CN109482136A - 一种吸附剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种吸附剂及其制备方法，具体地说，涉及一种用于小分子气体吸附的吸附剂及其制备方法。所述吸附剂包括物理吸附剂和化学吸附剂，化学吸附剂附着于物理吸附剂上。本发明采用常规的有机废气处理用物理吸附剂为载体，通过在物理吸附剂上附着氯化镁、氯化钙、硫酸铜等化学吸附剂，其工作原理与常规物理吸附剂相近，技术兼容性好，对甲醇、乙醇等低碳数小分子具有高效的吸附能力，从而大大提高有机废气的处理效果，且吸附剂制备方法简单经济，适于大规模的工业化推广和应用。

Description

一种吸附剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种吸附剂，具体地说，涉及一种用于小分子气体吸附的吸附剂。
本发明还涉及一种吸附剂的制备方法，具体地说，涉及一种用于小分子气体吸附的吸附剂的制备方法。
背景技术
吸附净化技术是一种传统的VOCs处理方法，具有低能耗、工艺成熟、去除率高、净化彻底、易于推广的优点，有很好的环境和经济效益。缺点是设备庞大，流程复杂，吸附剂需要再生，且吸附剂易中毒。近几年来，由于环保要求日益严格，吸附技术得到了迅速的发展，出现了新的吸附工艺和设备；同时吸附剂的改进，也扩大了吸附技术的应用范围，使吸附成为有机气体处理技术的首选方法。
目前应用于有机气体处理的吸附剂主要是活性炭、分子筛、氧化铝、硅胶等多孔材料，其孔径一般在0.6-200nm之间。但受材料孔径和化学组成限制，现有的材料仅适用于处理一些尺寸较大的分子，如酯类、酮类、苯系物，对于甲醇、乙醇这类小分子有机物吸附效率低下。而光催化、低温等离子、生物降解等方案的处理能力和处理效率又难以达到要求，并且同时并行多种技术也存在投资、能耗和兼容性的问题，特别是此类小分子通常占比不大，但对净化效率的影响较为突出。
因此，迫切需要一种高效、经济、易行的吸附剂，以解决以上问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种对甲醇、乙醇等小分子有机物吸附效果好、结构简单且易于生产的吸附剂及其制备方法，解决了现有技术中对上述小分子有机物处理效果不佳以及经济性和兼容性差的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种吸附剂，包括物理吸附剂和化学吸附剂，化学吸附剂附着于物理吸附剂上。
所述化学吸附剂可以是附着于物理吸附剂的内表面和/或外表面。
所述物理吸附剂的重量比约为5-95％，化学吸附剂的重量比约为5-95％。
进一步地，所述物理吸附剂的重量比优选为70-90％，所述化学吸附剂的重量比优选为10-30％。
以上所述的物理吸附剂和化学吸附剂的比例，一般与废气中低碳数有机物的比例相一致。本发明中，是在常规有机物为主体的情况下，处理其中含有的少量低碳数有机物，该吸附剂能充分发挥物理吸附剂和化学吸附剂各自的特点。如果物理吸附剂比例过高，相应地化学吸附剂的比例就会降低，使其对低碳数有机物的处理效果下降；而物理吸附剂比例过低，相应地化学吸附剂的比例就会增加，使其对常规有机废气的处理效果下降。另一方面，化学吸附剂要充分发挥作用，要借助物理吸附剂的一部分表面积，如果物理吸附剂表面完全被化学吸附剂占据，对常规有机废气的处理效果也会显著下降。
所述物理吸附剂可以是分子筛、硅胶、活性炭或氧化铝中的一种或几种；所述化学吸附剂可以是氯化镁、氯化钙或硫酸铜中的一种或几种。
本发明还提供一种所述吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将所述物理吸附剂和化学吸附剂以固相或固-液相混合形成混合物；即，物理吸附剂和化学吸附剂均可以是固态而混合，也可以是物理吸附剂为固态而化学吸附剂为液态相混合。
进一步地，所述固相或固-液相中的固态物理吸附剂或固态化学吸附剂粒径约在100nm-10μm之间。
(2)所述混合物可以以挤压、造粒等形式成型，或也可以将混合物在蜂窝结构类载体上成型。
进一步地，所述成型的过程中可以加入粘结剂。所述粘结剂可以是有机粘结剂和/或无机粘结剂。
所述粘结剂可以是硅溶胶和/或铝溶胶等。
(3)将所述成型物在约60-150℃下进行干燥。所述干燥可以是通过微波、红外或热风等形式干燥。
进一步地，所述干燥温度优选为80-120℃。
(4)所述干燥后的成型物在约400-600℃下去除杂质后，即得。所述杂质一般为有机物。
进一步地，所述成型物优选在约450-550℃下去除有机物。
所述的有机物一般是指所述成型物制备过程中引入的一些有机粘结剂、助剂，一般为聚合物，其分解温度在300℃左右。因此温度过低时，处理时间会延长，且不易彻底去除；而温度过高，则能耗增大，则会带来不必要的损失。
本发明的吸附剂，采用常规的有机废气处理用物理吸附剂为载体，通过在物理吸附剂上附着氯化镁、氯化钙、硫酸铜等化学吸附剂，其工作原理与常规物理吸附剂相近，技术兼容性好，对甲醇、乙醇等低碳数小分子具有高效的吸附能力，从而大大提高有机废气的处理效果，弥补了现有技术的不足。本发明的吸附剂制备方法简单经济，适于大规模的工业化推广和应用。
附图说明
图1是本发明的一种吸附剂的微观结构示意图。
图中标记说明：1-化学吸附剂、2-物理吸附剂。
具体实施方式
下面通过比较例和实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明，但不限于本实施例的内容。
比较例1
以硅铝比(摩尔比)为6:1的NaY分子筛(直径4mm球形)，填充层高度15cm，以2m/s风速吹扫浓度为200mg/m3乙醇，温度25℃，湿度60％RH，检测填充层出口乙醇浓度为20mg/m3时的时间为4min。
实施例1
一种吸附剂，如图1所示，包括硅铝比(摩尔比)为6:1的NaY分子筛和氯化钙，所述NaY分子筛为物理吸附剂2，所述氯化钙为化学吸附剂1，氯化钙附着于NaY分子筛上，即化学吸附剂1附着于物理吸附剂2上，可以是附着于物理吸附剂2的内表面和/或外表面。
所述NaY分子筛的重量比约为85％，氯化钙的重量比约为15％。
本实施例还提供上述吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将粒径约在100nm-10μm之间的所述NaY分子筛置于氯化钙溶液中搅拌，过滤后得到混合物，其中氯化钙的重量占混合物总重量的15％；
(2)在所述混合物中加入少量硅溶胶粘结剂，通过造粒成型形成直径约为4mm的球形颗粒；
(3)将所述球形颗粒在105℃下进行微波干燥；
(4)所述干燥后的球形颗粒在约500℃下去除有机物后，即得复合的吸附剂。
以上述吸附剂作填充层，高度15cm，以2m/s风速吹扫浓度为200mg/m3乙醇，温度25℃，湿度60％RH，检测填充层出口乙醇浓度为20mg/m3时的时间为6min。
实施例2
一种吸附剂，包括硅铝比(摩尔比)为6:1的NaY分子筛和氯化钙，氯化钙附着于NaY分子筛上。
所述NaY分子筛的重量比约为80％，氯化钙的重量比约为20％。
本实施例还提供上述吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将粒径约在100nm-10μm之间的所述NaY分子筛置于氯化钙溶液中搅拌，过滤后得到混合物，其中氯化钙的重量占混合物总重量的20％；
(2)在所述混合物中加入少量硅溶胶粘结剂，通过造粒成型形成直径约为4mm的球形颗粒；
(3)将所述球形颗粒在105℃下进行红外干燥；
(4)所述干燥后的球形颗粒在约500℃下去除有机物后，即得复合的吸附剂。
以上述吸附剂作填充层，高度15cm，以2m/s风速吹扫浓度为200mg/m3乙醇，温度25℃，湿度60％RH，检测填充层出口乙醇浓度为20mg/m3时的时间为8min。
实施例3
一种吸附剂，包括硅胶和氯化镁，氯化镁附着于硅胶上。
所述硅胶的重量比约为70％，氯化镁的重量比约为30％。
本实施例还提供上述吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将粒径约在100nm-10μm之间的硅胶颗粒与氯化镁颗粒混合，其中氯化镁的重量占混合物总重量的20％；
(2)将所述混合物挤压成型；
(3)将所述成型物在150℃下进行热风干燥；
(4)所述干燥后的成型物在约400℃下去除有机物后，即得复合的吸附剂。
以上述吸附剂作填充层，高度15cm，以2m/s风速吹扫浓度为200mg/m3乙醇，温度25℃，湿度60％RH，检测填充层出口乙醇浓度为20mg/m3时的时间为5min。
实施例4
一种吸附剂，包括孔径分布在10-50nm的活性炭和化学吸附剂硫酸铜，硫酸铜附着于硅胶上。
所述活性炭的重量比约为90％，硫酸铜的重量比约为10％。
本实施例还提供上述吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将粒径约在100nm-10μm之间的上述活性炭颗粒与硫酸铜颗粒混合，其中硫酸铜的重量占混合物总重量的10％；
(2)在所述混合物中加入少量铝溶胶粘结剂，挤压成型；
(3)将所述成型物在60℃下进行红外干燥；
(4)所述干燥后的成型物在约600℃下去除有机物后，即得复合的吸附剂。
以上述吸附剂作填充层，高度15cm，以2m/s风速吹扫浓度为200mg/m3乙醇，温度25℃，湿度60％RH，检测填充层出口乙醇浓度为20mg/m3时的时间为5min。
实施例5
一种吸附剂，包括孔径分布在10-50nm的活性炭和化学吸附剂氯化钙，氯化钙附着于活性炭上。
所述活性炭的重量比约为5％，氯化钙的重量比约为95％。
本实施例还提供上述吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将粒径约在100nm-10μm之间的上述活性炭与氯化钙颗粒混合，其中氯化钙重量占混合物总重量的95％；
(2)将所述混合物加入少量硅溶胶粘结剂后挤压成型；
(3)将所述成型物在105℃下进行热风干燥；
(4)所述干燥后的成型物在约450℃下去除有机物后，即得复合的吸附剂。
以上述吸附剂作填充层，高度15cm，以2m/s风速吹扫浓度为200mg/m3乙醇，温度25℃，湿度60％RH，检测填充层出口乙醇浓度为20mg/m3时的时间为4.5min。
实施例6
一种吸附剂，包括氧化铝和化学吸附剂氯化钙，氯化钙附着于氧化铝上。
所述氧化铝的重量比约为95％，氯化钙的重量比约为5％。
本实施例还提供上述吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将粒径约在100nm-10μm之间的氧化铝颗粒与氯化钙颗粒混合，其中氯化钙重量占混合物总重量的5％；
(2)将所述混合物加入少量硅溶胶粘结剂后成型在蜂窝陶瓷上；
(3)将所述成型物在80℃下进行热风干燥；
(4)所述干燥后的成型物在约550℃下去除有机物后，即得复合的吸附剂。
以上述复合的吸附剂作填充层，高度15cm，以2m/s风速吹扫浓度为200mg/m3乙醇，温度25℃，湿度60％RH，检测填充层出口乙醇浓度为20mg/m3时的时间为6min。
实施例7
一种吸附剂，包括硅铝比(摩尔比)为6:1的NaY分子筛和氯化钙，氯化钙附着于NaY分子筛上。
所述NaY分子筛的重量比约为80％，氯化钙的重量比约为20％。
本实施例还提供上述吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将粒径约在100nm-10μm之间的所述NaY分子筛置于氯化钙溶液中搅拌，过滤后得到混合物，其中氯化钙的重量占混合物总重量的20％；
(2)在所述混合物中加入少量硅溶胶粘结剂，通过造粒成型形成直径约为4mm的球形颗粒；
(3)将所述球形颗粒在120℃下进行微波干燥；
(4)所述干燥后的球形颗粒在约520℃下去除有机物后，即得复合的吸附剂。
以上述吸附剂作填充层，高度15cm，以2m/s风速吹扫浓度为200mg/m3乙醇，温度25℃，湿度60％RH，检测填充层出口乙醇浓度为20mg/m3时的时间为7min。
实施例8
一种吸附剂，包括物理吸附剂硅胶和氧化铝的混合物，以及化学吸附剂氯化钙，氯化钙附着于物理吸附剂硅胶和氧化铝的混合物上。
所述硅胶和氧化铝的混合物的重量比约为80％，氯化钙的重量比约为20％。
本实施例还提供上述吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将粒径约在100nm-10μm之间的所述硅胶和氧化铝的混合物颗粒与氯化钙颗粒形成新的混合物，其中氯化钙的重量占新的混合物总重量的20％；
(2)在所述新的混合物中加入少量硅溶胶和铝溶胶的混合粘结剂，通过造粒成型形成直径约为4mm的球形颗粒；
(3)将所述球形颗粒在120℃下进行微波干燥；
(4)所述干燥后的球形颗粒在约520℃下去除有机物后，即得复合的吸附剂。
以上述吸附剂作填充层，高度15cm，以2m/s风速吹扫浓度为200mg/m3乙醇，温度25℃，湿度60％RH，检测填充层出口乙醇浓度为20mg/m3时的时间为6.5min。
实施例9
一种吸附剂，包括物理吸附剂硅胶，以及化学吸附剂氯化钙和氯化镁的混合物，氯化钙和氯化镁的混合物附着于物理吸附剂硅胶上。
所述硅胶的重量比约为80％，氯化钙和氯化镁的混合物的重量比约为20％。
本实施例还提供上述吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将粒径约在100nm-10μm之间的所述硅胶颗粒与氯化钙和氯化镁的混合物颗粒形成新的混合物，其中氯化钙和氯化镁的混合物的重量占新的混合物总重量的20％；
(2)在所述新的混合物中加入少量硅溶胶粘结剂，通过造粒成型形成直径约为4mm的球形颗粒；
(3)将所述球形颗粒在105℃下进行微波干燥；
(4)所述干燥后的球形颗粒在约520℃下去除有机物后，即得复合的吸附剂。
以上述吸附剂作填充层，高度15cm，以2m/s风速吹扫浓度为200mg/m3乙醇，温度25℃，湿度60％RH，检测填充层出口乙醇浓度为20mg/m3时的时间为6min。

Claims (10)

1.一种吸附剂，其特征在于，包括物理吸附剂和化学吸附剂，化学吸附剂附着于物理吸附剂上。
2.根据权利要求1所述的吸附剂，其特征在于所述物理吸附剂的重量比为5-95％，化学吸附剂的重量比为5-95％。
3.根据权利要求2所述的吸附剂，其特征在于所述物理吸附剂的重量比为70-90％，所述化学吸附剂的重量比为10-30％。
4.根据权利要求1-3任一所述的吸附剂，其特征在于所述物理吸附剂为分子筛、硅胶、活性炭或氧化铝中的一种或几种；所述化学吸附剂为氯化镁、氯化钙或硫酸铜中的一种或几种。
5.一种权利要求1-4所述的吸附剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将所述物理吸附剂和化学吸附剂以固相或固-液相混合形成混合物；
(2)所述混合物以挤压、造粒或在蜂窝结构类载体上成型；
(3)将所述成型物在60-150℃下进行干燥；
(4)所述干燥后的成型物在400-600℃下去除有机物后，即得。
6.根据权利要求5所述的吸附剂的制备方法，其特征在于步骤(1)中，所述固相或固-液相中的固态物理吸附剂或固态化学吸附剂粒径在100nm-10μm之间。
7.根据权利要求5所述的吸附剂的制备方法，其特征在于步骤(2)中，所述成型的过程中加入粘结剂。
8.根据权利要求7所述的吸附剂的制备方法，其特征在于所述粘结剂为硅溶胶和/或铝溶胶。
9.根据权利要求5所述的吸附剂的制备方法，其特征在于步骤(3)中，所述干燥温度为80-120℃。
10.根据权利要求5所述的吸附剂的制备方法，其特征在于步骤(4)中，所述干燥后的成型物在450-550℃下去除有机物。
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