降低。
2、本发明通过设置多根吸附柱交替工作，在活性炭吸附过程中，实现不间断的有机物吸附净化的步骤，保证空气净化效果，延长空气净化器的生命周期。
3、本发明的改性活性炭制备方法简单，适合工业化大规模生产，市场应用性广，电极和活性炭构成三维电极系统，可快速再生吸附饱和的活性炭，有效地提高该装置的实用性。
附图说明
图1为本发明所述装置的示意图；
图2为实施例1制备的改性活性炭对甲苯的吸附效果图；
图3为实施例2再生次数对活性炭吸附甲苯的影响图；
图4为三种活性炭的X射线衍射对照图；
图5为原始活性炭、新鲜KMnO4改性活性炭和吸附饱和KMnO4改性活性炭的红外光谱对比图；
图6为原始活性炭、新鲜KMnO4改性活性炭和吸附饱和KMnO4改性活性炭的XPS对比图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案作进一步地说明。
如图1所示，本发明提出一种去除室内挥发性有机物的装置，包括两根轮流用于空气净化的吸附柱(下文统称为A柱1和B柱2)、蠕动泵3、改性活性炭和高锰酸钾水溶液；每一根吸附柱内均填充有改性活性炭，蠕动泵3将高锰酸钾溶液排入吸附柱中，并且将吸附柱中的电解液吸出。
该装置将电化学、化学氧化和活性炭吸附等工艺有机结合起来，达到高效去除挥发性有机物的目的。其工作原理为：利用浸渍法制备高锰酸钾改性活性炭，并将其和电极组装于同一容器内。处于吸附模式时，气体通入，挥发性有机物被吸附于活性炭表面，并与高锰酸钾发生氧化还原反应。待达到穿透点后，切换至再生模式，此时泵入高锰酸钾电解液，浸没活性炭，并开启电解再生过程，至再生完全后，泵出所有电解液，并烘干活性炭。此外，装置A柱1和B柱2轮流处于工作和再生模式，可达到连续工作的目的。本发明的优点在于改性活性炭具备吸附和氧化有机物的双重属性，对挥发性有机物有着良好的去除效果。且本发明所述电极和活性炭构成三维电极系统，可快速再生吸附饱和的活性炭，有效地提高该装置的实用性。
本发明具体实施方式如下，但本发明的保护范围并不限于下列实施案例。
步骤1：改性活性炭的制备：称取一定量的粒径为3-5mm的活性炭加入25ml的0.1％(质量比)KMnO4的水溶液中。
步骤2：在室温(25±3℃)条件下均匀搅拌12h，搅拌过程中保持温度恒定。
步骤3：用去离子水清洗3～5次，在60℃条件下干燥8-10h，得到KMnO4改性活性炭。
步骤4：吸附试验：将一定量的改性活性炭加入测试柱，并以0.2L/min的速率通入120±10mg/m3的甲苯，以挥发性有机物测定仪持续测定出口中甲苯浓度，直至达到活性炭穿透点为止。
饱和活性炭的再生与测试：
步骤1：在活性炭吸附过程达到穿透点后，继续通入120±10mg/m3的甲苯气体，直至出口浓度不在变化位置，此时认为活性炭已经饱和。
步骤2：开启蠕动泵3，泵入高锰酸钾溶液，然后开始再生过程，持续3～5h，保证活性炭上吸附的有机物得到完全氧化。
步骤3：再次开启蠕动泵3，排空吸附柱中所有电解液。
步骤4：若活性炭上有大量水分残留，可以辅以电加热过程，直至活性炭达到完全干燥。
步骤5：以0.2L/min的速率通入120±10mg/m3的甲苯，以挥发性有机物测定仪持续测定出口中甲苯浓度，直至达到活性炭穿透点为止。
步骤6：重复实施步骤1-5，测试再生过程对活性炭吸附容量与性能的影响，评估本方法的实用性。
吸附剂的表征：
步骤1：新鲜改性活性炭的制备：称取一定量的粒径为3-5mm的活性炭加入25ml的0.1％(质量比)KMnO4的水溶液中。在室温(25±3℃)条件下均匀搅拌12h，搅拌过程中保持温度恒定。用去离子水清洗3～5次，在60℃条件下干燥8-10h，得到新鲜的KMnO4改性活性炭。
步骤2：吸附饱和活性炭制备：将一定量的改性活性炭加入测试柱，并以0.2L/min的速率通入120±10mg/m3的甲苯，以挥发性有机物测定仪持续测定出口中甲苯浓度，直至达到活性炭穿透点为止。在活性炭吸附过程达到穿透点后，继续通入120±10mg/m3的甲苯气体，直至出口浓度不在变化位置，此时认为活性炭已经饱和。
步骤3：表征测试：如图2至图6所示，采用X射线衍射、SEM、FT-IR、XPS等手段对未改性活性炭、改性活性炭及吸附饱和活性炭进行表征测试，对比其性能差异，并对其进行综合评估。实验结果表明，本发明中的活性炭为无定型活性炭，其晶型结构在吸附再生前后无显著变化。且经过几次再生后，成为活性炭表面负载了一定量的锰元素，其在活性炭表面分布较为均匀，多次再生不会对活性炭的吸附性能造成显著影响。红外光谱测试结果表明，在甲苯吸附饱和后，500cm-1处出现了非常显著了红外吸收峰，有效了验证了前述实验结果。而在进行再生后，此峰消失，表征方案所述再生过程可有效的氧化甲苯，达到再生吸附柱的目的。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种去除室内挥发性有机物的装置，其特征在于，包括至少两根轮流用于空气净化的吸附柱、蠕动泵、改性活性炭和高锰酸钾水溶液；
每一根所述吸附柱内均填充有所述改性活性炭，所述蠕动泵将所述高锰酸钾溶液排入所述吸附柱中，以及将所述吸附柱中的电解液吸出。
2.根据权利要求1所述的去除室内挥发性有机物的装置，其特征在于，所述改性活性炭的制备方法如下：
步骤1：改性活性炭的制备：称取一定量的粒径为3-5mm的活性炭加入25ml的质量比0.1％KMnO4的水溶液中；
步骤2：在室温条件下均匀搅拌12h，搅拌过程中保持温度恒定；
步骤3：用去离子水清洗3-5次，在60℃条件下干燥8-10h，得到KMnO4改性活性炭。
3.根据权利要求1所述的去除室内挥发性有机物的装置，其特征在于，还包括挥发性有机物测定仪，所述挥发性有机物测定仪对所述装置空气出口的甲苯浓度进行测定。
4.一种去除室内挥发性有机物的装置的运行方法，使用如权利要求1-3中任意一项所述的去除室内挥发性有机物的装置，其特征在于，包括吸附模式和再生模式；
所述吸附模式：一根所述吸附柱通过改性活性炭对空气中挥发性有机物进行吸附，当挥发性有机物测定仪测定到装置空气出口的甲苯浓度达到预定值且不再变化，测定所述吸附柱中的改性活性炭达到饱和；
所述再生模式：在一根吸附柱中的改性活性炭达到饱和后，启动另一跟吸附柱进行吸附工作；通过蠕动泵将高锰酸钾水溶液排入饱和的吸附柱中，开始再生过程，在保证活性炭上吸附的有机物得到完全氧化后，开启蠕动泵，排空吸附柱中所有电解液；完成饱和吸附柱中的改性活性炭再生；重复上述步骤，实现多根吸附柱的交替净化再生。
5.根据权利要求4所述的去除室内挥发性有机物的装置的运行方法，其特征在于，在再生模式下，蠕动泵排空电解液后，若活性炭上有大量水分残留，通过电加热辅助，直至所述改性活性炭完全干燥。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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