本發(fā)明涉及一種高效吸附甲醛的活性炭材料的制備方法,屬于室內(nèi)空氣凈化領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
人的一生平均有80％的時(shí)間在室內(nèi)度過(guò)，室內(nèi)空氣質(zhì)量與人類健康關(guān)系十分密切。近年來(lái)，隨著人民生活質(zhì)量的提高，各種室內(nèi)保溫、室內(nèi)裝修裝飾材料被廣泛應(yīng)用。裝修過(guò)程中使用的多種裝飾裝修材料含有甲醛、苯類等揮發(fā)性有機(jī)物，造成室內(nèi)空氣污染，對(duì)機(jī)體健康的影響日益受到人們的重視。其中，甲醛污染成為人們?nèi)粘Ｉ钪凶顬殛P(guān)心的問(wèn)題。室內(nèi)甲醛污染主要來(lái)源于建筑材料、家具、化纖、地毯、燃料燃燒、吸煙、各種化妝品、防臭劑、消毒液等。做家具常用的顆粒板、聚合板多以脲甲醛作粘合劑，當(dāng)遇熱潮解時(shí)，甲醛就從樹(shù)脂中釋放出來(lái)。另外，化纖地氈、地扳革、塑料壁紙、油漆也能釋放大量的甲醛。
甲醛的處理方法有光催化氧化法、低溫等離子法、吸附法等等。吸附法以其較低的成本和較高的甲醛去除率等優(yōu)點(diǎn)，受到越來(lái)越多研究者的關(guān)注。常規(guī)的甲醛吸附在吸附氣態(tài)污染物之后容易飽和，不能再次進(jìn)行吸收，反而會(huì)因?yàn)槲者^(guò)量而造成氣體污染物脫附的現(xiàn)象發(fā)生，使室內(nèi)空氣二次污染。而且常規(guī)活性炭材料改性處理方法往往只是注重于對(duì)甲醛等氣態(tài)污染物吸附處理，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)甲醛氣體的進(jìn)一步氧化處理。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題提供一種納米限域性吸附催化甲醛的活性炭材料的制備方法，本發(fā)明制備的活性炭材料內(nèi)部孔洞是納米級(jí)別的，能夠在常溫狀態(tài)下長(zhǎng)效吸附與催化甲醛，治理室內(nèi)空氣。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：一種高效吸附甲醛的活性炭材料的制備方法，包括：
1)活性炭原材料的原位改性處理：
取100重量份的含碳原料放于攪拌機(jī)內(nèi)，加入50-500重量份的水，不斷攪拌后，加入10-50重量份的粘合劑，繼續(xù)攪拌，得混合漿料，向混合漿料中加入1-50重量份質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.01％-10％的金屬鹽溶液，再置于氣浴恒溫振蕩器中，繼續(xù)震蕩攪拌10-300min，得混合漿體材料；
2)改性活性炭原材料的成型活化處理：
把1)得到的混合漿體材料裝入位于擠壓機(jī)內(nèi)的模具中，通過(guò)模具擠壓成型后得條料，烘干，將烘干后的條料放入微波高溫?zé)Y(jié)爐中，在惰性氣體氣氛下炭化，將炭化后的條料投入活化爐內(nèi)活化，用過(guò)熱水蒸汽作活化劑，活化1-25小時(shí)，得成型的改性活性炭體；
3)改性活性炭原材料的進(jìn)一步活化處理：
將2)所得的改性活性炭體浸漬于無(wú)機(jī)銨鹽溶液中，再用蒸餾水清洗，烘干，再放入烘箱中改性處理，得活性炭材料。
現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
1、本發(fā)明制備吸附催化甲醛的活性炭材料的方法，是通過(guò)原位改性處理，在活性炭材料成型的過(guò)程中就在活性炭?jī)?nèi)部孔洞表面附著有大量的催化活性成分，構(gòu)成活性炭催化甲醛的基礎(chǔ)位；在后期的活性炭材料的改性處理中，通過(guò)氨改性處理能使甲醛分子快速的限域吸附在活性炭?jī)?nèi)部孔洞中。上述兩種改性處理方式的結(jié)合不僅能將有害氣體吸附至活性炭材料表面，還能使有害氣體與活性炭材料之間形成化學(xué)吸附，并通過(guò)金屬氧化物的高效催化氧化作用，將有害氣體分解成二氧化碳和水，達(dá)到徹底凈化空氣的目的。
2、本發(fā)明提供的活性炭材料作為空氣凈化材料，制備工藝簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
進(jìn)一步，在1)中，所述碳原料為細(xì)度10-500目的煤質(zhì)碳粉體，或所述碳原料為果殼、木屑、木材中的一種或幾種的混合物炭化后制成的細(xì)度為10-500目的粉末，或所述碳原料為廢活性炭研磨處理后制成的細(xì)度10-500目的粉末。
進(jìn)一步，在1)中，所述粘合劑為煤焦油、木質(zhì)磺酸鈉、紙漿廢液、淀粉溶液、硅酸鈉、礦渣水泥、硫磺、石膏中的一種或幾種的混合物。
進(jìn)一步，在1)中，所述金屬鹽溶液為非貴金屬的硝酸鹽溶液、草酸鹽溶液、醋酸鹽溶液中的一種或幾種的混合溶液。優(yōu)選的，所述非貴金屬為錳、鐵、鈷、鎳、鋯、銅、鋅或鈰,所述金屬鹽溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％-8％，優(yōu)選為2％-5％。
進(jìn)一步，在2)中，所述擠壓機(jī)的工作壓強(qiáng)為5-30Mpa，混合漿體材料通過(guò)模具擠壓成型后得到直徑為2.0-5.0mm的柱狀活性炭粒，或得到不規(guī)則的活性炭體，或得到厚度10mm以上且孔目數(shù)分布均勻的蜂窩狀活性炭體。
進(jìn)一步，在2)中，所述烘干采用烘干機(jī)，100-200℃烘干10-300分鐘。
進(jìn)一步，在2)中，所述炭化的溫度為200-500℃，炭化1-24小時(shí)。
進(jìn)一步，在2)中，所述活化的溫度為400-800℃。
進(jìn)一步，在3)中，所述無(wú)機(jī)銨鹽為氯化銨、草酸銨、硫酸銨和過(guò)硫酸銨中的一種或幾種的混合物,所述無(wú)機(jī)銨鹽溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％-20％。
進(jìn)一步，在3)中，所述烘箱的溫度為30-200℃，加熱1-24小時(shí)。
具體實(shí)施方式
以下對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1
1)活性碳原材料的原位改性處理：
取100重量份目數(shù)為100目的果殼活性炭碳原料放于攪拌機(jī)內(nèi)，加入200重量份的水，不斷攪拌10分鐘后，加入10重量份的木質(zhì)磺酸鈉，繼續(xù)攪拌30分鐘后，得混合漿料，向混合漿料中加入2重量份質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％的硝酸錳溶液，再置于氣浴恒溫振蕩器中，繼續(xù)震蕩攪拌2.0h，得混合漿體材料；
2)改性活性炭原材料的成型活化處理：
把上述吸附有硝酸錳溶液的混合漿體材料裝入位于擠壓機(jī)內(nèi)的模具中，擠壓機(jī)的工作壓強(qiáng)為10Mpa，通過(guò)模具擠壓成型后得到直徑為2.0mm的柱狀活性炭粒，將活性炭粒首先投入烘干機(jī)內(nèi)，100℃烘干300min，再放入200℃的微波高溫?zé)Y(jié)爐中氮?dú)鈿夥障绿炕?4小時(shí)，最后投入400℃的活化爐內(nèi)，用過(guò)熱水蒸汽做活化劑，活化12小時(shí)，得成型的改性活性炭體；
3)改性活性炭原材料的進(jìn)一步活化處理：
將2)所得的改性活性炭體浸漬于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0％的草酸銨溶液中浸泡，再用蒸餾水清洗，然后取出烘干，再放入電烘箱中150℃加熱12小時(shí)做改性處理，得活性炭顆粒。
4)取上述活性炭顆粒200克填置于厚度為10cm的蜂窩狀的塑料支架中，制成空氣凈化器用的蜂窩狀的活性炭過(guò)濾網(wǎng)，再將活性炭過(guò)濾網(wǎng)置于空氣凈化器中。開(kāi)啟空氣凈化器，參照GBT18801的測(cè)試方法進(jìn)行空氣凈化器去除甲醛的實(shí)驗(yàn)研究，得到不同時(shí)間段的甲醛去除率如下表所示。
結(jié)果顯示，本發(fā)明實(shí)施例1制備的凈化材料在1小時(shí)之內(nèi)對(duì)甲醛的去除率達(dá)到94％以上，甲醛CADR計(jì)算數(shù)值為107.5m3/h。
表1 甲醛去除率結(jié)果數(shù)據(jù)
實(shí)施例2
1)活性碳原材料的原位改性處理：
取100重量份目數(shù)為100目的椰殼活性炭碳原料放于攪拌機(jī)內(nèi)，加入200重量份的水，不斷攪拌10分鐘后，加入10重量份的煤焦油，繼續(xù)攪拌30分鐘后，得混合漿料，向混合漿料中加入2重量份質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0％的硝酸銅溶液，再置于氣浴恒溫振蕩器中，繼續(xù)震蕩攪拌2.0h，得混合漿體材料；
2)改性活性炭原材料的成型活化處理：
把上述吸附有硝酸銅溶液的混合漿體材料裝入位于擠壓機(jī)內(nèi)的模具中，擠壓機(jī)的工作壓強(qiáng)為10Mpa，通過(guò)模具擠壓成型后得到直徑為2.0mm的柱狀活性炭粒，將活性炭粒首先投入烘干機(jī)內(nèi)，100℃烘干300min，再放入200℃的微波高溫?zé)Y(jié)爐中氮?dú)鈿夥障绿炕?2小時(shí)，最后投入500℃的活化爐內(nèi)，用過(guò)熱水蒸汽做活化劑，活化12小時(shí)，得成型的改性活性炭體；
3)改性活性炭原材料的進(jìn)一步活化處理：
將2)所得的改性活性炭體浸漬于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0％的氯化銨溶液中浸泡，再用蒸餾水清洗，然后取出烘干，再放入電烘箱中120℃加熱12小時(shí)做改性處理，得活性炭顆粒。
4)取上述活性炭顆粒200克填置于厚度為10cm的蜂窩狀的塑料支架中，制成空氣凈化器用的蜂窩狀的活性炭過(guò)濾網(wǎng)，再將活性炭過(guò)濾網(wǎng)置于空氣凈化器中。開(kāi)啟空氣凈化器，參照GBT18801的測(cè)試方法進(jìn)行空氣凈化器去除甲醛的實(shí)驗(yàn)研究，得到不同時(shí)間段的甲醛去除率如下表所示。
結(jié)果顯示，本發(fā)明實(shí)施例2制備的凈化材料在1小時(shí)之內(nèi)對(duì)甲醛的去除率達(dá)到92％以上，甲醛CADR計(jì)算數(shù)值為84.85m3/h。
表2 甲醛去除率結(jié)果數(shù)據(jù)
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。