CN107876027B - 一种由动物粪便制成的多孔吸水性空气净化材料及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种由动物粪便制成的多孔吸水性空气净化材料。该净化材料由以下成分配置制成：动物粪便制成物30～50wt％，石墨1～2wt％，石墨烯2～5wt％，硫酸钙20～30wt％，氯化钙15～20wt％；本发明利用了动物粪便尤其是蚯蚓粪和\或鸡粪与含钛粒子的结合，通过烧结使含钛的粉末载体成块，形成多孔载体。该多孔载体具有较高的比表面积，具有良好的吸水性能，具有良好的吸附性。本发明提供的该多孔载体，对动物粪便尤其是蚯蚓粪和/或鸡粪的利用有了新的途径，同时也减少了动物粪便对环境的污染。在此多孔载体的基础上附着石墨、石墨烯、硫酸钙和氯化钙，形成结构更加稳固、多粒子附着、吸水能力高、净化能力强的材料。

Description

一种由动物粪便制成的多孔吸水性空气净化材料及方法
技术领域
本发明涉及空气净化材料技术领域，尤其涉及一种由动物粪便制成的多孔吸水性空气净化材料。
背景技术
目前，动物粪便的处理，基本上围绕着堆肥、作为饲料来源等生物或生物发酵处理方式。但上述的处理方式，处理时间长，对环境承载力有一定要求，而且有时候还有产生二次污染。而同时，随着人们对环境问题的日益关切，人们对家庭或者公共场合的环境要求，包括空气净化度、湿度等，都达到了一个新的高度。如何使得对动物粪便的处理更环保更高效，如何使得动物粪便的处理物有新的用途，是一个新的课题。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，如何提供一种由动物粪便制成的多孔吸水性空气净化材料，提供一种对动物粪便处理的新途径。
为解决以上技术问题，本发明实施例提供一种吸水性空气净化材料，由以下成分配置制成：动物粪便制成物30～50wt％，石墨1～2wt％，石墨烯2～5wt％，硫酸钙20～30wt％，氯化钙15～20wt％；
其中，所述动物粪便制成物由以下步骤制成：
步骤S1、将动物粪便于105～110℃烘干至含水量10％左右，经过破碎，研磨，筛分至100～150目，得第一产物；
步骤S2、将第一产物与稀盐酸溶液按固液比1：2～5的比例混合，搅拌后过滤，然后用去离子水洗至中性，二次过滤，得到第二产物；
步骤S3、将第二产物加入去离子水、分散剂，超声分散30min，在95～105℃下，加入硫酸钛及氨水，保持pH在4.0左右，持续搅拌2～6h，冷却得第三产物；其中，第二产物、去离子水、分散剂、硫酸钛、氨水的质量比为1：1～2：0.2～0.4：0.1～0.2：2～5；所述分散剂为AMP；
步骤S4、将第三产物过滤、水洗至中性，二次过滤，得到第四产物；
步骤S5、向第四产物中加入混合改性溶液，充分搅拌过滤后进行煅烧，煅烧温度为400～500℃，煅烧时间为1～3h，然后在700～800℃保温活化2～4h，然后取出得第五产物；其中，第四产物和混合改性溶液的质量比为1：0.3～0.8；其中，所述混合改性溶液为：硫酸铝5～10wt％，磷酸5～8wt％，硝酸银2～5wt％，余量为去离子水；
步骤S6、第五产物经水漂洗至中性，再经喷雾干燥、筛分处理，制得动物粪便制成物。
优选的，所述动物粪便为鸡粪或蚯蚓粪。
优选的，动物粪便制成物由以下步骤制成：
步骤S1、将动物粪便于105～110℃烘干至含水量10％左右，经过破碎，研磨，筛分至100目，得第一产物；
步骤S2、将第一产物与稀盐酸溶液按固液比1：2～3的比例混合，搅拌后过滤，然后用去离子水洗至中性，二次过滤，得到第二产物；
步骤S3、将第二产物加入去离子水、分散剂，超声分散30min，在95～105℃下，加入硫酸钛及氨水，保持pH在4.0左右，持续搅拌2～3h，冷却得第三产物；其中，第二产物、去离子水、分散剂、硫酸钛、氨水的质量比为1：1～2：0.2～0.4：0.1～0.2：2～3；所述分散剂为AMP95；
步骤S4、将第三产物过滤、水洗至中性，二次过滤，得到第四产物；
步骤S5、向第四产物中加入混合改性溶液，充分搅拌过滤后进行煅烧，煅烧温度为400～450℃，煅烧时间为1～3h，然后在700～800℃保温活化2～4h，然后取出得第五产物；其中，第四产物和混合改性溶液的质量比为1：0.5～0.8；其中，所述混合改性溶液为：硫酸铝5～10wt％，磷酸5～8wt％，硝酸银2～5wt％，余量为去离子水；
步骤S6、第五产物经去离子水漂洗至中性，再经喷雾干燥、筛分处理，制得动物粪便制成物。
本发明还提供了一种制备吸水性空气净化材料的方法，包括以下步骤：将石墨、石墨烯、硫酸钙混合后粉碎，加水制成20～35wt％的硫酸钙溶液；将动物粪便制成物浸入溶液中，搅拌后静置24～36小时；然后将动物粪便制成物在15～25wt％的氯化钙溶液中浸泡24～36小时。
本发明的优点是：利用了动物粪便尤其是蚯蚓粪和\或鸡粪与含钛粒子的结合，通过烧结使含钛的粉末载体成块，形成多孔载体。该多孔载体具有较高的比表面积，具有良好的吸水性能，具有良好的吸附性。本发明提供的该多孔载体，对动物粪便尤其是蚯蚓粪和/或鸡粪的利用有了新的途径，同时也减少了动物粪便对环境的污染。在此多孔载体的基础上附着石墨、石墨烯、硫酸钙和氯化钙，形成结构更加稳固、多粒子附着、吸水能力高、净化能力强的材料。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
本发明提供了一种含有动物粪便制成物的吸水性空气净化材料。其中，动物粪便制成物由以下步骤制成：
步骤S1、将动物粪便于105～110℃烘干至含水量10％左右，经过破碎，研磨，筛分至100～150目，得第一产物。经过此步骤，得到动物粪便的细颗粒作为原料，进行下一步的制备。
步骤S2、将第一产物与稀盐酸溶液按固液比1：2～5的比例混合，搅拌后过滤，然后水洗至中性，二次过滤，得到第二产物。将第一产物经过稀盐酸溶液的浸洗过滤，得到第二产物。
步骤S3、将第二产物加入去离子水、分散剂，超声分散30min，在95～105℃下，加入硫酸钛及氨水，保持pH在4.0左右，持续搅拌2～6h，冷却得第三产物；其中，第二产物、去离子水、分散剂、硫酸钛、氨水的质量比为1：1～2：0.2～0.4：0.1～0.2：2～5；所述分散剂为AMP。加入分散剂并进行超声分散，使得悬浮液中的动物粪便粒子分离，避免产生沉降或凝集。硫酸钛和氨水的加入，使得动物粪便粒子和含钛的粒子互相结合或聚合在一起，使得含钛粒子包裹动物粪便粒子，或动物粪便粒子包裹含钛粒子，或含钛粒子与动物粪便粒子结合或聚合在一起。
步骤S4、将第三产物过滤、水洗至中性，二次过滤，得到第四产物。
步骤S5、向第四产物中加入混合改性溶液，充分搅拌过滤后进行煅烧，煅烧温度为400～500℃，煅烧时间为1～3h，然后在700～800℃保温活化2～4h，然后取出得第五产物；其中，第四产物和混合改性溶液的质量比为1：0.3～0.8；其中，所述混合改性溶液为：硫酸铝5～10wt％，磷酸5～8wt％，硝酸银2～5wt％，余量为去离子水。经过上述步骤，动物粪便，尤其是蚯蚓粪和/或鸡粪，转变为含有含钛粒子的多孔载体。
步骤S6、第五产物经水漂洗至中性，再经喷雾干燥、筛分处理，制得动物粪便制成物。
上述步骤制成的多孔载体(动物粪便制成物)，具有较高的比表面积，具有良好的吸水性能，具有良好的吸附性。本发明提供的该多孔载体，对动物粪便尤其是蚯蚓粪和/或鸡粪的利用有了新的途径，同时也减少了动物粪便对环境的污染。
实施例1
将蚯蚓粪于110℃烘干至含水量10％左右，经过破碎，研磨，筛分至100目，得第一产物；将第一产物与稀盐酸溶液按固液比1：2的比例混合，搅拌后过滤，然后用去离子水洗至中性，二次过滤，得到第二产物；将第二产物加入去离子水、分散剂，超声分散30min，在95℃下，加入硫酸钛(Ti(SO4)2)及氨水，保持pH在4.0左右，持续搅拌3h，冷却得第三产物；其中，第二产物、去离子水、分散剂、硫酸钛、氨水的质量比为1：1：0.2：0.1：2；所述分散剂为AMP；将第三产物过滤、水洗至中性，二次过滤，得到第四产物；向第四产物中加入混合改性溶液，充分搅拌过滤后进行煅烧，煅烧温度为400℃，煅烧时间为2h，然后在700℃保温活化2h，然后取出得第五产物；其中，第四产物和混合改性溶液的质量比为1：0.3；其中，所述混合改性溶液为：硫酸铝5wt％，磷酸5wt％，硝酸银2wt％，余量为去离子水；第五产物经去离子水漂洗至中性，再经喷雾干燥、筛分处理，制得动物粪便制成物1。
实施例2
将鸡粪便于110℃烘干至含水量10％左右，经过破碎，研磨，筛分至150目，得第一产物；将第一产物与稀盐酸溶液按固液比1：5的比例混合，搅拌后过滤，然后用去离子水洗至中性，二次过滤，得到第二产物；将第二产物加入去离子水、分散剂，超声分散30min，在105℃下，加入硫酸钛(Ti(SO4)2)及氨水，保持pH在4.0左右，持续搅拌3h，冷却得第三产物；其中，第二产物、去离子水、分散剂、硫酸钛、氨水的质量比为1：2：0.2：0.1：3；所述分散剂为AMP；将第三产物过滤、水洗至中性，二次过滤，得到第四产物；向第四产物中加入混合改性溶液，充分搅拌过滤后进行煅烧，煅烧温度为450℃，煅烧时间为3h，然后在700℃保温活化2h，然后取出得第五产物；其中，第四产物和混合改性溶液的质量比为1：0.5；其中，所述混合改性溶液为：硫酸铝10wt％，磷酸5wt％，硝酸银2wt％，余量为去离子水；第五产物经水漂洗至中性，再经喷雾干燥、筛分处理，制得动物粪便制成物2。
实施例3
将蚯蚓粪和鸡粪按1：1混合，然后于105℃烘干至含水量10％左右，经过破碎，研磨，筛分至100目，得第一产物；将第一产物与稀盐酸溶液按固液比1：3的比例混合，搅拌后过滤，然后用去离子水洗至中性，二次过滤，得到第二产物；将第二产物加入去离子水、分散剂，超声分散30min，在100℃下，加入硫酸钛(Ti(SO4)2)及氨水，保持pH在4.0左右，持续搅拌5h，冷却得第三产物；其中，第二产物、去离子水、分散剂、硫酸钛、氨水的质量比为1：2：0.4：0.2：5；所述分散剂为AMP；将第三产物过滤、水洗至中性，二次过滤，得到第四产物；向第四产物中加入混合改性溶液，充分搅拌过滤后进行煅烧，煅烧温度为500℃，煅烧时间为2.5h，然后在800℃保温活化4h，然后取出得第五产物；其中，第四产物和混合改性溶液的质量比为1：0.4；其中，所述混合改性溶液为：硫酸铝5wt％，磷酸8wt％，硝酸银5wt％，余量为去离子水；第五产物经水漂洗至中性，再经喷雾干燥、筛分处理，制得动物粪便制成物3。
经检测，动物粪便制成物1、2、3的比表面积为932m2/g、1019m2/g和986m2/g。其性能与一般的活性炭相当。
制备例1
将动物粪便制成物1、石墨、石墨烯、硫酸钙按质量比50：2：5：30称取；将石墨、石墨烯、硫酸钙混合后粉碎，加水制成含有石墨和石墨烯的30wt％的硫酸钙溶液；然后将动物粪便制成物1浸入溶液中，搅拌后静置2小时；然后再将动物粪便制成物1在25wt％的氯化钙溶液中浸泡24小时。制得样品1。
制备例2
将动物粪便制成物2、石墨、石墨烯、硫酸钙按质量比40：1：2：30称取；将石墨、石墨烯、硫酸钙混合后粉碎，加水制成含有石墨和石墨烯的30wt％的硫酸钙溶液；然后将动物粪便制成物2浸入溶液中，搅拌后静置36小时；然后再将动物粪便制成物2在20wt％的氯化钙溶液中浸泡36小时。制得样品2。
制备例3
将动物粪便制成物3、石墨、石墨烯、硫酸钙按质量比30：2：2：25称取；将石墨、石墨烯、硫酸钙混合后粉碎，加水制成含有石墨和石墨烯的25wt％的硫酸钙溶液；然后将动物粪便制成物3浸入溶液中，搅拌后静置30小时；然后再将动物粪便制成物3在20wt％的氯化钙溶液中浸泡24小时。制得样品3。
制备例4
将动物粪便制成物1、石墨、石墨烯、硫酸钙按质量比45：2：5：30称取；将石墨、石墨烯、硫酸钙混合后粉碎，加水制成含有石墨和石墨烯的25wt％的硫酸钙溶液；然后将动物粪便制成物1浸入溶液中，搅拌后静置24小时；然后再将动物粪便制成物1在20wt％的氯化钙溶液中浸泡24小时。制得样品4。
经检测，样品1、2、3、4的比表面积为582m2/g、691m2/g、643m2/g和679m2/g。
本发明提供的多孔吸水性空气净化材料，利用了硫酸钙和氯化钙的强吸水性，通过化学干燥的形式来吸附水分子。在硫酸钙和氯化钙的粒子中，混合石墨、石墨烯来加固和调整其与多孔载体的结合。多孔载体用于物理吸附，通过多孔载体的细小孔隙来吸附水分子。而多孔载体中，更是含有含钛粒子，能够灭杀吸附到的水分子中的细菌，起到杀菌的作用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种由动物粪便制成的多孔吸水性空气净化材料，其特征在于，由以下成分配置制成：动物粪便制成物30～50wt％，石墨1～2wt％，石墨烯2～5wt％，硫酸钙20～30wt％，氯化钙15～20wt％；
其中，所述动物粪便制成物由以下步骤制成：
步骤S1、将动物粪便于105～110℃烘干至含水量10％左右，经过破碎，研磨，筛分至100～150目，得第一产物；
步骤S2、将第一产物与稀盐酸溶液按固液比1：2～5的比例混合，搅拌后过滤，然后水洗至中性，二次过滤，得到第二产物；
步骤S3、将第二产物加入去离子水、分散剂，超声分散30min，在95～105℃下，加入硫酸钛及氨水，保持pH在4.0左右，持续搅拌2～6h，冷却得第三产物；其中，第二产物、去离子水、分散剂、硫酸钛、氨水的质量比为1：1～2：0.2～0.4：0.1～0.2：2～5；所述分散剂为AMP；
步骤S4、将第三产物过滤、水洗至中性，二次过滤，得到第四产物；
步骤S5、向第四产物中加入混合改性溶液，充分搅拌过滤后进行煅烧，煅烧温度为400～500℃，煅烧时间为1～3h，然后在700～800℃保温活化2～4h，然后取出得第五产物；其中，第四产物和混合改性溶液的质量比为1：0.3～0.8；其中，所述混合改性溶液为：硫酸铝5～10wt％，磷酸5～8wt％，硝酸银2～5wt％，余量为去离子水；
步骤S6、第五产物经水漂洗至中性，再经喷雾干燥、筛分处理，制得动物粪便制成物。
2.根据权利要求1所述的由动物粪便制成的多孔吸水性空气净化材料，其特征在于，所述动物粪便为鸡粪或蚯蚓粪。
3.根据权利要求1所述的由动物粪便制成的多孔吸水性空气净化材料，其特征在于，所述动物粪便制成物由以下步骤制成：
步骤S1、将动物粪便于105～110℃烘干至含水量10％左右，经过破碎，研磨，筛分至100目，得第一产物；
步骤S2、将第一产物与稀盐酸溶液按固液比1：2～3的比例混合，搅拌后过滤，然后用去离子水洗至中性，二次过滤，得到第二产物；
步骤S3、将第二产物加入去离子水、分散剂，超声分散30min，在95～105℃下，加入硫酸钛及氨水，保持pH在4.0左右，持续搅拌2～3h，冷却得第三产物；其中，第二产物、去离子水、分散剂、硫酸钛、氨水的质量比为1：1～2：0.2～0.4：0.1～0.2：2～3；所述分散剂为AMP95；
步骤S4、将第三产物过滤、水洗至中性，二次过滤，得到第四产物；
步骤S5、向第四产物中加入混合改性溶液，充分搅拌过滤后进行煅烧，煅烧温度为400～450℃，煅烧时间为1～3h，然后在700～800℃保温活化2～4h，然后取出得第五产物；其中，第四产物和混合改性溶液的质量比为1：0.5～0.8；其中，所述混合改性溶液为：硫酸铝5～10wt％，磷酸5～8wt％，硝酸银2～5wt％，余量为去离子水；
步骤S6、第五产物经去离子水漂洗至中性，再经喷雾干燥、筛分处理，制得动物粪便制成物。
4.一种制备如权利要求1至3任一所述的由动物粪便制成的多孔吸水性空气净化材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将石墨、石墨烯、硫酸钙混合后粉碎，加水制成20～35wt％的硫酸钙溶液；
将动物粪便制成物浸入溶液中，搅拌后静置24～36小时；
然后将动物粪便制成物在15～25wt％的氯化钙溶液中浸泡24～36小时。
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