CN104815615A - 一种新型稻壳基改性炭硅复合吸附剂的制备 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及挥发性有机物(VOCs)污染控制的具有光催化功能的稻壳基改性炭硅复合吸附材料的制备方法。首先将稻壳进行除杂热解制得稻壳炭，再用Na2CO3溶液处理稻壳炭，过滤后的滤渣经碱和水蒸气集成活化制得脱硅稻壳活性炭，滤液及洗液中通入CO2制备稻壳基硅胶；稻壳基硅胶再进行疏水化改性并加入具有光催化作用的TiO2，然后将稻壳基活性炭以及改性疏水硅胶利用粘结剂(凹凸棒土)进行粘结复合，并将其粉碎、挤压、成型后置于真空气氛烧结炉中500℃下处理2h，最后得到该复合吸附材料。本发明通过对农业废弃物稻壳进行有针对性的处理及改性，制备出吸附、解吸性能优越，适用于VOCs污染控制的专用吸附剂。
Description
技术领域
本发明属于油气回收技术领域，本发明具体涉及挥发性有机物(VOCs)污染控制的具有光催化功能的稻壳基改性炭硅复合吸附材料的制备方法。
背景技术
近年来空气中PM2.5污染源增量，光化学烟雾、雾霾天气等在全国大范围内出现，环境问题日益严重，油品储存及运输过程中VOCs扩散到大气中、汽车尾气的排放、工业废气未经严格控制随意排放等因素是引起这些环境问题的重要原因。随着国内外油气排放标准的日益严格，油品储运过程中的油气回收问题也逐渐成为行业内热议的话题。VOCs扩散到大气中不仅会对环境带来一定的影响，同时也将危害人体健康，带来一定的安全隐患。
稻壳是水稻种植国家常见的农业废弃物，据统计，全球每年水稻产量达690t左右，而每收获1kg稻米将伴随0.22～0.35kg副产品稻壳的产生。稻壳通常的处理方法是在空旷的领域进行燃烧或作为低热值燃料使用，这种做法不仅造成能源浪费，而且会导致严重的环境问题。然而，稻壳是一个高纯度非晶硅的非常优质的来源，这一材料广泛应用于生产各种催化剂、硅胶、玻璃、吸附剂等产品，而且是生产硅胶的各种途径中价格最低廉的方法。提取硅之后的多孔稻壳炭可以应用于吸附溶液中的酚类、金属离子以及挥发性有机气体，而且经活化后的稻壳活性炭具有较大的比表面积，吸附量大，吸附效果好并且针对不同污染物具有选择性吸附等优点。稻壳炭相对未进行硅炭分离时相对较小的比表面积阻碍了它的广泛应用，而且硅胶较大的吸水性一直是其在油气回收领域广泛应用的一个阻碍，本发明充分利用稻壳，将稻壳的硅与炭进行分离，并各自进行改性(硅胶疏水化改性并加入具有高效光催化作用的TiO2以及稻壳炭活化)，最后将改性之后的各部分进行用粘结剂进行粘结复合，制备出更加适用于VOCs污染控制的专用吸附剂。
根据本发明技术特点检索了国内外数据库，发现有关以稻壳为原料制备吸附剂的报道和专利比较多。例如，中国专利CN104211045A提出一种直接用磷酸溶液在一定温度下将稻壳处理一定时间不将硅提取出的简单快速制备稻壳基多孔炭/二氧化硅复合材料的方法；中国专利CN102941066A描述了一种利用通过一定浓度的H3PO4溶液处理，并在一定温度下活化的稻壳制备柴油脱硫吸附剂的制备方法；中国专利CN102389774A提出利用一定浓度的NaOH溶液将稻壳中的硅溶出，脱硅稻壳用H3PO4溶液活化为活性炭，含硅溶液中加入H2SO4溶液制得硅胶，最后将活性炭与硅胶粉碎成型制得复合吸附剂的方法。但尚未见到针对VOCs的具体特点对吸附剂进行改性之后复合的改性炭硅复合吸附剂的制备方法。
发明内容
针对背景技术中存在的问题和不足，本发明的目的在于充分利用农业废弃物稻壳，通过对其进行有针对性的处理及改性，制备出吸附、解吸性能更加优越，更加适用于VOCs的专用吸附剂。
本发明的技术方案是首先将稻壳进行除杂热解制得稻壳炭，再将制得的稻壳炭用HCl溶液进行预处理，然后再用Na2CO3溶液处理稻壳炭，过滤后的滤渣经碱和水蒸气集成活化制得脱硅稻壳活性炭，再在一定条件下向滤液及脱硅稻壳炭的洗液中通入CO2制备稻壳基硅胶，稻壳基硅胶再进行疏水化改性并加入具有高效光催化作用的TiO2，最后将稻壳基活性炭以及改性疏水硅胶利用粘结剂(凹凸棒土)进行粘结复合，之后将其粉碎、挤压、成型最后置于真空气氛烧结炉中500℃下后处理2h，制得可去除空气中对人体有害的挥发性有机物(VOCs)的稻壳基改性炭硅复合吸附剂。
本发明采用的技术方案具体包括如下步骤：
1.稻壳除杂热解：将稻壳用蒸馏水洗净污泥等杂质，之后将其置于真空气氛烧结炉中在150℃下干燥12h，得到干燥的稻壳，将干燥后的稻壳继续置于真空气氛烧结炉中，再通过流量为200cm3/min的氮气驱赶气氛烧结炉内的空气，之后以10℃/min的升温速率将炉内温度由常温升到400～600℃下热解4～6h，制得稻壳炭。
2.稻壳炭预处理：取一定量步骤1中热解后的稻壳炭，与适量浓度为1mol/L的HCl溶液混合放入烧瓶中，在恒温油浴中回流冷凝且不断搅拌下煮沸3h，去除大部分杂质并且提高硅的纯度，将悬浮液过滤，滤渣用蒸馏水洗至中性并在150℃下干燥12h备用。
3.脱硅稻壳炭的制备：将步骤2中预处理后的稻壳炭放入烧瓶中加入一定量一定浓度的Na2CO3溶液，其中，稻壳炭与Na2CO3溶液的质量比为0.3:1，Na2CO3溶液的浓度为10％～20％，将烧瓶置于恒温油浴中煮沸5h，之后将悬浮液过滤，滤液及洗液收集备用，沉淀物用蒸馏水洗至中性，并在150℃下干燥20h，制得脱硅稻壳炭。
4.脱硅稻壳炭的活化：将步骤2中制得的脱硅稻壳炭用一定量的KOH和水蒸气集成的活化方法进行活化，制得脱硅稻壳活性炭，其中碱炭比为6:1,水蒸气的流量为400cm3/min，温度为800℃。
5.稻壳基硅胶的制备：将第3步中的滤液和洗液放入烧瓶中，置于85℃恒温油浴锅中，以0.15L/min的速率连续通入CO2，保持90min，将生成的沉淀过滤并在150℃下干燥12h，制得稻壳基硅胶。
6.稻壳基硅胶的疏水化改性：取一定量步骤5中干燥后的稻壳硅胶，与TiO2以20:1的比例混合，之后加入少量蒸馏水混合均匀置于烧瓶中，将烧瓶置于90℃的恒温油浴锅中，加入适量的正癸醇与酞酸丁酯的混合溶液，不断搅拌下保持2～4h，过滤混合溶液，将沉淀用蒸馏水反复洗涤，之后将沉淀置于真空气氛烧结炉中150℃下干燥20h，将干燥后的硅胶用乙醇溶液洗涤15min之后过滤，将过滤后的沉淀物在真空气氛烧结炉中150℃下干燥12h，即制得稻壳基改性疏水硅胶。
7.吸附剂的复合：将第3步中制得的脱硅稻壳活性炭与第5步中制得的稻壳基改性疏水硅胶按照2.5:1的比例混合均匀后加入凹凸棒土粘结剂进行粘结复合，并将复合吸附剂进行粉碎、挤压、成型，最后置于真空气氛烧结炉中，通过流量为200cm3/min的氮气驱赶气氛烧结炉内的空气，之后以10℃/min的升温速率将炉内温度由常温升到500℃后处理2h，制得VOCs污染控制的具有光催化功能的稻壳基改性炭硅复合吸附材料。
本发明的优点在于：
(1)本发明利用盐类Na2CO3溶液提取稻壳炭中的硅，以及向溶液中直接通入二氧化碳形成硅胶，相比其他利用强碱NaOH溶液提取硅，滴加H2SO4溶液形成硅胶的的方法，减少废水处理问题，更为经济、安全、环保，并且形成的硅胶质量更加优越；
(2)本发明针对吸附剂所要应用的行业对吸附剂进行有针对性的改性，使其在应用中性能更为优越；
(3)本发明利用农业废弃物稻壳制备油气回收用复合吸附剂，具有较高的经济价值，且解决了一大严重的环保问题。
具体实施例
下面通过一些实施例具体说明本专利，但本发明不受实施例限制：
实施例1：
(1)取适量稻壳用蒸馏水洗净污泥等杂质，之后置于真空气氛烧结炉中在150℃下干燥12h，之后将干燥后的稻壳继续置于真空气氛烧结炉中500℃下热解5h，之后将热解后得到的稻壳炭与适量浓度为1mol/L的HCl溶液混合放入烧瓶中，在恒温油浴中回流冷凝且不断搅拌下煮沸3h后过滤，滤渣用蒸馏水洗至中性并在150℃下干燥12h备用。
(2)将上述预处理后的稻壳炭30g与浓度为10％的Na2CO3溶液按0.3:1的比例混合后置于恒温油浴中煮沸5h，之后将悬浮液过滤，滤液及洗液收集备用，沉淀物用蒸馏水洗至中性，并在150℃下干燥20h，之后将制得的脱硅稻壳炭与KOH按质量比1:6混合和并且用流量为400cm3/min，温度为800℃水蒸气集成的活化方法进行活化，制得脱硅稻壳活性炭。
(3)将上述步骤中的滤液及洗液收集放入烧瓶，置于85℃的恒温油浴中，并以0.15L/min的速率连续通入CO2，保持90min，将生成的沉淀过滤并在150℃下干燥12h，将制得的稻壳基硅胶与TiO2以20:1的比例混合，之后加入少量蒸馏水混合均匀置于烧瓶中，将烧瓶置于90℃的恒温油浴锅中，加入适量的正癸醇与酞酸丁酯的混合溶液，不断搅拌下保持3h。过滤混合溶液，将沉淀用蒸馏水反复洗涤，之后将沉淀置于真空气氛烧结炉中150℃下干燥20h。将干燥后的硅胶用乙醇溶液洗涤15min之后过滤，将过滤后的沉淀物在真空气氛烧结炉中150℃下干燥12h，即制得稻壳基改性疏水硅胶。
(4)将制得的脱硅稻壳活性炭与稻壳基改性疏水硅胶按2.5:1的比例混合均匀后加入凹凸棒土粘结剂进行粘结复合，并将复合吸附剂进行粉碎、挤压、成型，最后置于真空气氛烧结炉中，通过流量为200cm3/min的氮气驱赶气氛烧结炉内的空气，之后以10℃/min的升温速率将炉内温度由常温升到500℃后处理2h，制得VOCs污染控制的具有光催化功能的稻壳基改性炭硅复合吸附材料。
实施例2：
(1)取适量稻壳用蒸馏水洗净污泥等杂质，之后置于真空气氛烧结炉中在150℃下干燥12h，之后将干燥后的稻壳继续置于真空气氛烧结炉中500℃下热解5h，之后将热解后得到的稻壳炭与适量浓度为1mol/L的HCl溶液混合放入烧瓶中，在恒温油浴中回流冷凝且不断搅拌下煮沸3h后过滤，滤渣用蒸馏水洗至中性并在150℃下干燥12h备用。
(2)将上述预处理后的稻壳炭30g与浓度为15％的Na2CO3溶液按0.3:1的比例混合后置于恒温油浴中煮沸5h，之后将悬浮液过滤，滤液及洗液收集备用，沉淀物用蒸馏水洗至中性，并在150℃下干燥20h，之后将制得的脱硅稻壳炭与KOH按质量比1:6混合和并且用流量为400cm3/min，温度为800℃水蒸气集成的活化方法进行活化，制得脱硅稻壳活性炭。
(3)将上述步骤中的滤液及洗液收集放入烧瓶，置于85℃的恒温油浴中，并以0.15L/min的速率连续通入CO2，保持90min，将生成的沉淀过滤并在150℃下干燥12h，将制得的稻壳基硅胶与TiO2以20：1的比例混合，之后加入少量蒸馏水混合均匀置于烧瓶中，将烧瓶置于90℃的恒温油浴锅中，加入适量的正癸醇与酞酸丁酯的混合溶液，不断搅拌下保持3h。过滤混合溶液，将沉淀用蒸馏水反复洗涤，之后将沉淀置于真空气氛烧结炉中150℃下干燥20h。将干燥后的硅胶用乙醇溶液洗涤15min之后过滤，将过滤后的沉淀物在真空气氛烧结炉中150℃下干燥12h，即制得稻壳基改性疏水硅胶。
(4)将制得的脱硅稻壳活性炭与稻壳基改性疏水硅胶按2.5:1的比例混合均匀后加入凹凸棒土粘结剂进行粘结复合，并将复合吸附剂进行粉碎、挤压、成型，最后置于真空气氛烧结炉中，通过流量为200cm3/min的氮气驱赶气氛烧结炉内的空气，之后以10℃/min的升温速率将炉内温度由常温升到500℃后处理2h，制得VOCs污染控制的具有光催化功能的稻壳基改性炭硅复合吸附材料。
实施例3：
(1)取适量稻壳用蒸馏水洗净污泥等杂质，之后置于真空气氛烧结炉中在150℃下干燥12h，之后将干燥后的稻壳继续置于真空气氛烧结炉中500℃下热解5h，之后将热解后得到的稻壳炭与适量浓度为1mol/L的HCl溶液混合放入烧瓶中，在恒温油浴中回流冷凝且不断搅拌下煮沸3h后过滤，滤渣用蒸馏水洗至中性并在150℃下干燥12h备用。
(2)将上述预处理后的稻壳炭30g与浓度为20％的Na2CO3溶液按0.3:1的比例混合后置于恒温油浴中煮沸5h，之后将悬浮液过滤，滤液及洗液收集备用，沉淀物用蒸馏水洗至中性，并在150℃下干燥20h，之后将制得的脱硅稻壳炭与KOH按质量比1:6混合和并且用流量为400cm3/min，温度为800℃水蒸气集成的活化方法进行活化，制得脱硅稻壳活性炭。
(3)将上述步骤中的滤液及洗液收集放入烧瓶，置于85℃的恒温油浴中，并以0.15L/min的速率连续通入CO2，保持90min，将生成的沉淀过滤并在150℃下干燥12h，将制得的稻壳基硅胶与TiO2以20:1的比例混合，之后加入少量蒸馏水混合均匀置于烧瓶中，将烧瓶置于90℃的恒温油浴锅中，加入适量的正癸醇与酞酸丁酯的混合溶液，不断搅拌下保持3h。过滤混合溶液，将沉淀用蒸馏水反复洗涤，之后将沉淀置于真空气氛烧结炉中150℃下干燥20h。将干燥后的硅胶用乙醇溶液洗涤15min之后过滤，将过滤后的沉淀物在真空气氛烧结炉中150℃下干燥12h，即制得稻壳基改性疏水硅胶。
(4)将制得的脱硅稻壳活性炭与稻壳基改性疏水硅胶按2.5:1的比例混合均匀后加入凹凸棒土粘结剂进行粘结复合，并将复合吸附剂进行粉碎、挤压、成型，最后置于真空气氛烧结炉中，通过流量为200cm3/min的氮气驱赶气氛烧结炉内的空气，之后以10℃/min的升温速率将炉内温度由常温升到500℃后处理2h，制得VOCs污染控制的具有光催化功能的稻壳基改性炭硅复合吸附材料。
实施例4：
(1)取适量稻壳用蒸馏水洗净污泥等杂质，之后置于真空气氛烧结炉中在150℃下干燥12h，之后将干燥后的稻壳继续置于真空气氛烧结炉中400℃下热解5h，之后将热解后得到的稻壳炭与适量浓度为1mol/L的HCl溶液混合放入烧瓶中，在恒温油浴中回流冷凝且不断搅拌下煮沸3h后过滤，滤渣用蒸馏水洗至中性并在150℃下干燥12h备用。
(2)将上述预处理后的稻壳炭30g与浓度为15％的Na2CO3溶液按0.3:1的比例混合后置于恒温油浴中煮沸5h，之后将悬浮液过滤，滤液及洗液收集备用，沉淀物用蒸馏水洗至中性，并在150℃下干燥20h，之后将制得的脱硅稻壳炭与KOH按质量比1:6混合和并且用流量为400cm3/min，温度为800℃水蒸气集成的活化方法进行活化，制得脱硅稻壳活性炭。
(3)将上述步骤中的滤液及洗液收集放入烧瓶，置于85℃的恒温油浴中，并以0.15L/min的速率连续通入CO2，保持90min，将生成的沉淀过滤并在150℃下干燥12h，将制得的稻壳基硅胶与TiO2以20:1的比例混合，之后加入少量蒸馏水混合均匀置于烧瓶中，将烧瓶置于90℃的恒温油浴锅中，加入适量的正癸醇与酞酸丁酯的混合溶液，不断搅拌下保持3h。过滤混合溶液，将沉淀用蒸馏水反复洗涤，之后将沉淀置于真空气氛烧结炉中150℃下干燥20h。将干燥后的硅胶用乙醇溶液洗涤15min之后过滤，将过滤后的沉淀物在真空气氛烧结炉中150℃下干燥12h，即制得稻壳基改性疏水硅胶。
(4)将制得的脱硅稻壳活性炭与稻壳基改性疏水硅胶按2.5:1的比例混合均匀后加入凹凸棒土粘结剂进行粘结复合，并将复合吸附剂进行粉碎、挤压、成型，最后置于真空气氛烧结炉中，通过流量为200cm3/min的氮气驱赶气氛烧结炉内的空气，之后以10℃/min的升温速率将炉内温度由常温升到500℃后处理2h，制得VOCs污染控制的具有光催化功能的稻壳基改性炭硅复合吸附材料。
实施例5：
(1)取适量稻壳用蒸馏水洗净污泥等杂质，之后置于真空气氛烧结炉中在150℃下干燥12h，之后将干燥后的稻壳继续置于真空气氛烧结炉中600℃下热解5h，之后将热解后得到的稻壳炭与适量浓度为1mol/L的HCl溶液混合放入烧瓶中，在恒温油浴中回流冷凝且不断搅拌下煮沸3h后过滤，滤渣用蒸馏水洗至中性并在150℃下干燥12h备用。
(2)将上述预处理后的稻壳炭30g与浓度为15％的Na2CO3溶液按0.3:1的比例混合后置于恒温油浴中煮沸5h，之后将悬浮液过滤，滤液及洗液收集备用，沉淀物用蒸馏水洗至中性，并在150℃下干燥20h，之后将制得的脱硅稻壳炭与KOH按质量比1:6混合和并且用流量为400cm3/min，温度为800℃水蒸气集成的活化方法进行活化，制得脱硅稻壳活性炭。
(3)将上述步骤中的滤液及洗液收集放入烧瓶，置于85℃的恒温油浴中，并以0.15L/min的速率连续通入CO2，保持90min，将生成的沉淀过滤并在150℃下干燥12h，将制得的稻壳基硅胶与TiO2以20:1的比例混合，之后加入少量蒸馏水混合均匀置于烧瓶中，将烧瓶置于90℃的恒温油浴锅中，加入适量的正癸醇与酞酸丁酯的混合溶液，不断搅拌下保持3h。过滤混合溶液，将沉淀用蒸馏水反复洗涤，之后将沉淀置于真空气氛烧结炉中150℃下干燥20h。将干燥后的硅胶用乙醇溶液洗涤15min之后过滤，将过滤后的沉淀物在真空气氛烧结炉中150℃下干燥12h，即制得稻壳基改性疏水硅胶。
(4)将制得的脱硅稻壳活性炭与稻壳基改性疏水硅胶按2.5:1的比例混合均匀后加入凹凸棒土粘结剂进行粘结复合，并将复合吸附剂进行粉碎、挤压、成型，最后置于真空气氛烧结炉中，通过流量为200cm3/min的氮气驱赶气氛烧结炉内的空气，之后以10℃/min的升温速率将炉内温度由常温升到500℃后处理2h，制得VOCs污染控制的具有光催化功能的稻壳基改性炭硅复合吸附材料。
实施例6：
(1)取适量稻壳用蒸馏水洗净污泥等杂质，之后置于真空气氛烧结炉中在150℃下干燥12h，之后将干燥后的稻壳继续置于真空气氛烧结炉中500℃下热解5h，之后将热解后得到的稻壳炭与适量浓度为1mol/L的HCl溶液混合放入烧瓶中，在恒温油浴中回流冷凝且不断搅拌下煮沸3h后过滤，滤渣用蒸馏水洗至中性并在150℃下干燥12h备用。
(2)将上述预处理后的稻壳炭30g与浓度为15％的Na2CO3溶液按0.3:1的比例混合后置于恒温油浴中煮沸5h，之后将悬浮液过滤，滤液及洗液收集备用，沉淀物用蒸馏水洗至中性，并在150℃下干燥20h，之后将制得的脱硅稻壳炭与KOH按质量比1:6混合和并且用流量为400cm3/min，温度为800℃水蒸气集成的活化方法进行活化，制得脱硅稻壳活性炭。
(3)将上述步骤中的滤液及洗液收集放入烧瓶，置于85℃的恒温油浴中，并以0.15L/min的速率连续通入CO2，保持90min，将生成的沉淀过滤并在150℃下干燥12h，将制得的稻壳基硅胶与TiO2以20:1的比例混合，之后加入少量蒸馏水混合均匀置于烧瓶中，将烧瓶置于90℃的恒温油浴锅中，加入适量的正癸醇与酞酸丁酯的混合溶液，不断搅拌下保持2h。过滤混合溶液，将沉淀用蒸馏水反复洗涤，之后将沉淀置于真空气氛烧结炉中150℃下干燥20h。将干燥后的硅胶用乙醇溶液洗涤15min之后过滤，将过滤后的沉淀物在真空气氛烧结炉中150℃下干燥12h，即制得稻壳基改性疏水硅胶。
(4)将制得的脱硅稻壳活性炭与稻壳基改性疏水硅胶按2.5:1的比例混合均匀后加入凹凸棒土粘结剂进行粘结复合，并将复合吸附剂进行粉碎、挤压、成型，最后置于真空气氛烧结炉中，通过流量为200cm3/min的氮气驱赶气氛烧结炉内的空气，之后以10℃/min的升温速率将炉内温度由常温升到500℃后处理2h，制得VOCs污染控制的具有光催化功能的稻壳基改性炭硅复合吸附材料。
实施例7：
(1)取适量稻壳用蒸馏水洗净污泥等杂质，之后置于真空气氛烧结炉中在150℃下干燥12h，之后将干燥后的稻壳继续置于真空气氛烧结炉中500℃下热解5h，之后将热解后得到的稻壳炭与适量浓度为1mol/L的HCl溶液混合放入烧瓶中，在恒温油浴中回流冷凝且不断搅拌下煮沸3h后过滤，滤渣用蒸馏水洗至中性并在150℃下干燥12h备用。
(2)将上述预处理后的稻壳炭30g与浓度为15％的Na2CO3溶液按0.3:1的比例混合后置于恒温油浴中煮沸5h，之后将悬浮液过滤，滤液及洗液收集备用，沉淀物用蒸馏水洗至中性，并在150℃下干燥20h，之后将制得的脱硅稻壳炭与KOH按质量比1:6混合和并且用流量为400cm3/min，温度为800℃水蒸气集成的活化方法进行活化，制得脱硅稻壳活性炭。
(3)将上述步骤中的滤液及洗液收集放入烧瓶，置于85℃的恒温油浴中，并以0.15L/min的速率连续通入CO2，保持90min，将生成的沉淀过滤并在150℃下干燥12h，将制得的稻壳基硅胶与TiO2以20:1的比例混合，之后加入少量蒸馏水混合均匀置于烧瓶中，将烧瓶置于90℃的恒温油浴锅中，加入适量的正癸醇与酞酸丁酯的混合溶液，不断搅拌下保持4h。过滤混合溶液，将沉淀用蒸馏水反复洗涤，之后将沉淀置于真空气氛烧结炉中150℃下干燥20h。将干燥后的硅胶用乙醇溶液洗涤15min之后过滤，将过滤后的沉淀物在真空气氛烧结炉中150℃下干燥12h，即制得稻壳基改性疏水硅胶。
(4)将制得的脱硅稻壳活性炭与稻壳基改性疏水硅胶按2.5:1的比例混合均匀后加入凹凸棒土粘结剂进行粘结复合，并将复合吸附剂进行粉碎、挤压、成型，最后置于真空气氛烧结炉中，通过流量为200cm3/min的氮气驱赶气氛烧结炉内的空气，之后以10℃/min的升温速率将炉内温度由常温升到500℃后处理2h，制得VOCs污染控制的具有光催化功能的稻壳基改性炭硅复合吸附材料。
实施例8：
实施例2中第1步、第2步内容不变，删除第3、4步内容，仅制得脱硅稻壳活性炭。
实施例9:
实施例2中第1、3步内容不变，第2步删除脱硅稻壳炭活化的步骤，第4步内容删除，仅制得稻壳基改性疏水硅胶。
实施例10：
按照实施例2中的方法制备吸附剂，用于吸附甲醇溶液。
实施例11：
按照实施例2中的方法制备吸附剂，用于吸附甲苯溶液。
新型稻壳基改性炭硅复合吸附剂吸附挥发性有机物的性能评价
新型稻壳基改性炭硅复合吸附剂的综合吸附性能通过其吸附剂对油气、甲醇和甲苯的吸附率、解吸率以及吸附热的测试结果进行评价。吸附率、解吸率通过差重法确定，使用电光分析天平称重吸附、解吸前后吸附剂的质量，相应条件下吸附剂的吸附率和相对解吸率分别按式(1)、(2)计算：
式中：X——吸附剂的吸附率，％；
Y——吸附剂的解吸率，％；
m1——吸附前吸附剂的质量，g；
m2——吸附后吸附剂的质量，g；
m3——解吸前吸附剂的质量，g；
m4——解吸后吸附剂的质量，g。
吸附热通过在吸附柱的不同高度放置多路温度测试仪探头进行测定，比较吸附前后温度变化。实施例的实验结果如下表1所示。
表1复合材料的综合性能试验
根据表1中显示的复合吸附材料的吸附性能可以看出，实施例2的吸附、解吸性能相对优越，从而可知新型吸附剂的最优制备条件，同时根据实施例10和实施例11可知本发明制得的新型吸附剂对甲醇和甲苯均具有吸附作用，因此可知根据本发明提出的方法可以制得VOCs污染控制的具有光催化功能的稻壳基改性炭硅复合吸附材料。
Claims (8)
1.一种新型稻壳基改性炭硅复合吸附剂的制备，其特征在于：首先将稻壳进行除杂热解，之后将制得的稻壳炭进行预处理，然后将稻壳炭进行脱硅处理，脱硅处理过程中的滤渣经碱液和水蒸气集成活化制得脱硅稻壳活性炭，滤液及脱硅稻壳炭的洗液中通入CO2制备稻壳基硅胶，稻壳基硅胶再进行功能化处理，最后将稻壳基活性炭以及改性硅胶进行粘结复合，成型处理，制得挥发性有机物(VOCs)污染控制的具有光催化功能的稻壳基改性炭硅复合吸附材料。
2.如权利要求1所述的一种新型稻壳基改性炭硅复合吸附剂的制备，其特征在于：所述稻壳除杂热解的步骤为：将稻壳用蒸馏水洗净污泥等杂质，之后将其置于真空气氛烧结炉中在150℃下干燥12h，得到干燥的稻壳，将干燥后的稻壳继续置于真空气氛烧结炉中，再通过流量为200cm3/min的氮气驱赶气氛烧结炉内的空气，之后以10℃/min的升温速率将炉内温度由常温升到400～600℃下热解4～6h，制得稻壳炭。
3.如权利要求1所述的一种新型稻壳基改性炭硅复合吸附剂的制备，其特征在于：所述稻壳炭预处理的步骤为：取一定量步骤1中热解后的稻壳炭，与适量浓度为1mol/L的HCl溶液混合放入烧瓶中，在恒温油浴中回流冷凝且不断搅拌下煮沸3h，去除大部分杂质并且提高硅的纯度，将悬浮液过滤，滤渣用蒸馏水洗至中性并在150℃下干燥12h备用。
4.如权利要求1所述的一种新型稻壳基改性炭硅复合吸附剂的制备，其特征在于：所述脱硅稻壳炭的制备步骤为：将步骤2中预处理后的稻壳炭放入烧瓶中加入一定量一定浓度的Na2CO3溶液，其中，稻壳炭与Na2CO3溶液的质量比为0.3:1，Na2CO3溶液的浓度为10％～20％，将烧瓶置于恒温油浴中煮沸5h，之后将悬浮液过滤，滤液及洗液收集备用，沉淀物用蒸馏水洗至中性，并在150℃下干燥20h，制得脱硅稻壳炭。
5.如权利要求1所述的一种新型稻壳基改性炭硅复合吸附剂的制备，其特征在于：所述脱硅稻壳炭的活化步骤为：将步骤2中制得的脱硅稻壳炭用一定量的KOH和水蒸气集成的活化方法进行活化，制得脱硅稻壳活性炭，其中碱炭比为6:1,水蒸气的流量为400cm3/min，温度为800℃。
6.如权利要求1所述的一种新型稻壳基改性炭硅复合吸附剂的制备，其特征在于：所述稻壳基硅胶的制备步骤为：将第3步中的滤液和洗液放入烧瓶中，置于85℃恒温油浴锅中，以0.15L/min的速率连续通入CO2，保持90min，将生成的沉淀过滤并在150℃下干燥12h，制得稻壳基硅胶。
7.如权利要求1所述的一种新型稻壳基改性炭硅复合吸附剂的制备，其特征在于：所述稻壳基硅胶的疏水化改性的步骤为：取一定量上述干燥后的稻壳硅胶，与TiO2以20:1的比例混合，之后加入少量蒸馏水混合均匀置于烧瓶中，将烧瓶置于90℃的恒温油浴锅中，加入适量的正癸醇与酞酸丁酯的混合溶液，不断搅拌下保持2～4h，过滤混合溶液，将沉淀用蒸馏水反复洗涤，之后将沉淀置于真空气氛烧结炉中150℃下干燥20h，将干燥后的硅胶用乙醇溶液洗涤15min之后过滤，将过滤后的沉淀物在真空气氛烧结炉中150℃下干燥12h，即制得稻壳基改性疏水硅胶。
8.如权利要求1所述的一种新型稻壳基改性炭硅复合吸附剂的制备，其特征在于：所述吸附剂的复合步骤为：将第3步中制得的脱硅稻壳活性炭与第5步中制得的稻壳基改性疏水硅胶按照2.5:1的比例混合均匀后加入凹凸棒土粘结剂进行粘结复合，并将复合吸附剂进行粉碎、挤压、成型，最后置于真空气氛烧结炉中，通过流量为200cm3/min的氮气驱赶气氛烧结炉内的空气，之后以10℃/min的升温速率将炉内温度由常温升到500℃后处理2h，制得VOCs污染控制的具有光催化功能的稻壳基改性炭硅复合吸附材料。
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