專利名稱：一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于空氣凈化處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種從空氣中高效分離甲醛的吸附劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
甲醛廣泛存在于空氣環(huán)境之中，尤其是建筑物室內(nèi)，以及航天器、潛艇、地鐵等密閉或半密閉艙室，是有限空間環(huán)境的最主要空氣污染物之一。甲醛的來源比較復(fù)雜，主要包括脲醛/酚醛樹脂膠人造板，如膠合板、細(xì)木工板、中密度纖維板和刨花板；含有甲醛的裝飾材料，如貼墻紙、涂料、膠粘劑、尿素-甲醛泡沫絕緣材料和塑料地板；散發(fā)甲醛的室內(nèi)和艙內(nèi)陳列和裝飾用品，如家具、化纖地毯和泡沫塑料；燃燒散發(fā)甲醛的材料，如家用燃料燃燒、香煙燃燒；生活用品，如化妝品、清潔劑、防腐劑、油墨和紡織纖維。甲醛對人體健康的影響主要表現(xiàn)在嗅覺異常、刺激、過敏、肺功能異常、肝功能異常和免疫功能異常等方面。長期接觸低濃度甲醛會(huì)引起慢性呼吸道疾病，鼻咽癌、結(jié)腸癌、 腦癌、月經(jīng)紊亂、細(xì)胞核的基因突變、妊娠綜合癥、白血病、記憶力和智力下降等。在所有接觸者中，兒童、孕婦和老人對甲醛尤為敏感，危害也更大。國際癌癥研究組織已建議將其作為可疑致癌物對待。目前，對于有限空間空氣中低濃度甲醛的處理，主要采用低溫催化氧化、吸附、光催化和低溫等離子體氧化等方法處理。研究表明，低溫催化氧化可有效將甲醛氧化為二氧化碳和水，但是，當(dāng)甲醛與苯系物共存時(shí)，需要采用低溫催化之外的其它方法來解決苯系物的凈化處理問題，這勢必使處理系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用增加，維護(hù)管理難度增大。吸附主要采用多孔的金屬氧化物和非金屬氧化物材料來吸附分離氣相低濃度的甲醛，由于這些吸附材料孔體積和比表面積有限，因而吸附容量較低，使用壽命很短。同時(shí)， 當(dāng)甲醛與苯系物共存時(shí)，同樣需要采用其它方法來解決苯系物的凈化處理問題，從而帶來處理系統(tǒng)復(fù)雜、投資和運(yùn)行費(fèi)用高、維護(hù)管理難度大等問題。低溫等離子體氧化兼具凈化甲醛和苯系物的效果，但是，處理能耗較高，而且僅僅依靠低溫等離子體氧化處理時(shí)，由于氧化不徹底，會(huì)形成有害中間產(chǎn)物，同時(shí)，若采用放電方法產(chǎn)生低溫等離子體，也會(huì)形成臭氧和二氧化氮等有害放電產(chǎn)物。光催化氧化效率較低，而且氧化不徹底，也會(huì)生成其他有害的不完全氧化產(chǎn)物，引起二次污染。另外，當(dāng)甲醛與苯系物共存時(shí)，不僅需要采用其它方法來解決苯系物的凈化處理問題，而且苯系物還可能引起光催化劑中毒。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑及其制備方法，在空速(反映氣流在吸附劑床層中的停留時(shí)間，單位h—1，空速越高，氣流在吸附劑中的停留時(shí)間越短)為10000 5000( -1的條件下，本發(fā)明提供的吸附劑能有效分離空氣中的甲醛，而且吸附容量大，使用壽命長。且所使用的前體物為赤泥，一種來源于鋁工業(yè)煉鋁過程中的固體廢渣，具有來源廣泛，價(jià)格低廉的優(yōu)勢。本發(fā)明提供一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑，該吸附劑以拜耳法冶鋁工藝所產(chǎn)生的赤泥做前體物，經(jīng)過化學(xué)改性及高溫焙燒后得到的，該吸附劑的內(nèi)部微觀孔徑分布范圍為0. 9 2. 7nm，有利于對空氣中微量甲醛的捕捉去除。該吸附劑為紅色顆粒物，外觀尺寸大小為0. 45 0. 9mm。該吸附劑的成分按照重量百分比為二氧化硅(10 15wt% )、 氧化鐵(20 25wt% )、氧化鋁(10 15wt% )及其他微量成分(鈉、鈣、鈦的氧化物及灼燒損失部分，45 50wt% )，其成分含量與普通赤泥相同，即與拜耳法冶鋁工藝所產(chǎn)生的赤泥成分相同，只是經(jīng)改性后吸附劑內(nèi)部孔徑分布范圍向微孔部分轉(zhuǎn)化。本發(fā)明還提供一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑的制備方法，具體包括以下步驟步驟一用去離子水直接溶解清洗前體物，該前體物為拜耳法冶鋁工藝所產(chǎn)生的赤泥，成分為二氧化硅、氧化鐵、氧化鋁、氧化鈣、氧化鈉、氧化銻以及灼燒損失部分，前體物與去離子水的質(zhì)量比為1 20 1 10 ；步驟二 將清洗后的前體物取出，置于干燥箱中，在100 110°C下干燥12 16個(gè)小時(shí)。將經(jīng)過干燥處理后的前體物研磨至顆粒尺寸為0. 18 0. 28mm ；步驟三將濃度范圍為 30%的H2A溶液與0. 18 0. 28mm的前體物按液固比為1 5 1 10的比例進(jìn)行混合，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上改性，改性浸泡時(shí)間為1 4h，轉(zhuǎn)速40 60r/min，水浴溫度50 60°C，得到改性的前體物；所述的液固比是指H2A溶液的體積(mL)與前體物的質(zhì)量(g)之比。步驟四將得到的改性前體物與去離子水和甲基纖維素按照100 15 1.5 100 27 2.7(重量比)的比例混合均勻，在8 14MPa的壓力范圍內(nèi)壓制成片，得到片狀改性前體物；步驟五將得到的片狀改性前體物置于馬弗爐中進(jìn)行高溫焙燒，焙燒溫度范圍為 300 700°C，焙燒的時(shí)間2 他；取出后自然冷卻至室溫，研磨成0. 45 0. 9mm，得到本發(fā)明的用于從空氣中分離甲醛的吸附劑。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1)本發(fā)明提供的一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑及其制備方法，該吸附劑與現(xiàn)有甲醛吸附和催化凈化材料相比，在高空速下，能高效吸附分離氣相低濃度甲醛，而且吸附容量大，使用壽命長。特別是使用的原材料來源于鋁工業(yè)煉鋁過程中產(chǎn)生的固體廢渣，來源廣泛，價(jià)格低廉，制成吸附劑后能夠達(dá)到以廢治害的目的，有利于實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。2)本發(fā)明提供一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑及其制備方法，與現(xiàn)有光催化氧化、低溫等離子氧化等技術(shù)相比，利用本發(fā)明提供的吸附劑進(jìn)行吸附凈化處理，凈化徹底，不會(huì)產(chǎn)生新的污染物，不會(huì)引起二次污染。3)本發(fā)明提供一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑尤其適用于含有低濃度甲醛或低濃度甲醛與其它揮發(fā)性有機(jī)化合物共存的居室或者密閉、半密閉艙室的空氣凈化處理。


圖1 本發(fā)明提出的一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑的制備方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明提供一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑，該吸附劑以拜耳法冶鋁工藝所產(chǎn)生的赤泥做前體物，經(jīng)過化學(xué)改性及高溫焙燒后得到的，該吸附劑的內(nèi)部微觀孔徑分布范圍為0. 9 2. 7nm，有利于對空氣中微量甲醛的捕捉去除。該吸附劑為紅色顆粒物，外觀尺寸大小為0. 45 0. 9mm。該吸附劑的成分按照重量百分比為二氧化硅(10 15wt% )、 氧化鐵(20 25wt% )、氧化鋁(10 15wt% )及其他微量成分(鈉、鈣、鈦的氧化物及灼燒損失部分，45 50wt% )，其成分含量與普通赤泥相同，即與拜耳法冶鋁工藝所產(chǎn)生的赤泥成分相同，只是經(jīng)改性后吸附劑內(nèi)部孔徑分布范圍向微孔部分轉(zhuǎn)化。在常壓、室溫(10MPa，23°C )條件下，空速為10000 δΟΟΟΟΙΓ1范圍內(nèi)，甲醛濃度為3 5mg/m3時(shí)，本發(fā)明所制備的吸附劑的穿透時(shí)間達(dá)到10 13h。本發(fā)明還提供一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑的制備方法，如圖1所示，具體包括以下步驟步驟一用去離子水直接溶解清洗前體物，該前體物為拜耳法冶鋁工藝所產(chǎn)生的赤泥，成分為二氧化硅、氧化鐵、氧化鋁、氧化鈣、氧化鈉、氧化銻以及灼燒損失部分，前體物與去離子水的質(zhì)量比為1 20 1 10;步驟二 將清洗后的前體物取出，置于干燥箱中，在100 110°C下干燥12 16個(gè)小時(shí)。將經(jīng)過干燥處理后的前體物研磨至顆粒尺寸為0. 18 0. 28mm ；步驟三將濃度范圍為 30%的H2A溶液與0. 18 0. 28mm的前體物按液固比為1 5 1 10的比例進(jìn)行混合，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上進(jìn)行化學(xué)改性，改性浸泡時(shí)間為1 4h，轉(zhuǎn)速40 60r/min，水浴溫度50 60°C，得到改性的前體物；所述的液固比是指H2A溶液的體積(mL)與前體物的質(zhì)量(g)之比。步驟四將得到的改性前體物與去離子水和甲基纖維素按照100 15 1.5 100 27 2.7(重量比)的比例混合均勻，在8 14MPa的壓力范圍內(nèi)壓制成片，得到片狀改性前體物；步驟五將得到的片狀改性前體物置于馬弗爐中進(jìn)行高溫焙燒，焙燒溫度范圍為 300 700°C，焙燒的時(shí)間2 他；取出后自然冷卻至室溫，研磨成0. 45 0. 9mm，得到本發(fā)明的用于從空氣中分離甲醛的吸附劑。將得到的吸附劑在常壓、室溫條件(lOMPa，23°C )下，空速為10000 δΟΟΟΟΙΓ1范圍內(nèi)，對本發(fā)明制備的吸附劑的吸附性能進(jìn)行測試，結(jié)果表明，在甲醛濃度為3. 69mg/m3，相對濕度為23%時(shí)，本發(fā)明所制備的吸附劑的穿透時(shí)間最高達(dá)到13h。本發(fā)明中的吸附劑可以直接放置在空氣中或?qū)⒃撐絼┲糜趦艋O(shè)備內(nèi)，可以用于凈化室內(nèi)或密閉空間空氣中的甲醛，以及甲醛和苯系物的混合物。實(shí)施例1 制備編號為1 16#吸附劑，制備方法如下步驟一用去離子水清洗前體物，前體物與去離子水的質(zhì)量比為1 20;步驟二 將清洗后的前體物取出，置于干燥箱中，在110°C下干燥12h，將得到的粉狀前體物研磨至顆粒尺寸為0. 18mm ；步驟三將100ml不同濃度的H2A溶液與20g干燥研磨好的前體物進(jìn)行混合，混合后在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上進(jìn)行改性，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀轉(zhuǎn)速60r/min，水浴溫度50°C，不同的改性時(shí)間、 浸泡時(shí)間和不同的H2A溶液的濃度分別如表1所示，得到改性的前體物；步驟四將改性后的前體物與去離子水和甲基纖維素按照100 27 2. 7的重量比混合均勻，在不同的制片壓力(如表1所示)下壓制成片狀，得到片狀改性前體物；步驟五將得到的片狀改性前體物置于馬弗爐中進(jìn)行高溫焙燒，焙燒溫度和焙燒時(shí)間如表1所示；取出后自然冷卻至室溫，研磨成0. 45mm，得到1 16#共16種不同制備條件下的吸附劑。表1 實(shí)施例1中1 16#吸附劑的制備條件
權(quán)利要求
1.一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑，其特征在于所述的吸附劑的前體物為赤泥，內(nèi)部微觀孔徑分布范圍為0. 9 2. 7nm，外觀尺寸大小為0. 45 0. 9mm，該吸附劑為紅色顆粒物，吸附劑的成分按照重量百分比為10 15wt%二氧化硅、20 25wt%氧化鐵、 10 15wt%氧化鋁及45 50wt%的鈉、鈣、鈦的氧化物及灼燒損失部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑，其特征在于所述的赤泥為拜耳法冶鋁工藝產(chǎn)生的赤泥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑，其特征在于
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑，其特征在于所述的吸附劑在大氣壓力為lOMPa，23°C溫度下，空速為10000 δΟΟΟΟΙΓ1范圍內(nèi)，甲醛濃度為3 5mg/m3時(shí)，穿透時(shí)間為10 13h。
5.一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑的制備方法，其特征在于具體包括以下步驟步驟一用去離子水溶解清洗前體物，該前體物為拜耳法冶鋁工藝所產(chǎn)生的赤泥，前體物與去離子水的質(zhì)量比為1 20 1 10;步驟二 將清洗后的前體物取出，置于干燥箱中，在100 110°C下干燥12 16個(gè)小時(shí)。將經(jīng)過干燥處理后的前體物研磨至顆粒尺寸為0. 18 0. 28mm ；步驟三將濃度為 301^H2O2溶液與前體物按液固比為1 5 1 10的比例進(jìn)行混合，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上改性，改性浸泡時(shí)間為1 4h，轉(zhuǎn)速40 60r/min，水浴溫度50 60°C，得到改性的前體物；步驟四將得到的改性前體物與去離子水、甲基纖維素按照重量比為 100 15 1. 5 100 27 2. 7的比例混合均勻，并在8 14I\ffa的制片壓力下壓制成片，得到片狀改性前體物；步驟五將得到的片狀改性前體物置于馬弗爐中進(jìn)行高溫焙燒，焙燒溫度范圍為 300 700°C，焙燒的時(shí)間2 他；取出后自然冷卻至室溫，研磨成0. 45 0. 9mm,得到最終吸附劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑的制備方法，其特征在于所述的H2A溶液濃度為20 30%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑的制備方法，其特征在于所述的浸泡時(shí)間為3 4h
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑的制備方法，其特征在于所述的制片壓力為10 13MPa。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑的制備方法，其特征在于所述的焙燒溫度為300 400°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑的制備方法，其特征在于所述的焙燒時(shí)間為4 他。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑及其制備方法，該吸附劑以拜耳法冶鋁工藝所產(chǎn)生的赤泥做前體物，經(jīng)過化學(xué)改性及高溫焙燒后得到的，該吸附劑為紅色顆粒物，該吸附劑的內(nèi)部微觀孔徑分布范圍為0.9～2.7nm，外觀尺寸大小為0.45～0.9mm，有利于對空氣中微量甲醛的捕捉去除。本發(fā)明提出的用于從空氣中分離甲醛的吸附劑與現(xiàn)有甲醛吸附和催化凈化材料相比，在高空速下，能高效吸附分離氣相低濃度甲醛，而且吸附容量大，使用壽命長，且其使用的原材料來源于鋁工業(yè)煉鋁過程中產(chǎn)生的固體廢渣赤泥，來源廣泛，價(jià)格低廉，制成吸附劑后能夠達(dá)到以廢治害的目的，有利于實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。
文檔編號B01J20/30GK102179231SQ20111010385
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者周俊濤, 曾小嵐, 朱天樂 申請人:北京航空航天大學(xué)