CN1147354C - 处理含有挥发性有机化合物的气体介质的材料和方法 - Google Patents

处理含有挥发性有机化合物的气体介质的材料和方法

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Abstract

本发明涉及一种处理含挥发性有机化合物的气体介质的材料。根据本发明，这种材料是多孔的，并且具有吸附其净重20-30%的能力，还包含约47-52%重量的硅和碳的复合结构、12-20%重量的碳、5-7%重量的羟基和1-2%重量的氧。本发明可以应用于处理保存鲜活物品的气体。

Description

处理含有挥发性有机化合物的气体介质的材料和方法
技术领域
本发明涉及一种处理含有挥发性有机化合物、如乙烯的气体介质的材料，以及使用这种材料处理气体介质的方法。
本发明还涉及得到这种材料的方法和装置。
背景技术
这种有关的处理材料和方法特别用于处理保存鲜活物质的气体，特别是在冰箱或冷冻室中。
鲜活物质的成熟产生挥发性有机化合物、如乙烯，他们中的一些还产生成熟自催化剂。另外，这些化合物是坏的气味的来源，并且一般会产微生物和污染物，如细菌、霉菌和酵母菌，因此不利于很好地保存鲜活物质，因为会造成对保存有害的生物降解，因此对消费者的健康有害。
这些化合物非常轻，因此很容易通过通风或空调系统进行流通。
在已知的保存系统中，气体没有经过任何特殊的处理，并带有由此引起的各种卫生危险。
发明内容
本发明的目的是克服这些缺点，提出一种处理处理含有挥发性有机化合物的气体介质的材料和处理方法，利用这种材料可以从化学上把挥发性有机化合物转化成无害气体，这种材料的结构使这种处理方法特别有效。
因此，本发明涉及一种处理含有挥发性有机化合物的气体介质的材料，这种孔隙材料具有吸收其20-30％净重的能力，并且具有47-52％重量的硅和碳的复合结构，12-20％重量的碳，5-7％重量的羟基，和1-2％重量的氧。
最好，这种材料在相当于材料总体积三分之一的外围体积中包含75-85％的尺寸大约为10-50埃的孔隙体积，在剩余的中心部分中具有80-90％的空腔，其尺寸为200埃到2微米。
本发明所述材料的比面积最好为1200-2200m2/g。
该材料还有利地具有约20％重量的氧化铝和约5％重量的碘化物。
另外，这个材料的相对湿度有利地低于该材料净重的2％。
本发明还涉及一种含有挥发性有机化合物的气体介质的处理方法，这种方法在于把所述气体介质流带到一种本发明的孔隙材料上，使深入到材料的孔隙和空腔中的气流被吸附，然后在气流被吸收的过程中所述气流的挥发性有机化合物与材料之间产生化学反应，使挥发性有机化合物转化成无毒气体，特别是CO2和/或SO2。
本发明的孔隙材料有大量的孔隙和空腔，可以使气体流扩散到比面积很大的整个材料中，这样本发明的方法就更为有效。气体流穿过材料时，气流与材料之间的接触时间较长有利于气流的化学转化。
因此，本发明的处理方法保证气体流与材料之间的接触时间为0.08-0.12秒。
本发明还涉及获得本发明的处理气体介质的材料的装置和方法。
这种获得方法包括：
—制备一种粘土型的基本组分，具有约30％重量的粒度大于180微米的粘土和70％重量的粒度为10-20微米的粘土；
—用具有约10％体积的醋酸、5-10％体积的柠檬酸和15-20％体积的过氧化氢的水溶液浸泡这个基本组分，溶液的体积基本等于基本组分的体积；
—对所述溶液浸泡的基本组分进行预处理，根据确定的第一速度搅拌基本组分，以实现孔隙结构；
—在2-10巴的压力下，以低于第一速度的第二速度使一种酸性并具有强氧化能力的液体与预处理过的组分混合，使液体深入到预处理过的组分中，并形成一种凝胶，预处理组分的量占混合物总体积的42-48％，而液体的量占总混合体积的58-52％；
—将所述凝胶与一些补充制品进行搅拌，这些制品包括：一种具有强氧化还原能力的溶液，约占总体积的10％，一种碳和铝的混合物，约占总体积的12-15％，和硫酸钙，约占总体积的2％；
—通过对经过搅拌和线性输送的材料的超声波处理使混合物干燥；
—在8-10巴的压力下挤压干燥材料。
本发明的方法最好连续地进行。
最好，该方法还在于预处理时，在200-250℃的温度下加热用水溶液浸泡的基本组分。
另外，本发明的方法还在于，预处理时有利地发射单位功率为2000瓦、振幅为15-30微米的超声波。
加热和超声波处理有助于实现孔隙结构。
预处理时，该方法最好还包括以低于第一和第二速度的第三速度完成另一次搅拌，以扩大得到结构的空腔和孔隙。
本发明的方法还有利地包括过滤预浸泡的基本组分的预处理产生的液体。与预处理组分有关的液体最好具有约10％体积的强氧化溶液。
将预处理过的组分和该液体有利地进行混合，并在90-120℃的温度下加热。
将凝胶和补充制品有利地在70-80℃的温度下进一步进行搅拌。
为了使混合物干燥，超声波处理可以有利地在波长20-30厘米、体积功率3-5000瓦、振幅15-60微米和频率20MHz下进行。
另外，材料的干燥最好在120-150毫巴的低压和90-100℃的温度下进行。
最后，本发明的方法还有利地包括一个材料压制成型的最后阶段。
本发明还涉及实施本发明的获取方法的装置，该装置包括：
—一个浸泡器，包括一个以1200-1400转/分的速度旋转的第一搅拌器，以形成第一个混合物；
—一个第一反应器，包括一个以800-1000转/分的速度旋转的第二搅拌器，以便实现2-10巴压力下的搅拌，以便得到凝胶型的第二混合物；
—一个第二反应器，包括一个实现第三个混合物的搅拌器；
—一个保证所述第三个混合物线性输送的装置，和至少一个在所述第三个混合物的行程的至少一部分上发射3-5000瓦功率的超声波装置；
—一个高压挤压成型装置。
本发明的装置的浸泡器最好包括一个加热到200-250℃的加热装置和一个超声波发射装置。
与这个浸泡器有关的还有利地有一个浸泡器排出液体的过滤装置。
浸泡器最好包括另一个以500-800转/分旋转的搅拌器。
第一个反应器还有利地包括一个温度为90-120℃的加热装置。第二个反应器有利地包括一个温度为70-80℃的加热装置。
最后，第二反应器的线性输送装置有利地由双螺杆构成，它的旋转速度为5-150转/分。
最后，挤压成型装置最好包括一个螺距可变的螺杆，使来自第二反应器的材料承受8-10巴的压力。
附图说明
阅读下面的描述并参照本发明非限定实施例的附图可以更清楚地了解本发明的其它目的和特征，附图如下：
—图1为本发明的得到气体介质处理材料的装置的剖视示意图；
—图2是图1所示浸泡器的放大剖视图；
—图3是图1所示第一和第二反应器的放大图；
—图4是图1和图3所示第一反应器中压力和粘度的变化曲线图；
—图5是一块本发明的处理气体介质的材料的立体图；
—图6是沿图5中VI-VI线的剖面图。
具体实施方式
参照图1，本发明的得到处理一种气体介质的材料的装置一般包括一个可以用一种水溶液浸泡这种材料的基本组分并实现预处理以得到孔隙结构的浸泡器1、一个在其中产生物理-化学反应从预处理后的基本组分形成凝胶的第一反应器2，和可以使第一反应器得到的混合物干燥的第二反应器3，和使出自第二反应器的混合物挤压成型的装置。
图2示出浸泡器1，它由一个最好加热到200-250℃的外套101组成，可以通过管道102将要得到材料的基本组分10加入到外套101中。
还可以将一种液体19，例如通过注入喷嘴103，注入到外套101中。
这种基本组分为粘土型，具有约30％重量的粒度大于180微米的粘土和约70％重量的粒度为10-20微米的粘土。
液体19是一种水溶液，具有约10％体积的醋酸、5-10％体积的柠檬酸和15-20％体积的过氧化氢。
调节材料10和液体19的进入，使进入外套101中的水溶液体积和基本组分的体积基本相等。
装置1在外套101中包括第一搅拌器110，搅拌器包括通过一个马达-减速器113带动的叶片111和叶片112。叶片111和112的转速最好为1200-1400转/分。
搅拌器110搅拌基本组分10和水溶液19，钟形叶片111给混合物11很大的圆周速度。
因此，在外套101中，基本组分被水溶液化学敏感化，并且由于速度非常快，使它的分子组合在叶片111上具有机械应力。这有利于基本组分的金属原子的脱离。
外套101的加热以及装置104发出超声波的补充机械作用有利于这种脱离。
装置104发出超声波的单位功率最好为2000瓦，振幅为15-30微米，并且发射集中在叶片111的中间部分上。
因此，在外套101中，减掉金属原子的基本组分重组为孔隙度很高并具有大量空腔和孔隙的轻的整体，超声波处理有利于形成空腔和孔隙。叶片112可以最后完成第一混合物中形成的空腔和孔隙的分子重新排列，并扩大空腔和孔隙。
浸泡器1包括另一个外套120，其中设有被马达减速器122带动旋转的叶片121，转速为500-800转/分。叶片121保证混合物在管道123处圆周性地流出。
叶片121可以使混合物有一定的分散，特别是使分子组合的连接应力较小。这种结构放松导致孔隙和空腔扩大，并且有利于它们靠预浸泡过的材料中心的扩散而被浸润。
比混合物轻的液体在管道124、125、126、127处被回收。这些管道都通向排出管线128。
在排出管线128上设有一个过滤装置129，保证通过各向同性分离回收的金属原子的净化。
实际上，以粘土为基础的基本组分的原子组成中含有金属原子，主要有铁、铝、铬、锰、镍，需要将分子组合分开，对于这些分子组合，力求得到打开孔隙和空腔的巨大能力。
现在回到图1，从预浸泡器出来的混合物11通过管道123进入第一反应器2。
来自浸泡器1的排出管线128的液体12与管道220输送的强氧化溶液13一起进入第一反应器2。这种混合物产生的液体14通过管道221进入第一反应器2。
强氧化溶液13占进入第一反应器2的液体14总体积的10％。出自浸泡器1的液体12是一种酸性液体。
另外，在进入第一反应器2的材料中，混合物11占总体积的42-48％，而液体14占总体积的58-52％。
现在参照示出第一和第二反应器2、3的图3。
第一反应器2包括一个基本为柱形的外套201，它的上部被一个盖子202关闭。外套201最好包括温度为90-120℃的加热装置。
盖子202带有一个带动搅拌器210旋转的马达-减速器203。
外套201靠通过管道222到达的带压气体和设在马达203和盖子202之间的密封装置204带压。外套201中的压力最好为2-10巴。
搅拌器210包括一个钟形转子211，具有剪切作用的搅拌叶片212安装在钟形转子的上部，成型叶片213固定在下部。
转子211内设有一个外室230和一个内室231，两个室被一个钟形零件232分开。
一个排管233设在内室231内。排管233、钟形零件232和内、外室都同心。
进入外套201中的混合物11和液体14被马达203带动的叶片212和213充分混合。得到的混合物15逐渐形成凝胶状，凝胶的粘度在内室231中增加。
搅拌器210的速度为800-1000转/分。
然后内室中的混合物15穿过排管233上部的排口234流到排管233中。
这样，得到凝胶15通过重力输送到第二反应器3。
第一反应器的底部还包括一个排空装置234。
外室230的压力密封通过外室230和内室231之间的液面差产生的留存液面来调整，用E表示。
压力调节化学反应的时间，粘度代表材料从外室过渡到内室的传递特性。
现在参照图4，图中曲线5示意性地表示第一反应器中的压力变化，曲线6表示该反应器中的粘度变化。
从外室230到内室231出口的通过时间取决于时间间隔[t1，t3]，在内室231中通过的时间取决于时间间隔[t2，t3]。
对于内室中的通过时间，曲线5、6之间距离的积分用网状面积7表示。这个积分确定了与第一反应器有关的系统控制主要参数的指示器，并且保证压力密封、搅拌器210的速度、通过时间(t1，t3)和(t2，t3)，以及内室231出口处排入管道233前的粘度Vs的调节。
这种控制类型说明了第一反应器中连续作业的特征，以保证产出材料的质量。
现在还回到图3，以便描述第二反应器3。
第二反应器3包括一个槽301，第一反应器中形成的凝胶15的排管233通到槽中。
补充制品16通过一个进入环形302也进入到槽301的上部。补充制品16包括：一种具有强氧化还原能力的溶液，约占进入第二反应器3的总体积的10％，一种碳和铝的混合物，约占进入总体积的12-15％，和硫酸钙，约占进入第二反应器3的总体积的2％。
第二反应器在槽301内包括一个搅拌器310。
槽301最好是加热的，加热温度为70-80℃。
搅拌器310混合凝胶15和补充制品16，得到的混合物17被一个设在第二反应器3的槽301下部的双螺杆320带动。
这个向相反方向旋转的双螺杆被一个马达减速器321带动，一个变速器(未示)带动马达减速器，变速器可以根据混合物在反应器3中的高液面303和低液面304以5-150转/分的速度带动双螺杆320。
双螺杆320沿一个线性行程把混合物17从图3的左面向右面输送。
第二反应器3还包括Sonotrode型超声波发射装置305。装置305发射的体积功率为3-5000瓦，波长20-30厘米，振幅15-60微米，频率近20Mhz。
混合物17的温度为90-100℃。
进行超声波处理时，混合物17中的空腔和孔隙被微观结构中的扩散作用排干，这导致微观扩散作用得到的材料18重新被从预浸泡器1直到超声波发射装置305逐渐形成的浸润液重新浸润。
外套301内建立的120-150毫巴低压有利于排空。
这种低压可以通过容积式马达通风机306得到，通风机通过管子307、308吸入外套301内的气体，管子307和308的设置是为了加快抽吸气体的循环速度。
最后，本发明的装置包括一个挤压成型装置4。
装置4包括一个外套401，其中设有一个由马达减速器411带动旋转的螺杆410。
因此，从第二反应器3出来的材料18以可变的步长被挤压在螺杆410上，以达到8-10巴的压力。材料20从挤压成型装置4流出的流量为20千克/分钟。
装置4最好包括一个成型挤压模412，以便根据所使用的成型挤压模的类型以颗粒或片状的形式得到材料20。
在挤压成型装置4的出口得到的材料示意性地表示在图5、6中。
图5、6所示的材料是一种孔隙材料，具有约47-52％重量的硅和碳的复合结构，约12-20％重量的碳，约5-7％重量的羟基，和约1-2％重量的氧。
这种材料还可以具有约20％重量的氧化铝和约5％重量的碘化物。
如图6所示，这种材料在基本上相当于材料的总体积的三分之一的外围体积21中有75-85％的孔隙，孔隙尺寸为10-20埃，在剩余的中心体积23中，大约80-90％为空腔，尺寸为200埃到2微米。
这样，孔隙22通到中心体积的空腔24中，气流可以穿过形成流通通道的孔隙22深入到材料中，直至空腔24，气流可以在空腔24中形成涡流。
因此，材料20可以吸附沿孔隙22和空腔24流动的大量气流，然后吸收这些气体，并且把这些气流中的挥发性有机化合物进行化学转化。
总之，这些挥发性的有机化合物转化成无毒气体，如SO2和/或CO2。
特别是这种材料可以把气流中的乙烯转化成二氧化碳。已经实现的试验可以证明本发明的材料的效能。
本发明的孔隙材料的比面积越大，处理挥发性有机化合物的效率越高，该比面积尤其为1200-2200m2/g。
另外，孔隙材料内大量的孔隙和空腔造成气流穿过孔隙材料时气流和孔隙材料之间的接触时间比较长。接触时间可以为0.08-0.12秒。
最后，孔隙材料的相对湿度应低于材料净重的2％。
这种材料具有吸收其净重的20-30％的能力，并且特别适于处理乙烯、二氯乙烯、环氧乙烷、醛和胺类。它还可以中和气味，特别是放出硫化氢和有机硫的气味。
加在权利要求中技术特征后的参考标号的唯一目的是便于理解这些特征，而不是限制其范围。

Claims (28)

1.处理含挥发性有机化合物的气体介质的材料，这种孔隙材料具有吸收其净重20-30％的能力，并且包含47-52％重量的硅和碳的复合结构、12-20％重量的碳、5-7％重量的羟基和1-2％重量的氧。
2.根据权利要求1的材料，其特征是，它具有占材料总体积三分之一的外围体积(21)和75-85％的孔隙(22)，其尺寸为10-50埃，在剩余的中心体积(23)中有80-90％的空腔(24)，其尺寸为200埃到2微米。
3.根据权利要求1或2的材料，其特征是，其比面积为1200-2200m2/g。
4.根据权利要求1的材料，其特征是，它具有20％重量的氧化铝和5％重量的碘化物。
5.根据权利要求1的材料，其特征是，其相对湿度低于其净重的2％。
6.处理含有挥发性有机化合物的气体介质的方法，该方法在于把一股所述气体介质的气流引到一种权利要求1-5之一的材料上，以便对这种深入到材料(20)的孔隙(22)和空腔(24)中的气流产生吸附作用，然后吸收所述气流，吸收的过程中所述气流的挥发性有机化合物与材料之间产生化学反应，把挥发性有机化合物转变成无毒气体。
7.根据权利要求6的方法，其特征是，所述无毒气体是CO2或SO2。
8.根据权利要求6的方法，其特征是，气流与材料的接触时间为0.08-0.12秒。
9.获得权利要求1-5之一的孔隙材料的方法，包括：
—制备粘土型的基本组分(10)，其中30％的重量为粒度大于180微米的粘土，70％的重量为粒度在10-20微米之间的粘土；
—用水溶液(19)浸泡基本组分(10)，水溶液(10)具有10％体积的醋酸、5-10％体积的柠檬酸、15-20％体积的过氧化氢，溶液(19)的体积与基本组分(10)的体积基本相等；
—对所述溶液(19)浸泡的基本组分(10)进行预处理，根据确定的第一速度，为1200-1400转/分，搅拌基本组分，以实现孔隙结构；
—在2-10巴的压力下以低于第一速度的第二速度，为800-1000转/分，将预处理过的组分(11)与一种酸性并具有强氧化能力的液体(14)混合，使液体(14)深入到预处理过的组分(11)中，并形成一种凝胶(15)，预处理组分(11)的量占混合总体积的42-48％，而液体(14)的量占混合总体积的58-52％；
—将所述凝胶(15)与一些补充制品(16)进行搅拌，这些制品包括：一种具有强氧化还原能力的溶液，占总体积的10％，一种碳和铝的混合物，占总体积的12-15％，以及硫酸钙，占总体积的2％；
—通过对经过搅拌和线性输送的材料的超声波处理使混合物干燥；
—在8-10巴的压力下给干燥材料加压。
10.连续实施的根据权利要求9的方法。
11.根据权利要求9的方法，它还包括预处理时加热用水溶液(19)浸泡的基本组分(10)，加热温度为200-250℃。
12.根据权利要求9的方法，其特征是，预处理时发射功率为2000瓦、振幅为15-30微米的超声波。
13.根据权利要求9的方法，其特征是，预处理时以低于第二速度的第三速度，为500-800转/分，进行另一次搅拌，以扩大得到的结构的孔隙和空腔。
14.根据权利要求9的方法，其特征是，它还包括过滤预浸泡过的基本组分(10)的预处理得到的液体(12)。
15.根据权利要求9的方法，其特征是，与预处理过的组分(11)有关的酸性液体具有10％体积的强氧化溶液。
16.根据权利要求9的方法，其特征是，预处理组分(11)和液体(14)混合，同时加热到90-120℃。
17.根据权利要求9的方法，其特征是，凝胶(15)与补充制品(16)的搅拌在70-80℃的温度下进行。
18.根据权利要求9的方法，其特征是，干燥混合物(17)的超声波处理在波长20-30厘米、功率3-5000瓦、振幅15-60微米、和频率20Mhz的条件下进行。
19.根据权利要求9的方法，其特征是，材料(18)的干燥在120-150毫巴的低压和90-100℃的温度下进行。
20.根据权利要求9的方法，其特征是，它包括一个将材料(18)挤压成型的最后阶段。
21.实施权利要求9-20之一的方法的装置，它包括：
—一个浸泡器(1)，包括一个以1200-1400转/分的速度旋转的第一搅拌器(110)，以形成第一混合物(11)；
—一个第一反应器(2)，包括一个以800-1000转/分的速度旋转的第二搅拌器(210)，实现2-10巴压力下的搅拌，以便得到凝胶型的第二混合物(15)；
—第二反应器(3)，包括一个实现第三混合物(17)的搅拌器(310)；
—一个保证所述第三混合物(17)线性输送的装置(320，321)，和至少一个超声波装置(305)，该装置在所述第三混合物(17)的行程的至少一部分上发射3-5000瓦功率；
—一个高压挤压成型装置(4)。
22.根据权利要求21的装置，其特征是，浸泡器(1)包括一个温度为200-250℃的加热装置(101)和一个超声波发射装置(104)。
23.根据权利要求21或22的装置，其特征是，一个浸泡器排出液体的过滤装置(129)与浸泡器(1)连接。
24.根据权利要求21的装置，其特征是，浸泡器(1)包括另一个搅拌器(121)，旋转速度为500-800转/分。
25.根据权利要求21的装置，其特征是，第一反应器(2)包括一个温度为90-120℃的加热装置(201)。
26.根据权利要求21的装置，其特征是，第二反应器(3)包括一个温度为70-80℃的加热装置(301)。
27.根据权利要求21的装置，其特征是，第二反应器(3)的线性传输装置由一个旋转速度为5-150转/分的双螺杆(320)构成。
28.根据权利要求21的装置，其特征是，挤压成型装置(4)包括一个螺距可变的螺杆，使第二反应器出来的材料(18)承受8-10巴的压力。
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