CN116672901B - 一种用于含酸废气的纳米过滤材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于过滤分离材料技术领域，涉及一种用于含酸废气的纳米过滤材料及其制备方法。该纳米过滤材料的制备方法包括：聚丙烯中空纤维膜进行表面涂覆钛离子溶液改性后干燥，然后浸入功能涂液中至少12h，乙醇清洗后真空干燥；所述钛离子溶液包括乙醇、钛酸丁酯、乙酸和水；所述功能涂液包括四针状氧化锌、硅溶胶和2‑甲基咪唑锌盐。该纳米过滤材料适用于分离工厂产生的氯化氢、硫氧化物和氮氧化物等含酸废气，具有高稳定性、高渗透通量和耐污能力高等特性，同时制备工艺简单，成本低。
Description
技术领域
本发明属于过滤分离材料技术领域，涉及一种用于含酸废气的纳米过滤材料及其制备方法。
背景技术
含酸废气是指在工业生产中所产生的酸性气体，通常这类酸性气体包括醋酸废气、硫化氢废气以及二氧化硫废气等各类废气。酸性气体如果不能及时处理排空后就会形成酸雨，造成严重的自然灾害。酸性气体由于只有酸性，因此可以被碱性液体所吸收。目前现有技术中一般都是利用酸性气体的这一特性进行处理。
CN113274750B提供了一种电子级硫酸制备装置及其制备方法，在该技术方案中，其设置了吸收处理塔，吸收处理塔内设有碱性溶液，用于吸收中和精馏塔中产生的酸性废气；过滤器内设有微孔滤膜，可将高纯度硫酸中的微细固体颗粒杂质滤除。采用碱性液体吸收含酸废气，所形成的喷淋液由于不符合废水排放标准，所以需要进一步对喷淋液进行处理，但由于喷淋液为超高含盐废水，处理难度极大。
一般条件下液体的黏度较大，若直接使用液态流动的液体分离混合气体中的目标气体，难以获得较大的气体传质速率。膜分离技术具有分离效率高、除杂效果好、耗能低、操作简单等一系列优点而受到广泛关注。支撑液膜是一种典型的促进传递膜，具有选择分离效率高、透过组分通量大、膜液用量少、萃取和反萃取在同一过程中完成、易于实现中试且资金投入少等优点。因此，将无机颗粒、离子液体和聚合物应用于支撑液膜中成为现在研究的热点，但目前还没有将多孔膜、碱性离子液体和功能溶液综合后的分离技术应用于酸性气体处理的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于含酸废气的纳米过滤材料及其制备方法，实现含酸废气的过滤和分离。
基于上述目的，本申请通过提供一种用于含酸废气的纳米过滤材料及其制备方法来解决该领域中的这种需要。该含酸废气的纳米过滤材料作为一种选择性半透膜，具有高稳定性、高渗透通量和耐污能力高等特性，适用于分离工厂产生的氯化氢、硫氧化物和氮氧化物等含酸废气。
一方面，本发明涉及一种纳米过滤材料的制备方法，其包括：聚丙烯中空纤维膜进行表面涂覆钛离子溶液改性后干燥，然后浸入功能涂液中至少12h，乙醇清洗后真空干燥；所述钛离子溶液包括乙醇、钛酸丁酯、氯铂酸、乙酸和水；所述功能涂液包括四针状氧化锌、硅溶胶和2-甲基咪唑锌盐。
进一步地，本发明提供的制备方法中，所述钛离子溶液的制备方法为：每65~75mL乙醇配合5~10mL钛酸丁酯、2~4mL氯铂酸、5~7mL乙酸和5~10mL水于30~50℃下分批加入搅拌2~4h。具体分批加入的方法为，先将大部分乙醇、钛酸丁酯、氯铂酸、乙酸加入到烧杯中，搅拌1~2h，然后加入剩余乙醇和水，缓慢搅拌1~2h。在该步骤中，钛酸丁酯会发生水解反应，生成Ti（OH）4和丁醇。同时在氯铂酸的存在下，通过对聚丙烯中空纤维膜进行表面涂覆和干燥，使得聚丙烯中空纤维膜表面覆有纳米TiO2和纳米Pt；其为含酸废气的处理提供了功能基础。
进一步地，本发明提供的制备方法中，所述干燥的条件为50~80℃。
进一步地，本发明提供的制备方法中，以质量比计，所述功能涂液中，四针状氧化锌、硅溶胶和2-甲基咪唑锌盐的配比为30~45:40~60:0.1~0.4。四针状氧化锌的独特结构在含酸废气分离过程中起着重要作用，由于锥形的拉普拉斯压力梯度，功能涂液捕获的含酸废气将移动到四针状氧化锌的底部，并在离开尖端后开始新的捕获和定向收集循环。
进一步地，本发明提供的制备方法中，所述真空干燥的条件为温度为30~60℃，真空度为100~133Pa，干燥12~36h。
另一方面，本发明涉及上述制备方法制得的用于含酸废气的纳米过滤材料。
另一方面本发明涉及上述的用于含酸废气的纳米过滤材料在含酸废气处理中的应用。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果或者优点：
（1）本发明采用多孔膜、碱性离子液体和功能溶液综合后制成支撑液膜的纳米过滤材料，作为含酸废气分离的半透膜，其适用于分离工厂产生的氯化氢、硫氧化物和氮氧化物等含酸废气，具有高稳定性、高渗透通量和耐污能力高等特性；
（2）本发明通过对各材料的选取和筛选，得到的纳米过滤材料具有优异的材料稳定性，几何形状和表面化学成分稳定，适用于多次长时间使用，具有足够的耐久性。
具体实施方式
下面，结合实施例对本发明的技术方案进行说明，但是，本发明并不限于下述的实施例。
下述各实施例中实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法；药剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到；指标数据，如无特殊说明，均为常规测量方法。
实施例一
本实施例提供了用于含酸废气的纳米过滤材料的制备。
（1）钛离子溶液的制备：于30℃下将45mL乙醇、5mL钛酸丁酯、2mL氯铂酸、5mL乙酸加入到烧杯中，磁力搅拌1h，然后加入20mL乙醇和5mL水，缓慢搅拌1h。
（2）功能涂液的制备：将3g四针状氧化锌、4g硅溶胶和0.01g 2-甲基咪唑锌盐混合后加入3倍体积的正己烷中，在室温下搅拌1min。
（3）将聚丙烯中空纤维膜（膜微孔孔径为0.3μm，孔隙率为0.6）表面涂覆钛离子溶液，然后浸入功能涂液中12h，乙醇清洗后于30℃，真空度为100Pa，干燥12h。
实施例二
本实施例提供了用于含酸废气的纳米过滤材料的制备。
（1）钛离子溶液的制备：于40℃下将47mL乙醇、8mL钛酸丁酯、3mL氯铂酸、6mL乙酸加入到烧杯中，磁力搅拌1.5h，然后加入23mL乙醇和8mL水，缓慢搅拌1.5h。
（2）功能涂液的制备：将4g四针状氧化锌、5g硅溶胶和0.02g 2-甲基咪唑锌盐混合后加入3倍体积的正己烷中，在室温下搅拌1min。
（3）将聚丙烯中空纤维膜（膜微孔孔径为0.3μm，孔隙率为0.6）表面涂覆钛离子溶液，然后浸入功能涂液中14h，乙醇清洗后于45℃，真空度为120Pa，干燥24h。
实施例三
本实施例提供了用于含酸废气的纳米过滤材料的制备。
（1）钛离子溶液的制备：于50℃下将50mL乙醇、10mL钛酸丁酯、4mL氯铂酸、7mL乙酸加入到烧杯中，磁力搅拌2h，然后加入25mL乙醇和10mL水，缓慢搅拌2h。
（2）功能涂液的制备：将4.5g四针状氧化锌、6g硅溶胶和0.04g 2-甲基咪唑锌盐混合后加入3倍体积的正己烷中，在室温下搅拌1min。
（3）将聚丙烯中空纤维膜（膜微孔孔径为0.3μm，孔隙率为0.6）表面涂覆钛离子溶液，然后浸入功能涂液中16h，乙醇清洗后于60℃，真空度为133Pa，干燥36h。
对比例一
本对比例提供了用于含酸废气的纳米过滤材料的制备。
本对比例的制备同实施例一，区别在于，钛离子溶液不包含氯铂酸。
对比例二
本对比例提供了用于含酸废气的纳米过滤材料的制备。
本对比例的制备同实施例一，区别在于，功能涂液中采用氧化锌替换四针状氧化锌。
实施例四
本实施例提供了实施例一~三和对比例一~二制备的纳米过滤材料的性能测试。
本实施例为酸性废气处理实例，所属废气为火电厂的废气生产过程产生的NOx、SO2、HCl，废气排风量15000m3/h。净化处理时，将实施例一制备得到的酸性废气过滤剂填装在风道中，利用风机作为引风动力。废气经过过滤剂后，检测废气中各酸性组分的进出口浓度并计算各废气组分的去除效率，每组试验重复5次，得到的结果如表1所示。
表1：纳米过滤材料的性能测试结果
如表1所示，本发明采用多孔膜、碱性离子液体和功能溶液综合后制成支撑液膜的纳米过滤材料，用于含酸废气分离的半透膜，其分离含酸废气效果优异，对含NOx、SO2、HCl的废气净化效率为95.27~98.63%，远优于不包含氯铂酸和采用氧化锌的对比例。
试验方法同上，连续工作48h后，再次统计纳米过滤材料的连续应用效果，试验结果如表2所示。
表2：纳米过滤材料的连续应用测试结果
由表1和表2可知，本发明制成的纳米过滤材料具有高稳定性，经过连续工作48h后，对含酸废气的净化效率依然良好，而不包含氯铂酸和采用氧化锌的对比例则净化效率出现大幅度下降。
如上所述，即可较好地实现本发明，上述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种改变和改进，均应落入本发明确定的保护范围内。
Claims (3)
1.一种纳米过滤材料的制备方法，其特征在于，包括：聚丙烯中空纤维膜进行表面涂覆钛离子溶液改性后干燥，然后浸入功能涂液中至少12h，乙醇清洗后真空干燥；
所述钛离子溶液包括乙醇、钛酸丁酯、氯铂酸、乙酸和水；
所述功能涂液包括四针状氧化锌、硅溶胶和2-甲基咪唑锌盐；
所述钛离子溶液的制备方法为：每65~75mL乙醇配合5~10mL钛酸丁酯、2~4mL氯铂酸、5~7mL乙酸和5~10mL水，于30~50℃下分批加入搅拌2~4h；
所述干燥的条件为50~80℃；
以质量比计，所述功能涂液中，四针状氧化锌、硅溶胶和2-甲基咪唑锌盐的配比为30~45:40~60:0.1~0.4；
所述真空干燥的条件为温度为30~60℃，真空度为100~133Pa，干燥12~36h。
2.一种用于含酸废气的纳米过滤材料，其特征在于，采用权利要求1所述的纳米过滤材料的制备方法制得。
3.权利要求2所述的纳米过滤材料在含酸废气处理中的应用。
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