CN104941578A

CN104941578A - 一种净化用硅胶复合颗粒及其制备方法

Info

Publication number: CN104941578A
Application number: CN201510273064.3A
Authority: CN
Inventors: 庄艺伟; 刘主良; 刘志辉; 柯江洋; 刘群鹏; 刘群鸿; 陈鸿博
Original assignee: Zhangzhou Yucheng New Material Co Ltd
Current assignee: Zhangzhou Yucheng New Material Co Ltd
Priority date: 2015-05-26
Filing date: 2015-05-26
Publication date: 2015-09-30

Abstract

本发明公开了一种净化用硅胶复合颗粒及其制备方法，该硅胶复合颗粒微观呈多孔结构，孔体积0.6-1.8cm³/g，比表面积150-350m²/g，孔径分布0.5-50nm；该硅胶复合颗粒的含水量≤5%；颗粒大小为1-10mm；该硅胶颗粒对甲醛的去除率≥95%；其重量组成为：二氧化硅凝胶40-90份、硅藻土1-20份、三氧化二铝1-20份、活性炭1-15份、活性催化剂组份1-15份、光触媒1-5份、粘合剂1-20份。其方法是使负载有催化剂的二氧化硅凝胶与其余组份进行机械混合，然后进行造粒成球或成棒状；进行干燥，得到粗产品；再恒温活化，冷却后过筛得到成品。能高效吸附甲醛、氨、甲苯等有害气体。

Description

一种净化用硅胶复合颗粒及其制备方法

技术领域

本发明属于环保材料技术领域，特别涉及一种能够有效祛除甲醛、净化空气的多孔硅胶复合颗粒及其制备方法。

背景技术

环保一直是人们所关注的问题，社会发展和科技进步所带来的环境污染成了困扰人类健康的问题，尤其是在我们日常生活中的装修污染、车内甲醛等有害气体，长期接触会导致呼吸道疾病、影响心肺功能、神经***，甚至引起基因突变和癌变，因为室内装修污染导致危害人们健康的报道已经屡见不鲜了。美国环保局统计表明，室内空气污染程度是室外的2-5倍，严重时甚至达到100倍以上。因此，如何有效降解甲醛等有害气体成为了人们关注的热点。2014年12月中国室内环境监测委员会、国家室内车内环境及环保产品质量监督检验中心环境在北京召开2014年全国室内车内环保行业发展大会，对环保行业的现状和发展趋势做出了总结和分析。由此可见，人们对新型有效的环保产品的迫切需求。

目前，市场上的净化产品主要以活性炭类、硅藻纯、光触媒类产品为主。虽然活性炭和硅藻纯能够吸附有害气体，但是吸附饱和后失去效果，甚至可能造成二次污染。光触媒类产品具有一定的分解有害气体的能力，但是由于其需要在紫外线的作用下才能发挥效果，因而也限制了其使用范围。

硅胶是一种高活性吸附性材料，具有比表面积大、孔道结构发达、原生颗粒细等特点，它能够选择性吸附空气中的甲醛、氨等有害气体，尤其对极性气体分子的吸附能力更强。专利CN 104258806提供了一种用于环境空气净化用硅胶颗粒的制备方法，该多孔硅胶颗粒比表面积为250-500m²/g、孔体积为1.2-2.0mL/g、平均孔径5-50nm、平均粒径为10-100μm，对甲醛的去除率大于85%。通过在多孔材质复合催化成分可以得到具有分解甲醛能力的净化产品如硅藻纯，一种光触媒多功能硅藻纯净化颗粒（CN 201310142911）所制备的硅藻纯就是在多孔材料中复合光触媒，起到分解甲醛的目的，但是由于以硅藻土为主要原料，比表面积小、孔体积小，并且光触媒催化剂需要在紫外线下才发挥效用，故甲醛祛除能力达不到理想水平。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够去除空气中的甲醛、氨、甲苯等有害气体，尤其对甲醛的去除效果特别好的用于空气净化的多孔硅胶复合颗粒及其制备方法。

为实现上述目的，本发明的解决方法是：

一种净化用硅胶复合颗粒，其中：该硅胶复合颗粒微观呈多孔结构，孔体积0.6-1.8cm³/g，比表面积150-350m²/g，孔径分布0.5-50nm；该硅胶复合颗粒的含水量≤5%；颗粒大小为1-10mm；该硅胶颗粒对甲醛的去除率≥95%。

所述净化用硅胶复合颗粒，其重量组成为：二氧化硅凝胶40-90份、硅藻土1-20份、三氧化二铝1-20份、活性炭1-15份、活性催化剂组份 1-15份、光触媒1-5份、粘合剂1-20份。

所述的活性催化剂组份包括纳米氧化锌、氧化铁、氧化钼、氧化钒、氧化铜、氧化钨、氧化钴、氧化铈、氧化镍、氧化锰、纳米银、纳米金、金属铂、或纳米二氧化钛的一种或几种。

所述的粘合剂是淀粉、糊精、水玻璃、聚乙烯醇、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、聚丙烯酰胺、羟甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素钠或微晶纤维素的一种或几种。

一种净化用硅胶复合颗粒的制备方法如下：

步骤1、将催化剂活性组份和二氧化硅凝胶搅拌混合，并加入去离子水，混合均匀后降低搅拌速度，保持搅拌1-24小时，使催化剂扩散到二氧化硅凝胶的网络结构中；

步骤2、将负载过催化剂的浆料打入板框压滤机，将物料中的水过滤掉，得到负载有催化剂的二氧化硅凝胶；

步骤3、将步骤2）中得到的物料40-90份、硅藻土1-20份、三氧化二铝1-20份、活性炭1-15份、活性催化剂组分 1-15份、光触媒1-5份、粘合剂1-20份进行机械混合，然后进行造粒成球或成棒状；

步骤4、采用低温干燥炉或气流干燥，将造粒后的湿料在80-200oC下进行干燥，得到粗产品；

步骤5、将粗产品在高温炉下300-650oC恒温活化2-5小时，冷却后过筛得到成品。

所述步骤1中二氧化硅凝胶的制备方法如下：1）将浓度为5-25%的水玻璃溶液和浓度为5-30%的硫酸在反应罐内混合，控制反应温度为20-50oC，反应pH值为4-10，反应0.5-2小时；2）反应结束后，将反应釜温度提高到60-100oC，保持温度1-5小时，使二氧化硅凝胶熟化；3）将反应结束的物料打到储槽，自然降温到60oC以下，采用板框压滤机进行洗涤除硫酸盐；4）得到所需的二氧化硅凝胶滤饼。

一种净化用硅胶复合颗粒的制备方法如下：

步骤2、然后采用喷雾干燥或闪蒸干燥对负载有催化剂的二氧化硅凝胶进行干燥，得到负载有催化剂组分的硅胶粉末；

步骤3、将负载有催化剂的硅胶粉40-90份、硅藻土1-20份、三氧化二铝1-20份、活性炭1-15份、活性催化剂组份 1-15份、光触媒1-5份、粘合剂1-20份、适量去离子水进行机械混合，然后进行造粒成球或成棒状；

步骤4、采用低温干燥炉或气流干燥，将造粒后的湿料在100-300oC进行干燥，得到粗产品；

采用上述方案后，本发明的硅胶复合颗粒孔体积0.6-1.8cm³/g，比表面积150-350m²/g，孔径分布0.5-50nm具有大比表面积、高孔隙率等特点，能高效吸附甲醛、氨、甲笨等有害气体，并且复合多种活性组分，可以分解吸附的有害气体，提高其对甲醛的祛除能力，甲醛去除率达到95%以上；并且，硅胶复合颗粒硅胶含量高、无毒无害、制备过程简单，是一种安全的环保材料。

附图说明

图1为本发明净化用硅胶复合颗粒制备方法的工艺流程示意图。

具体实施方式

本发明揭示了一种净化用硅胶复合颗粒，该硅胶复合颗粒微观呈多孔结构，孔体积0.6-1.8cm³/g，比表面积150-350m²/g，孔径分布0.5-50nm；该硅胶复合颗粒的含水量≤5%；颗粒大小为1-10mm；该硅胶颗粒对甲醛的去除率≥95%。

本发明所述硅胶复合颗粒制备的组成包括以下重量组分：二氧化硅凝胶40-90份、硅藻土1-20份、三氧化二铝1-20份、活性炭1-15份、活性催化剂组分 1-15份、光触媒1-5份、粘合剂1-20份。其中活性催化剂组份包括纳米氧化锌、氧化铁、氧化钼、氧化钒、氧化铜、氧化钨、氧化钴、氧化铈、氧化镍、氧化锰、纳米银、纳米金、金属铂、或纳米二氧化钛的一种或几种。其中粘合剂是淀粉、糊精、水玻璃、聚乙烯醇、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、聚丙烯酰胺、羟甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素钠或微晶纤维素的一种或几种。

配合图1所示，本发明所揭示的一种净化用硅胶复合颗粒的制备方法如下：

其中二氧化硅凝胶的制备方法如下：

1）将浓度为5-25%的水玻璃溶液和浓度为5-30%的硫酸在反应罐内混合，控制反应温度为20-50oC，反应pH值为4-10，反应0.5-2小时；

2）反应结束后，将反应釜温度提高到60-100oC，保持温度1-5小时，使二氧化硅凝胶熟化；

3）将反应结束的物料打到储槽，自然降温到60oC以下，采用板框压滤机进行洗涤除硫酸盐；

4）得到所需的二氧化硅凝胶滤饼。

步骤2、将负载过催化剂的浆料打入板框压滤机，将物料中的水过滤掉，得到负载有催化剂的二氧化硅凝胶。

步骤3、将步骤2）中得到的物料40-90份、硅藻土1-20份、三氧化二铝1-20份、活性炭1-15份、活性催化剂组分 1-15份、光触媒1-5份、粘合剂1-20份进行机械混合，然后进行造粒成球或成棒状。

步骤4、采用低温干燥炉或气流干燥，将造粒后的湿料在80-200oC下进行干燥，得到粗产品。

本发明所揭示的一种净化用硅胶复合颗粒的另一种制备方法如下：

下面结合具体实施例详细描述本发明。然而，实施例只是为了说明目的，本发明内容的范围并不限制于此。

实施例1

二氧化硅凝胶制备：（1）将500kg浓度为20%的水玻璃溶液打入反应釜中，同时注入1000kg去离子水；（2）搅拌并控制温度为35oC；（3）打入浓度为25%的硫酸，控制反应pH值为8-9混合；（3）形成凝胶后，继续反应30min，然后升高温度到90oC老化2小时，使二氧化硅凝胶熟化；（4）老化结束后，将反应浆料转移到储槽；（5）待料温度降到60oC以下，采用板框压滤机洗涤，得到二氧化硅凝胶滤饼；（6）将二氧化硅滤饼转移到匀浆罐内，并加入活性催化剂组份10份，混合均匀并慢速搅拌5h，使催化剂组分充分扩散到凝胶网络结构内部；（7）最后，将浆料送至压滤机进行过滤，得到负载有活性催化剂的滤饼。

硅胶复合颗粒制备：（1）将80份滤饼、15份硅藻土、15份三氧化二铝、5份活性炭、3份光触媒、5份粘合剂混合到一起，在快速搅拌机内将滤饼打成小碎块并与其他物料混合均匀；（2）将混合均匀的物料进行挤压和抛丸，得到球形颗粒；（4）用气流干燥或沸腾干燥对球形颗粒进行干燥，干燥温度为120oC，得到干燥的球形颗粒产品；（5）在高温炉内，在450oC进行活化3小时，得到成品后送去包装。

实施例2

二氧化硅凝胶制备：（1）将500kg浓度为20%的水玻璃溶液打入反应釜中，同时注入1000kg去离子水；（2）搅拌并控制温度为40oC；（3）打入浓度为25%的硫酸，控制反应pH值为8-9混合；（3）形成凝胶后，继续反应30min，然后升高温度到90oC老化2小时，使二氧化硅凝胶熟化；（4）老化结束后，将反应浆料转移到储槽；（5）待料温度降到60oC以下，采用板框压滤机洗涤，得到二氧化硅凝胶滤饼；（6）将二氧化硅滤饼转移到匀浆罐内，并加入活性催化剂组份13份，混合均匀并慢速搅拌8h；（7）最后，将浆料送至压滤机进行过滤，得到负载有活性催化剂的滤饼。

硅胶复合颗粒制备：（1）将85份滤饼、20份硅藻土、15份三氧化二铝、5份活性炭、2.5份光触媒、6份粘合剂混合到一起，在快速搅拌机内将滤饼打成小碎块并与其他物料混合均匀；（2）将混合均匀的物料进行挤压和抛丸，得到球形颗粒；（4）用气流干燥或沸腾干燥对球形颗粒进行干燥，干燥温度为130oC，得到干燥的球形颗粒产品；（5）在高温炉内，在500oC进行活化2.5小时，得到成品后送去包装。

实施例3

二氧化硅凝胶制备：（1）将500kg浓度为15%的水玻璃溶液打入反应釜中，同时注入800kg去离子水；（2）搅拌并控制温度为30oC；（3）打入浓度为20%的硫酸，控制反应pH值为8-9混合；（3）形成凝胶后，继续反应30min，然后升高温度到95oC老化2小时，使二氧化硅凝胶熟化；（4）老化结束后，将反应浆料转移到储槽；（5）待料温度降到60oC以下，采用板框压滤机洗涤，得到二氧化硅凝胶滤饼；（6）将二氧化硅滤饼转移到匀浆罐内，并加入活性催化剂组份8份，混合均匀并慢速搅拌3h；（7）最后，将浆料送至压滤机进行过滤，得到负载有活性催化剂的滤饼。

硅胶复合颗粒制备：（1）将70份滤饼、20份硅藻土、20份三氧化二铝、5份活性炭、4份光触媒、5份粘合剂混合到一起，在快速搅拌机内将滤饼打成小碎块并与其他物料混合均匀；（2）将混合均匀的物料进行挤压和抛丸，得到球形颗粒；（4）用气流干燥或沸腾干燥对球形颗粒进行干燥，干燥温度为100oC，得到干燥的球形颗粒产品；（5）在高温炉内，在300oC进行活化4小时，得到成品后送去包装。

实施例4

二氧化硅凝胶制备：（1）将500kg浓度为15%的水玻璃溶液打入反应釜中，同时注入800kg去离子水；（2）搅拌并控制温度为35oC；（3）打入浓度为15%的硫酸，控制反应pH值为7-8混合；（3）形成凝胶后，继续反应30min，然后升高温度到90oC老化2小时，使二氧化硅凝胶熟化；（4）老化结束后，将反应浆料转移到储槽；（5）待料温度降到60oC以下，采用板框压滤机洗涤，得到二氧化硅凝胶滤饼；（6）将二氧化硅滤饼转移到匀浆罐内，并加入活性催化剂组份10份，混合均匀并慢速搅拌20h，使催化剂充分扩散到凝胶网络结构内部；（7）最后，采用闪蒸干燥得到负载有催化剂的硅胶粉末。

硅胶复合颗粒制备：（1）将70份负载有催化剂的硅胶粉末、15份硅藻土、15份三氧化二铝、5份活性炭、4份光触媒、5份粘合剂、适量去离子水在混合机内快速混合均匀；（2）将混合均匀的物料进行挤压和抛丸，得到球形颗粒；（4）用气流干燥或沸腾干燥对球形颗粒进行干燥，干燥温度为150oC，得到干燥的球形颗粒产品；（5）在高温炉内，在500oC进行活化2.5小时，得到成品后送去包装。

对比实施例

二氧化硅凝胶制备：制备方法和实施例1一样，只需跳步骤（6）和步骤（7），无需进行活性催化剂的负载。

硅胶复合颗粒制备：（1）80份二氧化硅滤饼、5份粘合剂直接快速混合均匀；（2）将混合后的物料进行挤压和抛丸，得到球形颗粒；（3）用气流干燥或沸腾干燥对球形颗粒进行干燥，干燥温度为120oC，得到干燥的球形颗粒产品；（5）在高温炉内，在450oC热处理3小时，得到成品。

产品检测：加热减量根据HG/T 3065-2008规定的方法测定；孔体积、比表面积、孔径采用Micro Tristar II 3020按照DIN66134所述的方法测定；甲醛去除率根据QB/T 2761-2006规定的方法测定。

表一：实施例所得产品检测结果

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	对比实施例
						加热减量（%）	3.5	3.5	3.5	3.5	3.5
孔体积（cm³/g）	1.26	1.17	1.15	1.33	0.84
						比表面积（m²/g）	310	297	286	315	245
平均孔径（nm）	21.7	18.6	17.5	20.4	13.2
						甲醛去除率（%）	97	96	95	98	83%

Claims

1.一种净化用硅胶复合颗粒，其特征在于：该硅胶复合颗粒微观呈多孔结构，孔体积0.6-1.8cm³/g，比表面积150-350m²/g，孔径分布0.5-50nm；该硅胶复合颗粒的含水量≤5%；颗粒大小为1-10mm；该硅胶颗粒对甲醛的去除率≥95%。

2.如权利要求1所述的一种净化用硅胶复合颗粒，其特征在于：其重量组成为：二氧化硅凝胶40-90份、硅藻土1-20份、三氧化二铝1-20份、活性炭1-15份、活性催化剂组份 1-15份、光触媒1-5份、粘合剂1-20份。

3.如权利要求2所述的一种净化用硅胶复合颗粒，其特征在于：所述的活性催化剂组份包括纳米氧化锌、氧化铁、氧化钼、氧化钒、氧化铜、氧化钨、氧化钴、氧化铈、氧化镍、氧化锰、纳米银、纳米金、金属铂、或纳米二氧化钛的一种或几种。

4.如权利要求2所述的一种净化用硅胶复合颗粒，其特征在于：所述的粘合剂是淀粉、糊精、水玻璃、聚乙烯醇、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、聚丙烯酰胺、羟甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素钠或微晶纤维素的一种或几种。

5.如权利要求2至4任一项所述的一种净化用硅胶复合颗粒的制备方法如下：

6.如权利要求5所述的一种净化用硅胶复合颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤1中二氧化硅凝胶的制备方法如下：1）将浓度为5-25%的水玻璃溶液和浓度为5-30%的硫酸在反应罐内混合，控制反应温度为20-50oC，反应pH值为4-10，反应0.5-2小时；2）反应结束后，将反应釜温度提高到60-100oC，保持温度1-5小时，使二氧化硅凝胶熟化；3）将反应结束的物料打到储槽，自然降温到60oC以下，采用板框压滤机进行洗涤除硫酸盐；4）得到所需的二氧化硅凝胶滤饼。

7.如权利要求2至4任一项所述的一种净化用硅胶复合颗粒的制备方法如下：

8.如权利要求7所述的一种净化用硅胶复合颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤1中二氧化硅凝胶的制备方法如下：1）将浓度为5-25%的水玻璃溶液和浓度为5-30%的硫酸在反应罐内混合，控制反应温度为20-50oC，反应pH值为4-10，反应0.5-2小时；2）反应结束后，将反应釜温度提高到60-100oC，保持温度1-5小时，使二氧化硅凝胶熟化；3）将反应结束的物料打到储槽，自然降温到60oC以下，采用板框压滤机进行洗涤除硫酸盐；4）得到所需的二氧化硅凝胶滤饼。