一種能除氨和除二手煙的空氣凈化材料及其制備方法與流程

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導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>物理化學(xué)裝置的制造及其應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明屬于環(huán)保材料，特別是指一種能除氨和除二手煙的空氣凈化材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

空氣質(zhì)量與人類的身體健康息息相關(guān)，據(jù)統(tǒng)計(jì)人們80%的時(shí)間是生活在室內(nèi)的，人們69%的疾病與室內(nèi)空氣污染有關(guān)。美國(guó)環(huán)?？偸穑‥PA）的一項(xiàng)報(bào)告指出，霧霾、家裝材料污染、二手煙、微生物細(xì)菌、病毒、廚房油煙等綜合作用下，室內(nèi)空氣污染的程度要比室外空氣嚴(yán)重2-5倍，在特殊情況下甚至可達(dá)到100倍。而世界銀行2013年做的一項(xiàng)調(diào)查顯示，中國(guó)每年因室內(nèi)空氣污染所導(dǎo)致的超額死亡人數(shù)達(dá)11.1萬人，超額門診數(shù)可達(dá)22萬人次、超額急診數(shù)可達(dá)430萬人次。因此，如何提高室內(nèi)空氣質(zhì)量、消除室內(nèi)空氣污染成了人們迫切需要解決的問題。

目前，室內(nèi)空氣污染治理的方法主要有吸附技術(shù)、靜電技術(shù)、光催化技術(shù)、催化氧化技術(shù)、水膜過濾技術(shù)和生物酶技術(shù)等，其中使用最為普遍的是活性炭吸附法，室內(nèi)污染物研究最多的是甲醛。對(duì)于氨和二手煙的研究相對(duì)較少，并且也少有這一類的產(chǎn)品。室內(nèi)空氣中的氨來源于建筑材料的添加劑和增白劑等，它會(huì)緩慢釋放到室內(nèi)空氣中，對(duì)人體的呼吸有刺激和腐蝕作用，減弱人體對(duì)疾病的抵抗力，最終導(dǎo)致呼吸道疾病等癥狀。二手煙的危害不亞于任何其他室內(nèi)空氣污染物，對(duì)孕婦和小孩會(huì)造成巨大的傷害，特別是在室內(nèi)環(huán)境下的二手煙較難散去，對(duì)吸煙者本身和周圍人員的危害更嚴(yán)重，尤其在密閉的辦公室、棋牌室、吸煙室、衛(wèi)生間等地方更為明顯。因此，研究能夠快速去除室內(nèi)空氣中氨和二手煙的產(chǎn)品具有重要意義。

利用多孔材料如活性炭、分子篩、氧化鋁、沸石、活性炭纖維等對(duì)有害氣體進(jìn)行吸附去除是最方便和有效的，然而這種多孔材料吸附飽和后便會(huì)失效，并且在一定程度上會(huì)重新釋放已吸附的有害物質(zhì)，造成二次污染。通常需要對(duì)多孔吸附材料進(jìn)行改性，如負(fù)載催化劑或添加化學(xué)試劑，以滿足實(shí)際使用中的需求。二手煙含有尼古丁、焦油、煙堿、生物堿、胺類、腈類、醇類、酚類、烷烴、醛類、雜環(huán)化合物、氮氧化物等多種有害物質(zhì)，很難把有害物質(zhì)全部去除，也比較難單靠吸附的方法去除。

專利CN104368307A公開了一種氨吸附專用活性炭，先用無機(jī)酸對(duì)活性炭進(jìn)行行浸泡處理，水洗后在110-130^oC下干燥24小時(shí)，然后浸漬1-20%的氯化鹽溶液24小時(shí)，最后105-130^oC干燥24小時(shí)。這種產(chǎn)品雖然工藝簡(jiǎn)單，但是生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)、效率低，并且使用了大量的無機(jī)酸，會(huì)殘留在活性炭上，使用后丟棄可能會(huì)造成潛在的危害。

專利CN105214436A公開了一種減少煙霧的空氣凈化材料，其采用非金屬礦吸附劑、活性炭、負(fù)離子粉、硅藻土、沸石、造孔劑和粘結(jié)劑等為原料，研磨成細(xì)粉，然后混合后通過擠出成型或壓模成型。專利CN105152680A公開一種以環(huán)氧樹脂、氧化鋯、活性炭、負(fù)離子粉、殼聚糖、硅藻土、造孔劑、粘結(jié)劑、托瑪琳等為原料制備的空氣凈化材料，具有殺菌、除異味、除二手煙等功能。專利CN102302876A公開了一種能夠凈化空氣和除二手煙的過濾材料，通過在基布上涂布由負(fù)離子粉、非金屬礦吸附材料、稀土礦粉、乳液和納米二氧化硅的漿料，然后烘干制得。我們不難發(fā)現(xiàn)，這類產(chǎn)品都用到了負(fù)離子粉，用于釋放負(fù)離子，起到凈化空氣的目的。然而，負(fù)離子粉，即電氣石粉，電氣石主要采自獨(dú)居石礦，其主要成分中含有大量的放射性釷元素和少量的其他放射性元素，不宜在人們經(jīng)?；顒?dòng)的場(chǎng)所使用，并且這種產(chǎn)品的實(shí)際效果是十分有限的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于室內(nèi)或車內(nèi)空氣凈化且清除效果佳、使用安全的能除氨和除二手煙的空氣凈化材料及其制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

一種能除氨和除二手煙的空氣凈化材料，其重量組份包括：二氧化硅凝膠50-120份、納米二氧化硅干粉6-20份、活性炭4-10份、活性金屬氧化物和氫氧化物的混合物10-28份、表面活性劑0.1-1.5份、活性助劑0.1-1.5份、粘合劑0.2-2份。

所述納米二氧化硅干粉比表面積≥200m²/g；孔體積≥1.2cm³/g；含水量≤8%；吸油量≥2.0mL/g；平均粒徑15-80μm。

所述納米二氧化硅干粉比表面積≥300m²/g；孔體積≥1.5cm³/g；含水量≤5%；吸油量≥2.5mL/g；平均粒徑25-60μm。

所述活性炭為粉末狀活性炭，其目數(shù)≥200目；比表面積≥800m²/g；碘值≥600mg/g；含水量≤8%。

所述活性炭為粉末狀活性炭，其目數(shù)≥250目；比表面積≥1000m²/g；碘值≥800mg/g；含水量≤5%。

所述活性金屬氧化物和氫氧化物的混合物為二氧化錳、氧化鈦、三氧化二鋁、氫氧化鋁、氧化鎂、氫氧化鎂、氧化鐵、氫氧化鐵、氧化鋅、氫氧化鋅、氫氧化鈣其中的分別各一種或幾種。

所述活性金屬氧化物和氫氧化物的重量組成比例為1:1-3。

所述表面活性劑選自十二烷基硫酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚、卵磷脂、聚山梨酯、脂肪酸甘油酯其中的一種或幾種。

所述活性助劑選自焦磷酸鈉、酒石酸鉀鈉、月桂酸鈉、檸檬酸鈉、抗壞血酸鈉其中的一種或幾種。

所述粘合劑選自羥乙基纖維素、羥甲基纖維素、羥丙基纖維素、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、羧乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、淀粉、聚丙烯酰胺其中的一種或幾種。

一種能除氨和除二手煙的空氣凈化材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、先將二氧化硅凝膠制成二氧化硅凝膠濾餅，再由此二氧化硅濾餅制得納米二氧化硅干粉；

步驟2、將二氧化硅凝膠濾餅50-120份、表面活性劑0.1-1.5份、活性助劑0.1-1.5份投入高速切割混合機(jī)中，切割混合成泥漿；然后投入納米二氧化硅干粉6-20份、活性炭4-10份、活性金屬氧化物和氫氧化物的混合物10-28份、粘合劑0.2-2份，繼續(xù)進(jìn)行快速切割混合3-20min，混合攪拌過程中噴淋去離子水，獲得含水量為55-70%的濕物料；

步驟3、將混合好的濕物料轉(zhuǎn)移至造粒機(jī)中進(jìn)行造粒，獲得所需顆粒形狀和大小的條狀顆粒物料；

步驟4、將條狀顆粒物料分批次投入球形拋丸機(jī)中進(jìn)行拋丸，獲得所需顆粒大小的球形顆粒；

步驟5、進(jìn)行物料干燥，控制干燥溫度為60-180^oC，干燥時(shí)間為1-4小時(shí)，得到球形干燥顆粒產(chǎn)品；

步驟6、用振動(dòng)篩進(jìn)行篩分，將顆粒大小不合格的產(chǎn)品剔除，獲得所需顆粒大小的成品，送去顆粒產(chǎn)品倉。

所述步驟1中二氧化硅凝膠餅的制備方法為：

步驟1、按重量比1:0.25-0.5將質(zhì)量濃度為15%的水玻璃溶液和質(zhì)量濃度為25%的硫酸同時(shí)打入到有底液的反應(yīng)釜中，并以碳酸氫銨為反應(yīng)助劑，控制反應(yīng)pH值為8-9，反應(yīng)溫度為20-50^oC，加料時(shí)間為60min；

步驟2、加完水玻璃和硫酸后，保持pH值和溫度，繼續(xù)反應(yīng)30min，然后升高溫度到80^oC老化1.5小時(shí)，促進(jìn)二氧化硅膠體結(jié)構(gòu)的鞏固加強(qiáng)；

步驟3、老化完成后，繼續(xù)滴加硫酸，控制pH值為7左右，然后放入容器罐；

步驟4、待物料溫度降至60^oC時(shí)，泵入板框壓濾機(jī)，用去離子水洗滌去除硫酸鹽，最后得到二氧化硅凝膠濾餅。

所述步驟1中納米二氧化硅干粉是通過將二氧化硅凝膠濾餅用噴霧干燥或閃蒸干燥的方法獲得。

所述步驟3中造粒網(wǎng)孔孔徑選擇為0.5-5mm。

所述步驟5中是采用氣流干燥或帶式干燥進(jìn)行物料的干燥。

采用上述方案后，本發(fā)明通過使用二氧化硅凝膠和納米二氧化硅干粉為主要基料復(fù)合多種活性成分制備除氨和除二手煙的顆粒產(chǎn)品，納米二氧化硅是一種高活性吸附性材料，具有比表面積大、孔道結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、吸油量大、風(fēng)阻小等特點(diǎn)，它能夠選擇性吸附多種有害氣體，尤其對(duì)極性氣體分子的吸附能力更強(qiáng)，還能吸收香煙煙霧中的焦油大分子，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，是一種安全環(huán)保的材料。并且，本發(fā)明材料對(duì)甲醛、廚房油煙等有害物質(zhì)也具有一定的去除能力。即：1）能夠快速去除空氣中的二手煙和異味；2）氨去除率≥85%；3）含水量≤5%；4）顆粒大小為0.5-5mm；5）粉末脫落率≤3%。另外，本發(fā)明的制備方法工藝成熟、可靠，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)和大規(guī)模應(yīng)用。

本發(fā)明的空氣凈化材料的除氨和除二手煙的方法，可以將材料做成濾網(wǎng)后固定在空調(diào)、空氣凈化器或通風(fēng)系統(tǒng)的回風(fēng)口處。也可以做成被動(dòng)式的透氣包裝直接使用。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。

本發(fā)明所述的一種能除氨和除二手煙的空氣凈化材料包括以下重量組份：二氧化硅凝膠50-120份、納米二氧化硅干粉6-20份、活性炭4-10份、活性金屬氧化物和氫氧化物10-28份、表面活性劑0.1-1.5份、活性助劑0.1-1.5份、粘合劑0.2-2份。

其中所述納米二氧化硅干粉比表面積≥200m²/g；孔體積≥1.2cm³/g；含水量≤8%；吸油量≥2.0mL/g；平均粒徑15-80μm。

所述納米二氧化硅干粉比表面積≥300m2/g；孔體積≥1.5cm³/g；含水量≤5%；吸油量≥2.5mL/g；平均粒徑25-60μm。優(yōu)選目數(shù)≥200目；比表面積≥800m²/g；碘值≥600mg/g；含水量≤8%。

所述活性炭為粉末狀活性炭，其目數(shù)≥250目；比表面積≥1000m²/g；碘值≥800mg/g；含水量≤5%。

所述活性金屬氧化物和氫氧化物的混合物為二氧化錳、氧化鈦、三氧化二鋁、氫氧化鋁、氧化鎂、氫氧化鎂、氧化鐵、氫氧化鐵、氧化鋅、氫氧化鋅、氫氧化鈣其中的分別各一種或幾種。所述活性金屬氧化物和氫氧化物的重量組成比例為1:1-3。

所述表面活性劑選自十二烷基硫酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚、卵磷脂、聚山梨酯、脂肪酸甘油酯其中的一種或幾種。

所述活性助劑選自焦磷酸鈉、酒石酸鉀鈉、月桂酸鈉、檸檬酸鈉、抗壞血酸鈉其中的一種或幾種。

一種能除氨和除二手煙的空氣凈化材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、先將二氧化硅凝膠制成二氧化硅凝膠濾餅，再由此二氧化硅濾餅制得納米二氧化硅干粉；

其中二氧化硅凝膠餅的制備方法為：（1）按重量比1:0.25-0.5將質(zhì)量濃度為15%的水玻璃溶液和質(zhì)量濃度為25%的硫酸同時(shí)打入到有底液的反應(yīng)釜中，并以碳酸氫銨為反應(yīng)助劑，控制反應(yīng)pH值為8-9，反應(yīng)溫度為20-50^oC，加料時(shí)間為60min；（2）加完水玻璃和硫酸后，保持pH值和溫度，繼續(xù)反應(yīng)30min，然后升高溫度到80^oC老化1.5小時(shí)，促進(jìn)二氧化硅膠體結(jié)構(gòu)的鞏固加強(qiáng)；（3）老化完成后，繼續(xù)滴加硫酸，控制pH值為7左右，然后放入容器罐；（4）待物料溫度降至60^oC時(shí)，泵入板框壓濾機(jī)，用去離子水洗滌去除硫酸鹽，最后得到二氧化硅凝膠濾餅。

而納米二氧化硅干粉可通過將二氧化硅凝膠濾餅用噴霧干燥或閃蒸干燥的方法獲得。

步驟3、將混合好的濕物料轉(zhuǎn)移至造粒機(jī)中進(jìn)行造粒，造粒網(wǎng)孔孔徑可選擇為0.5-5mm，獲得所需顆粒形狀和大小的條狀顆粒物料；

步驟4、將條狀顆粒物料分批次投入球形拋丸機(jī)中進(jìn)行拋丸，獲得所需顆粒大小的球形顆粒；

步驟5、可采用氣流干燥或帶式干燥進(jìn)行物料干燥，控制干燥溫度為60-180^oC，干燥時(shí)間為1-4小時(shí)，得到球形干燥顆粒產(chǎn)品；

步驟6、用振動(dòng)篩進(jìn)行篩分，將顆粒大小不合格的產(chǎn)品剔除，獲得所需顆粒大小的成品，送去顆粒產(chǎn)品倉。

所述步驟1中納米二氧化硅干粉是通過將二氧化硅凝膠濾餅用噴霧干燥或閃蒸干燥的方法獲得。

本發(fā)明中：氨去除率采用QB/T 2761-2006所規(guī)定的方法進(jìn)行測(cè)試，氨濃度采用GB/T 18204.25-2000所規(guī)定的方法進(jìn)行測(cè)定。

本發(fā)明除二手煙的測(cè)試方法為：在250mL具塞玻璃瓶中放入50g樣品顆粒，然后用注煙器注入定量的香煙煙霧，迅速密封瓶口，并用秒表計(jì)時(shí)，輕輕震蕩2min，然后倒置。觀察瓶?jī)?nèi)煙霧變化，直至煙霧消失，記錄煙霧消失時(shí)間。煙霧消失后，再靜置30min，然后由5名氣味評(píng)判員分別對(duì)瓶?jī)?nèi)異味和顆粒上的異味進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并給出異味等級(jí)，最后取平均值。異味等級(jí)如下：1=無異味；2=稍有氣味；3=有異味但不刺鼻；4=有刺激氣味；5=強(qiáng)烈的刺激氣味；6=無法忍受的氣味。

以下結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。然而，實(shí)施例只是為了說明目的，本發(fā)明內(nèi)容的范圍并不限制于此，故但凡依本發(fā)明的權(quán)利要求和說明書所做的變化或修飾，皆應(yīng)屬于本發(fā)明專利涵蓋的范圍之內(nèi)。

實(shí)施例1

1500kg質(zhì)量濃度為15%的水玻璃溶液和550kg濃度為25%的硫酸同時(shí)滴加到有4000kg去離子水底液的反應(yīng)釜中，1kg反應(yīng)助劑碳酸氫銨提前加入反應(yīng)釜中，攪拌并控制反應(yīng)溫度為35^oC、pH值為9，加料時(shí)間為60min，然后保持溫度和pH值繼續(xù)反應(yīng)30min，接著升溫到80^oC老化1.5h。老化結(jié)束后，滴加硫酸調(diào)節(jié)pH值為7，然后將物料放入儲(chǔ)罐。待物料溫度降低至60^oC以下，采用板框壓濾機(jī)洗滌除硫酸鹽，得到二氧化硅凝膠濾餅。將一部分二氧化硅凝膠濾餅直接閃蒸干燥，得到納米二氧化硅干粉。

將100份二氧化硅濾餅、0.15份脂肪醇聚氧乙烯醚、0.5份酒石酸鉀鈉投入高速切割混合機(jī)中，切割混合成泥漿，然后投入8份活性炭、14份納米硅膠干粉、2份氧化鈦、4份三氧化二鋁、5份氫氧化鎂、6份氫氧化鈣、2份氫氧化鋅、0.8份羥丙基纖維素，繼續(xù)快速切割混合10min，得到蓬松的濕物料。采用4mm網(wǎng)孔的造粒機(jī)進(jìn)行造粒。然后，將條狀顆粒物料投入球形拋丸機(jī)中進(jìn)行滾圓，得到大小約為4mm的球形顆粒物料。接著，用氣流干燥進(jìn)行物料的干燥，干燥溫度120^oC，干燥時(shí)間3h，得到含水量＜5%的產(chǎn)品。最后，經(jīng)過振動(dòng)篩篩分后，得到成品。

實(shí)施例2