CN110215908A - 一种复合高效吸附材料 - Google Patents

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明公开了一种复合高效吸附材料，属于废气处理领域。本发明采用壳聚糖和蛭石为原料，以滴加成球法交联制蛭石小球，内部具有多孔网状结构，通过共价吸附提供对废气的良好吸附效果，以木质素、粗纤维含量不一的芭蕉叶、秸秆为原料，获得粗细纤维交织的酶解料，由空间建构方面提升对吸附气体的稳定储存效果；再通过对内部结构稳定性的提升，并负载具有转化效果的物质，提高对废气的处理效果。本发明解决了目前常用吸附材料对废气的吸附强度不高、储存时间短，不能很好的处理废气的问题。

Description

一种复合高效吸附材料
技术领域
本发明涉及废气处理技术领域，涉及一种复合高效吸附材料。
背景技术
近年来，随着有机合成工业、石油化学工业、材料加工和喷烤漆等行业的迅速发展，进入大气中的有机化合物越来越多。例如：苯类、酚类、多环芳烃、有机硫化物、有机氯化物等挥发性有机物以及恶臭等物质，不仅对人体感官有刺激作用，而且不少物质还具有一定毒性会产生“三致”效应，严重危害周围环境和人民的健康；扩散到大气中有的对人体的神经及造血***造成极大的危害，甚至有的在太阳光紫外线的作用下与NOx发生光化学反应而产生光化学烟雾。因此，对这类污染物的控制越来越受到人们的重视。
化工废气是指在化工生产中由化工厂排出的有毒有害的气体。化工废气往往含有污染物种类很多，物理和化学性质复杂，毒性也不尽相同，严重污染环境和影响人体健康。不同化工生产行业产生的化工废气成分差别很大。大气污染是目前最突出的环境问题之一，精细化工工业废气是大气污染物的重要来源。废气处理又称废气净化。废气处理指的是针对工业场所、工厂车间。产生的废气在对外排放前进行预处理，以达到废气对外排放的标准的工作。一般废气处理包括了有机废气处理、粉尘废气处理、酸碱废气处理、异味废气处理和空气杀菌消毒净化等方面。精细化工工业废气中危害最大又难处理的就是有机废气；不同行业的有机废气的组成不同，对处理方法和装置也有不同的要求。
目前，对这类废气的治理方法主要有吸附法、燃烧法、洗涤法、催化氧化、消除法等，其中吸附法以其工艺简单、操作方便、净化效率高而应用广泛，其中，吸附法是一种常用的处理含挥发性有机物的方法，消除法是通过化学或者生物反应，将污染物转化为水和二氧化碳，包括热氧化、催化燃烧、生物氧化、电晕法、等离子体分解法、光分解法等。一般工业废气都采用先吸附再消除的策略。采用的吸附剂主要为活性炭。而吸附剂的选择对吸附效率起着决定性的作用。目前吸附剂主要有颗粒或者蜂窝活性炭、活性炭纤维、分子筛、硅胶、高聚合物吸附树脂等。活性炭因为表面积高、吸附容量大且价格较低而常被应用。但是活性炭吸附剂大多吸附容量较低，而且不易再生，运行费用较高，其他目前常用的吸附材料对废气的吸附强度不高、储存时间短，不能很好的处理废气，因此急需研发一种新型的吸附材料来满足人们的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前常用吸附材料对废气的吸附强度不高、储存时间短，不能很好的处理废气的问题，提供一种复合高效吸附材料。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
一种复合高效吸附材料，按质量份数计，包括如下组分：7～13份埃洛石、1～4份膨润土、2～5份辅料，还包括：35～55份复合吸附基料、15～25份解吸附作用料。
所述复合吸附基料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按质量比1：20～30取壳聚糖、醋酸溶液，得壳聚糖液，取壳聚糖液按质量比15～25：1：3～7加入添加剂、蛭石混合，调节pH，抽滤，收集滤渣水洗，干燥，得交联作用料；
(2)按质量比5～8：3取芭蕉叶、秸秆粉碎过筛，收集过筛颗粒按质量比1：80～100加入纤维素酶液混合，于25～33℃恒温搅拌酶解，升温至80～90℃保温灭酶，过滤，取滤饼用水洗涤，干燥，得酶解料，取盐酸多巴胺溶液、酶解料混合，超声浸渍，过滤，取滤渣用乙醇溶液洗涤，得纤维处理料，按重量份数计，取5～8份交联作用料、10～15份增粘吸附料、18～28份纤维处理料、3～6份环氧树脂、50～70份水混合搅拌，减压蒸发，即得复合吸附基料。
所述步骤(1)中的添加剂：按质量比1：2～4取环氧氯丙烷、淀粉混合，即得添加剂。
所述步骤(2)中的增粘吸附料：取聚丙烯酰胺、瓜尔胶、羧甲基纤维素按质量比为5～8：2：1混合，即得增粘吸附料。
所述步骤(2)中的盐酸多巴胺溶液、酶解料的质量比为12～17：4。
所述解吸附作用料的制备：按质量比5～8：2取六环石、磁铁矿粉碎过筛，收集过筛物按质量比1：5～8加入碳酸氢钙溶液混合，于50～65℃保温搅拌，升温至100～120℃，加入过筛物质量10～14％的改性剂混合搅拌，保温震荡，得处理料，取处理料加入处理料质量60～70％的试剂混合搅拌，减压蒸发，得浓缩物，按质量比14～20：3取浓缩物、强化剂混合研磨，即得解吸附作用料。
所述改性剂：按质量比4～8：1取巯基乙醇、硫酸氢钙混合，即得改性剂。
所述试剂：按质量比5～8：2取N,N'-二甲基甲酰胺、二氯乙烷混合，即得试剂。
所述强化剂：按质量比6～10：1取钛酸四丁酯、亚硝酸钠混合，即得强化剂。
所述辅料：取甘油、蓖麻油按质量比1：3～6混合，即得辅料。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
(1)本发明采用壳聚糖和蛭石为原料，以滴加成球法交联制蛭石小球，并且辅以淀粉，得到表面粗糙的蛭石小球，内部具有多孔网状结构，通过共价吸附提供对废气的良好吸附效果，同时，以木质素、粗纤维含量不一的芭蕉叶、秸秆为原料，经过粉碎细化和一定程度的酶解，获得获得粗细纤维交织的酶解料，由空间建构方面提升对吸附气体的稳定储存效果，并且采用了盐酸多巴胺液对所得酶解料进行混合超声空化处理，提升多巴胺成分的分散效果，能够在后续共混过程中提供氧化自交联的作用，便于构建具有良好吸附稳定性的吸附体系，另外，以大分子成分复配制增粘吸附料也可辅助提升吸附的稳定性；
(2)本发明对六环石、磁铁矿进行细化后混入碳酸氢钙溶液中，碳酸氢钙成分的浸入，能够在进行热处理时，产生微小的碳酸钙成分填充其中，提升整体的稳定性，二氧化碳气体的产生可打开部分孔隙，提高吸附结构的稳定性，六环石自身产生的负离子也能够对废气起到吸附和净化的作用，并且添加的改性剂中带有巯基，能够使得本材料具有更好的吸附性能，本发明添加了钛酸四丁酯、亚硝酸钠作为强化剂，钛酸四丁酯成分能够分解产生二氧化钛，提供催化分解效果，促使不稳定性的废气如三氧化硫、氮氧化物等转变为稳态，并分解降低废气造成的污染，而亚硝酸钠也可提供还原性，将废气如二氧化硫还原为硫单质，便于废气的分解及转化贮存；
(3)本发明通过对蛭石进行交联大分子成分提供对废气的良好吸附效果，采用不同成分含量的纤维源进行处理，加强对废气的贮存效果，通过对内部结构稳定性的提升，并负载具有转化效果的物质，提高对废气的处理效果，本发明针对目前常用吸附材料对废气的吸附强度不高、储存时间短，不能很好的处理废气的问题，改善效果显著，具有很好的应用前景。
具体实施方式
改性剂：按质量比4～8：1取巯基乙醇、硫酸氢钙混合，即得改性剂。
强化剂：按质量比6～10：1取钛酸四丁酯、亚硝酸钠混合，即得强化剂。
试剂：按质量比5～8：2取N,N'-二甲基甲酰胺、二氯乙烷混合，即得试剂。
增粘吸附料：取聚丙烯酰胺、瓜尔胶、羧甲基纤维素按质量比为5～8：2：1混合，即得增粘吸附料。
辅料：取甘油、蓖麻油按质量比1：3～6混合，即得辅料。
添加剂：按质量比1：2～4取环氧氯丙烷、淀粉混合，即得添加剂。
复合吸附基料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按质量比1：20～30取脱乙酰度为90％的壳聚糖、质量分数为4％的醋酸溶液，得壳聚糖液，取壳聚糖液按质量比15～25：1：3～7加入添加剂、过100目筛的蛭石混合，以500～800r/min磁力搅拌40～60min，加入质量分数为15％的NaOH溶液调节pH至7.8～8.3，抽滤，收集滤渣水洗2～4次，移至65～80℃烘箱干燥4～8h，得交联作用料；
(2)按质量比5～8：3取芭蕉叶、秸秆于粉碎机粉碎过80目筛，收集过筛颗粒按质量比1：80～100加入浓度300～500μmol/L的纤维素酶液混合，于25～33℃，以350～550r/min恒温搅拌酶解4～6h，升温至80～90℃保温灭酶12～20min，过滤，取滤饼用水洗涤2～4次，转入烘箱于100～110℃干燥至恒重，得酶解料，按质量比为12～17：4取浓度2g/L的盐酸多巴胺溶液、酶解料于超声波震荡仪混合，在45～55kHz超声频率的条件下，超声浸渍15～25min，过滤，取滤渣用体积分数为70％的乙醇溶液洗涤2～4次，得纤维处理料，按重量份数计，取5～8份交联作用料、10～15份增粘吸附料、18～28份纤维处理料、3～6份环氧树脂、50～70份水于混料机混合，以500～800r/min磁力搅拌40～60min，减压蒸发至原体积的30～45％，即得复合吸附基料。
解吸附作用料的制备：按质量比5～8：2取六环石、磁铁矿于粉碎机粉碎过60目筛，收集过筛物按质量比1：5～8加入质量分数为15％的碳酸氢钙溶液混合，于50～65℃保温搅拌30～55min，升温至100～120℃，加入过筛物质量10～14％的改性剂混合搅拌30～55min，以150～220r/min保温震荡1～3h，得处理料，取处理料加入处理料质量60～70％的试剂混合，以350～550r/min磁力搅拌35～60min，减压蒸发至恒重，得浓缩物，按质量比14～20：3取浓缩物、强化剂于研钵混合，研磨1～3h，即得解吸附作用料。
一种复合高效吸附材料，按质量份数计，包括如下组分：7～13份埃洛石、1～4份膨润土、2～5份辅料、35～55份复合吸附基料、15～25份解吸附作用料。
实施例1
改性剂：按质量比4：1取巯基乙醇、硫酸氢钙混合，即得改性剂。
强化剂：按质量比6：1取钛酸四丁酯、亚硝酸钠混合，即得强化剂。
试剂：按质量比5：2取N,N'-二甲基甲酰胺、二氯乙烷混合，即得试剂。
增粘吸附料：取聚丙烯酰胺、瓜尔胶、羧甲基纤维素按质量比为5：2：1混合，即得增粘吸附料。
辅料：取甘油、蓖麻油按质量比1：3混合，即得辅料。
添加剂：按质量比1：2取环氧氯丙烷、淀粉混合，即得添加剂。
复合吸附基料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按质量比1：20取脱乙酰度为90％的壳聚糖、质量分数为4％的醋酸溶液，得壳聚糖液，取壳聚糖液按质量比15：1：3加入添加剂、过100目筛的蛭石混合，以500r/min磁力搅拌40min，加入质量分数为15％的NaOH溶液调节pH至7.8，抽滤，收集滤渣水洗2次，移至65℃烘箱干燥4h，得交联作用料；
(2)按质量比5：3取芭蕉叶、秸秆于粉碎机粉碎过80目筛，收集过筛颗粒按质量比1：80加入浓度300μmol/L的纤维素酶液混合，于25℃，以350r/min恒温搅拌酶解4h，升温至80℃保温灭酶12min，过滤，取滤饼用水洗涤2次，转入烘箱于100℃干燥至恒重，得酶解料，按质量比为12：4取浓度2g/L的盐酸多巴胺溶液、酶解料于超声波震荡仪混合，在45kHz超声频率的条件下，超声浸渍15min，过滤，取滤渣用体积分数为70％的乙醇溶液洗涤2次，得纤维处理料，按重量份数计，取5份交联作用料、10份增粘吸附料、18份纤维处理料、3份环氧树脂、50份水于混料机混合，以500r/min磁力搅拌40min，减压蒸发至原体积的30％，即得复合吸附基料。
解吸附作用料的制备：按质量比5：2取六环石、磁铁矿于粉碎机粉碎过60目筛，收集过筛物按质量比1：5加入质量分数为15％的碳酸氢钙溶液混合，于50℃保温搅拌30min，升温至100℃，加入过筛物质量10％的改性剂混合搅拌30min，以150r/min保温震荡1h，得处理料，取处理料加入处理料质量60％的试剂混合，以350r/min磁力搅拌35min，减压蒸发至恒重，得浓缩物，按质量比14：3取浓缩物、强化剂于研钵混合，研磨1h，即得解吸附作用料。
一种复合高效吸附材料，按质量份数计，包括如下组分：7份埃洛石、1份膨润土、2份辅料、35份复合吸附基料、15份解吸附作用料。
实施例2
改性剂：按质量比8：1取巯基乙醇、硫酸氢钙混合，即得改性剂。
强化剂：按质量比10：1取钛酸四丁酯、亚硝酸钠混合，即得强化剂。
试剂：按质量比8：2取N,N'-二甲基甲酰胺、二氯乙烷混合，即得试剂。
增粘吸附料：取聚丙烯酰胺、瓜尔胶、羧甲基纤维素按质量比为8：2：1混合，即得增粘吸附料。
辅料：取甘油、蓖麻油按质量比1：6混合，即得辅料。
添加剂：按质量比1：4取环氧氯丙烷、淀粉混合，即得添加剂。
复合吸附基料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按质量比1：30取脱乙酰度为90％的壳聚糖、质量分数为4％的醋酸溶液，得壳聚糖液，取壳聚糖液按质量比25：1：7加入添加剂、过100目筛的蛭石混合，以800r/min磁力搅拌60min，加入质量分数为15％的NaOH溶液调节pH至8.3，抽滤，收集滤渣水洗4次，移至80℃烘箱干燥8h，得交联作用料；
(2)按质量比8：3取芭蕉叶、秸秆于粉碎机粉碎过80目筛，收集过筛颗粒按质量比1：100加入浓度500μmol/L的纤维素酶液混合，于33℃，以550r/min恒温搅拌酶解6h，升温至90℃保温灭酶20min，过滤，取滤饼用水洗涤4次，转入烘箱于110℃干燥至恒重，得酶解料，按质量比为17：4取浓度2g/L的盐酸多巴胺溶液、酶解料于超声波震荡仪混合，在55kHz超声频率的条件下，超声浸渍25min，过滤，取滤渣用体积分数为70％的乙醇溶液洗涤4次，得纤维处理料，按重量份数计，取8份交联作用料、15份增粘吸附料、28份纤维处理料、6份环氧树脂、70份水于混料机混合，以800r/min磁力搅拌60min，减压蒸发至原体积的45％，即得复合吸附基料。
解吸附作用料的制备：按质量比8：2取六环石、磁铁矿于粉碎机粉碎过60目筛，收集过筛物按质量比1：8加入质量分数为15％的碳酸氢钙溶液混合，于65℃保温搅拌55min，升温至120℃，加入过筛物质量14％的改性剂混合搅拌55min，以220r/min保温震荡3h，得处理料，取处理料加入处理料质量70％的试剂混合，以550r/min磁力搅拌60min，减压蒸发至恒重，得浓缩物，按质量比20：3取浓缩物、强化剂于研钵混合，研磨3h，即得解吸附作用料。
一种复合高效吸附材料，按质量份数计，包括如下组分：13份埃洛石、4份膨润土、5份辅料、55份复合吸附基料、25份解吸附作用料。
实施例3
改性剂：按质量比6：1取巯基乙醇、硫酸氢钙混合，即得改性剂。
强化剂：按质量比8：1取钛酸四丁酯、亚硝酸钠混合，即得强化剂。
试剂：按质量比7：2取N,N'-二甲基甲酰胺、二氯乙烷混合，即得试剂。
增粘吸附料：取聚丙烯酰胺、瓜尔胶、羧甲基纤维素按质量比为6：2：1混合，即得增粘吸附料。
辅料：取甘油、蓖麻油按质量比1：5混合，即得辅料。
添加剂：按质量比1：3取环氧氯丙烷、淀粉混合，即得添加剂。
复合吸附基料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按质量比1：25取脱乙酰度为90％的壳聚糖、质量分数为4％的醋酸溶液，得壳聚糖液，取壳聚糖液按质量比20：1：5加入添加剂、过100目筛的蛭石混合，以700r/min磁力搅拌50min，加入质量分数为15％的NaOH溶液调节pH至8.1，抽滤，收集滤渣水洗3次，移至70℃烘箱干燥6h，得交联作用料；
(2)按质量比7：3取芭蕉叶、秸秆于粉碎机粉碎过80目筛，收集过筛颗粒按质量比1：90加入浓度400μmol/L的纤维素酶液混合，于27℃，以450r/min恒温搅拌酶解5h，升温至85℃保温灭酶15min，过滤，取滤饼用水洗涤3次，转入烘箱于105℃干燥至恒重，得酶解料，按质量比为15：4取浓度2g/L的盐酸多巴胺溶液、酶解料于超声波震荡仪混合，在50kHz超声频率的条件下，超声浸渍20min，过滤，取滤渣用体积分数为70％的乙醇溶液洗涤3次，得纤维处理料，按重量份数计，取7份交联作用料、12份增粘吸附料、25份纤维处理料、5份环氧树脂、60份水于混料机混合，以600r/min磁力搅拌50min，减压蒸发至原体积的35％，即得复合吸附基料。
解吸附作用料的制备：按质量比7：2取六环石、磁铁矿于粉碎机粉碎过60目筛，收集过筛物按质量比1：7加入质量分数为15％的碳酸氢钙溶液混合，于55℃保温搅拌45min，升温至110℃，加入过筛物质量12％的改性剂混合搅拌45min，以200r/min保温震荡2h，得处理料，取处理料加入处理料质量65％的试剂混合，以450r/min磁力搅拌50min，减压蒸发至恒重，得浓缩物，按质量比16：3取浓缩物、强化剂于研钵混合，研磨2h，即得解吸附作用料。
一种复合高效吸附材料，按质量份数计，包括如下组分：10份埃洛石、2份膨润土、3份辅料、45份复合吸附基料、20份解吸附作用料。
对比例1：与实施例1的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少复合吸附基料。
对比例2：与实施例1的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少解吸附作用料。
对比例3：北京市某公司生产的复合高效吸附材料。(主要成分：果壳活性炭、硅藻泥、TiO半导体、氧化石墨烯、粘结剂)
将上述实施例与对比例得到的复合高效吸附材料进行检测，某制鞋车间排放的有机废气，其浓度为：氮氧化物120.6mg/m3，硫化物198.4mg/m3，苯148.2mg/m3，风量为5000m3/h，温度为室温。利用实施例与对比例得到的复合高效吸附材料处理有机废气的方法：(1)使用复合高效吸附材料，制成吸附床炭层厚度为1000mm，分为两层，空塔气速取0.4m/s，废气量1000m3/h，阻力损失约650pa。(2)有机废气经集气罩收集后，由风机增压送至吸附床，在吸附床内完成气固两相接触，经净化后的气体排向大气，测定其处理后苯、氮氧化物、硫化物的排放浓度；再将实施例与对比例得到的复合高效吸附材料存放于仓库，无光照，室温的情况下6个月，观察其变化，得到的结果如表1所示。
表1：
综合上述，从表1可以看出本发明的复合高效吸附材料效果更好，值得推广使用，以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合高效吸附材料，按质量份数计，包括如下组分：7～13份埃洛石、1～4份膨润土、2～5份辅料，其特征在于，还包括：35～55份复合吸附基料、15～25份解吸附作用料。
2.根据权利要求1所述一种复合高效吸附材料，其特征在于，所述复合吸附基料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按质量比1：20～30取壳聚糖、醋酸溶液，得壳聚糖液，取壳聚糖液按质量比15～25：1：3～7加入添加剂、蛭石混合，调节pH，抽滤，收集滤渣水洗，干燥，得交联作用料；
(2)按质量比5～8：3取芭蕉叶、秸秆粉碎过筛，收集过筛颗粒按质量比1：80～100加入纤维素酶液混合，于25～33℃恒温搅拌酶解，升温至80～90℃保温灭酶，过滤，取滤饼用水洗涤，干燥，得酶解料，取盐酸多巴胺溶液、酶解料混合，超声浸渍，过滤，取滤渣用乙醇溶液洗涤，得纤维处理料，按重量份数计，取5～8份交联作用料、10～15份增粘吸附料、18～28份纤维处理料、3～6份环氧树脂、50～70份水混合搅拌，减压蒸发，即得复合吸附基料。
3.根据权利要求2所述一种复合高效吸附材料，其特征在于，所述步骤(1)中的添加剂：按质量比1：2～4取环氧氯丙烷、淀粉混合，即得添加剂。
4.根据权利要求2所述一种复合高效吸附材料，其特征在于，所述步骤(2)中的增粘吸附料：取聚丙烯酰胺、瓜尔胶、羧甲基纤维素按质量比为5～8：2：1混合，即得增粘吸附料。
5.根据权利要求2所述一种复合高效吸附材料，其特征在于，所述步骤(2)中的盐酸多巴胺溶液、酶解料的质量比为12～17：4。
6.根据权利要求1所述一种复合高效吸附材料，其特征在于，所述解吸附作用料的制备：按质量比5～8：2取六环石、磁铁矿粉碎过筛，收集过筛物按质量比1：5～8加入碳酸氢钙溶液混合，于50～65℃保温搅拌，升温至100～120℃，加入过筛物质量10～14％的改性剂混合搅拌，保温震荡，得处理料，取处理料加入处理料质量60～70％的试剂混合搅拌，减压蒸发，得浓缩物，按质量比14～20：3取浓缩物、强化剂混合研磨，即得解吸附作用料。
7.根据权利要求6所述一种复合高效吸附材料，其特征在于，所述改性剂：按质量比4～8：1取巯基乙醇、硫酸氢钙混合，即得改性剂。
8.根据权利要求6所述一种复合高效吸附材料，其特征在于，所述试剂：按质量比5～8：2取N,N'-二甲基甲酰胺、二氯乙烷混合，即得试剂。
9.根据权利要求6所述一种复合高效吸附材料，其特征在于，所述强化剂：按质量比6～10：1取钛酸四丁酯、亚硝酸钠混合，即得强化剂。
10.根据权利要求1所述一种复合高效吸附材料，其特征在于，所述辅料：取甘油、蓖麻油按质量比1：3～6混合，即得辅料。
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