CN110270219A - 一种三甲胺高效净化处理材料 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种三甲胺高效净化处理材料，属于室内恶臭气体净化治理技术领域。所述高效净化处理材料配方特征在于：由高比表面积生物基活性炭载体、氧化钛纳米管催化组分、无机盐溶液、表面处理剂及高效抗菌组分所组成。制备工艺特征在于：将钛白粉和柠檬醛、乙醇、聚乙二醇、聚乙烯醇的一种或几种，混合加入到氢氧化钠水溶液中，水热反应制得氧化钛纳米管分散液，后加入到硫酸亚铁、硫酸铜、硫酸镁、硅酸钠、硫酸铝钾、氯化铝中的一种或几种的无机盐溶液，得到分散性溶胶；以盐酸、磷酸、硝酸或硼酸中的一种或几种为表面处理剂，同时载有一种或几种高效抗菌组分，如壳聚糖、烷基壳聚糖、酯化壳聚糖的一种或几种，采用浸渍工艺制备而成。

Description

一种三甲胺高效净化处理材料
本发明涉及一种三甲胺高效净化材料的配方及其制备工艺，属于室内恶臭气体净化治理技术领域。
背景技术
恶臭作用于人的嗅觉给人造成危害，是世界七大典型公害之一。恶臭污染物不仅给人们造成不良的心理影响，对人体的呼吸***、消化***、心脑血管***、内分泌***以及神经***都会造成不同程度的损害。随着城市化进程的飞速发展，人们对居住环境质量的要求也日益提高，恶臭物质对居住区造成的影响日益突出，人们无论在室外室内都遭受恶臭气味的困扰，因此受到越来越多人的关注。早在20世纪50~60年代起，发达国家恶臭污染问题显现，恶臭污染投诉案件增多，而我国各大中型城市恶臭投诉案件也逐渐增多，作为大气污染的一种形式，恶臭气体以空气作为传播介质，通过呼吸***对人体产生影响。
恶臭的特点是污染物质成分复杂、浓度极低，但由于恶臭物质臭阈值也低，给人的感觉量（恶臭强度）与对人嗅觉的刺激量的对数成正比，组分复杂且具时段性、区域性和季节性，造成污染事件日渐增多，治理及管理难度越来越大。1971年，日本在世界上第一个以国家法令的形式发布了“恶臭防止法”，随后在1972年公布了“恶臭防止法实施令”及“实施规则”等法令法规，至1978年第242号政令公布后，在极其复杂的恶臭物质中确定了有代表性的几种，它们是：三甲胺、氨、甲硫醇、硫化氢、甲硫醚、二甲二硫、乙醛及苯乙烯。后来由于动物饲养房内有机酸成分较高，在90年代初期又增加了丙酸、正丁酸、正戊酸、异戊酸四种有机酸，所以至今恶臭物质就是以这12种为代表。其中，三甲胺（TMA）为无色气体，有氨味，浓度低时呈鱼腥味，极性气体，水溶液呈碱性，易燃，有毒，为恶臭气体中比较有代表性的气体，通过吸入、食入、经皮吸收侵入人体，对人体的危害主要为对眼、鼻、喉咙和呼吸道的刺激作用；易燃，其蒸汽与空气可形成***性混合物；遇明火、高热易引起燃烧***，受热分解产生有毒的烟气。
三甲胺主要来源于工业生产和人类活动两方面，一是来源于各类工厂，主要是化工厂、制药厂、污水处理厂等排放的废气；二是来源于人类活动。GB 14554-93《恶臭污染物排放标准》规定三甲胺厂界标准值：一级0.05 mg/m3、二级0.08~0.15 mg/m3、三级0.45~0.80mg/m3。目前，对于三甲胺的处理方法主要有：物理法、热破坏法、化学氧化法、吸附法、吸收法、等离子体技术、生物法。常见的商品活性炭对非极性化合物有较好的吸附效果，但对极性物质三甲胺吸附性能较差，存在吸附容量低、穿透时间短、更换周期频繁、运行成本高等问题。
因此采用不同技术对活性炭改性以提高吸附剂的性能成为国内外研究热点。。
发明内容
本发明为一种三甲胺高效净化处理材料，属于室内恶臭气体净化治理技术领域。所述高效净化处理材料配方特征在于：由高比表面积生物基活性炭载体、氧化钛纳米管催化组分、无机盐溶液、表面处理剂及高效抗菌组分所组成。制备工艺特征在于：将钛白粉和柠檬醛、乙醇、聚乙二醇、聚乙烯醇的一种或几种，混合加入到氢氧化钠水溶液中，水热反应制得氧化钛纳米管分散液，后加入到硫酸亚铁、硫酸铜、硫酸镁、硅酸钠、硫酸铝钾、氯化铝中的一种或几种的无机盐溶液，得到分散性溶胶；以盐酸、磷酸、硝酸或硼酸中的一种或几种为表面处理剂，同时载有一种或几种高效抗菌组分，如壳聚糖、烷基壳聚糖、酯化壳聚糖的一种或几种，采用浸渍工艺制备而成。
本发明提出的一种三甲胺高效净化处理材料的配方及其制备工艺，主要内容为：
1）高比表面积生物基活性炭载体可以是颗粒状、柱状、球状或蜂窝状，碘值为1500~2700 mg/g，比表面积为1800~3000 m2/g，灰分＜2 wt%，含量占材料的70~90 wt%；
2）所述氧化钛纳米管催化组分，由钛白粉和柠檬醛、乙醇以及一定量的高分子聚合物模板，于氢氧化钠水溶液中水热制得，含量占净化材料的2~18 wt%；所述高分子聚合物模板为聚乙二醇、聚乙烯醇和聚苯胺等的一种或几种，用于钛纳米管合成模板及促效助剂，聚合物为钛白粉的0.5～5 wt%，含量为净化材料的0.02~ 0.9 wt%；
3）所述无机盐溶液为硫酸亚铁、硫酸铜、硫酸镁、硅酸钠、硫酸铝钾、氯化铝中的一种或几种的水溶液，含量占净化材料的1~15 wt%；
4）所述表面处理剂为盐酸、磷酸、硝酸或硼酸中的一种或几种，占净化材料的0.5~5wt%；
5）所述高效抗菌组分为壳聚糖、酯化壳聚糖、烷基壳聚糖的一种或几种，占净化材料的0.02~ 0.9 wt%；
6）制备工艺为：将氧化钛纳米管催化组分与无机盐溶液高速搅拌得到分散性溶胶，再与表面处理剂、高效抗菌组分混合均匀，于常温下浸渍高比表面积活性炭5~10 h后，经固液分离后取固体湿料于120～200 ℃下密闭反应3～5 h，微波干燥0.5～2 h后制得该高效净化材料；
7）应用及功效为：将500～1000 g该材料制成滤芯装于空气净化器中，于30 m3国标净化舱内，净化器风量450 m3/h下，1 h内可使8.88~10.0 mg/m3的三甲胺去除率达到98%以上，稳定运行时间> 3000 h。
本发明提出一种三甲胺高效净化材料的配方及其制备工艺，优势如下：
1）高比表面积生物基活性炭载体可实现对三甲胺污染气体大容量富集，经过改性可快速将三甲胺无害化降解；
2）氧化钛纳米管催化组分、无机盐溶液、表面处理剂及高效抗菌组分制成混合改性剂浸渍改性活性炭，制备工艺简单，温度低、能耗小，其混合改性剂可重复浸渍使用，无三废排放；固液分离后固体湿料采用微波干燥，周期短，能耗低；
3）高效抗菌组分有效与氧化钛纳米管组分进行了耦合，分散更均匀，可与纳米材料协同杀菌，去除污染气体的同时使周围环境无菌化；
4）该高效净化材料对室内低浓度三甲胺去除效率高，使用周期长，于30 m3国标净化舱内，1 h内可使8.88~10.0 mg/m3的三甲胺去除率达到98%以上，稳定运行时间> 3000 h。
具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明：
实施例1
高比表面椰壳颗粒活性炭，碘值为1900~1950 mg/g，比表面积为1900~2000m2/g，灰分<2 wt%，粒度尺寸30～40目，经80℃混合改性液（液固比2：1）浸泡6 h后，离心得到固态湿料，于微波下干燥1 h。
取处理后的颗粒活性炭500 g填于蜂窝板内，蜂窝板装于自制净化器中，风量450m3/h，进风速度2.5 m/s，于30 m3国家标准净化仓内测试，三甲胺释放浓度9.32 mg/m3，温度18～22 ℃，湿度50～80% RH，净化效果见表1。
实施例2
500 g钛白粉，12 g柠檬醛，6 g乙醇，8 g聚乙二醇，加入到5000 ml 10 mol/L的NaOH水溶液中，于180 ℃下水热反应12 h，冷却至室温，加入浓度为0.2 mol/L的硫酸铜溶液5000ml，高速搅拌分散20 min，得到分散性溶胶，之后依次加入3 mol/L的盐酸溶液5 g和8 g酯化壳聚糖混合均匀，加入碘值为1500～1550 mg/g，比表面积为 1800～1850 m2/g，灰分＜2wt%，粒度尺寸30~40目高比表面椰壳活性炭500 g，搅拌下常温浸渍6 h，离心分离后，湿料在150℃下反应3 h，再于微波下干燥1 h得到改性活性炭颗粒。
取该活性炭材料500 g填于蜂窝板内，蜂窝板装于家用空气净化器中，风量450m3/h，进风速度2.5 m/s，于30 m3国家标准净化仓内测试，三甲胺释放浓度9.83 mg/m3，温度18～22 ℃，湿度50～80% RH，净化效果见表1。
实施例3
500 g钛白粉，10 g柠檬醛，6 g乙醇，6 g聚乙二醇，加入到5000 ml 10 mol/L的NaOH水溶液中，于180 ℃下水热反应10 h，冷却至室温，加入浓度为0.2 mol/L的硫酸亚铁溶液5000 ml，高速搅拌分散20 min，得到分散性溶胶，之后依次加入3 mol/L的硝酸溶液5 g和6g壳聚糖混合均匀，加入碘值为1700～1750 mg/g，比表面积为 1850～1900 m2/g，灰分＜2wt%,粒度尺寸30~40目高比表面椰壳活性炭500 g，搅拌下常温浸渍8 h，离心分离后，湿料在150℃下反应3 h，再于微波下干燥1.5 h得到改性活性炭颗粒。
取该活性炭材料500 g填于蜂窝板内，蜂窝板装于家用空气净化器中，风量450m3/h，进风速度2.5 m/s，于30 m3国家标准净化仓内测试，三甲胺释放浓度9.68 mg/m3，温度18～22 ℃，湿度50～80% RH，净化效果见表1。
实施例4
500 g钛白粉，8 g柠檬醛，6 g乙醇，8 g聚乙烯醇，加入到5000 ml 10 mol/L的NaOH水溶液中，于180 ℃下水热反应10 h，冷却至室温，加入浓度为0.2 mol/L的硫酸镁溶液5000ml，高速搅拌分散20 min，得到分散性溶胶，之后依次加入3 mol/L的硼酸溶液5 g和6 g壳聚糖混合均匀，加入碘值为1900～1950 mg/g，比表面积为 1900～1950 m2/g，灰分＜2wt%,粒度尺寸30~40目高比表面椰壳活性炭500 g，搅拌下常温浸渍8 h，离心分离后，湿料在150℃下反应3 h，再于微波下干燥1.5 h得到改性活性炭颗粒。
取该活性炭材料500 g填于蜂窝板内，蜂窝板装于家用空气净化器中，风量450m3/h，进风速度2.5 m/s，于30 m3国家标准净化仓内测试，三甲胺释放浓度9.47 mg/m3，温度18～22 ℃，湿度50～80% RH，净化效果见表1。
实施例5
500 g钛白粉，12 g柠檬醛，6 g乙醇，8 g聚乙烯醇，加入到5000 ml 10 mol/L的NaOH水溶液中，于180 ℃下水热反应10 h，冷却至室温，加入浓度为0.2 mol/L的硫酸铝钾溶液5000 ml，高速搅拌分散20 min，得到分散性溶胶，之后依次加入3 mol/L的磷酸溶液5 g和6g壳聚糖混合均匀，加入碘值为1700～1750 mg/g，比表面积为 1800～1850 m2/g，灰分＜2wt%,粒度尺寸30~40目高比表面椰壳活性炭500 g，搅拌下常温浸渍10 h，离心分离后，湿料在150℃下反应4 h，再于微波下干燥1.5 h得到改性活性炭颗粒。
取该活性炭材料500 g填于蜂窝板内，蜂窝板装于家用空气净化器中，风量450m3/h，进风速度2.5 m/s，于30 m3国家标准净化仓内测试，三甲胺释放浓度9.88 mg/m3，温度18～22 ℃，湿度50～80% RH，净化效果见表1。
实施例6
500 g钛白粉，10 g柠檬醛，6 g乙醇，8 g聚乙烯醇，加入到5000 ml 10 mol/L的NaOH水溶液中，于180 ℃下水热反应10 h，冷却至室温，加入浓度为0.2 mol/L的硅酸钠溶液5000ml，高速搅拌分散20 min，得到分散性溶胶，之后依次加入3 mol/L的磷酸溶液5 g和6 g酯化壳聚糖混合均匀，加入碘值为1700～1750 mg/g，比表面积为 1800～1850 m2/g，灰分＜2wt%,粒度尺寸30~40目高比表面蜂窝活性炭500 g，常温浸渍10 h，离心分离后，湿料在150℃下反应5 h，再于微波下干燥2 h得到改性活性炭颗粒。
取该活性炭材料500 g填于蜂窝板内，蜂窝板装于家用空气净化器中，风量450m3/h，进风速度2.5 m/s，于30 m3国家标准净化仓内测试，三甲胺释放浓度9.56 mg/m3，温度18～22 ℃，湿度50～80% RH，净化效果见表1。
实施例7
500 g钛白粉，8 g柠檬醛，6 g乙醇，6g聚苯胺，加入到5000 ml 10 mol/L的NaOH水溶液中，于180 ℃下水热反应10 h，冷却至室温，加入浓度为0.2 mol/L的氯化铝溶液5000 ml，高速搅拌分散20 min，得到分散性溶胶，之后依次加入3 mol/L的硼酸溶液5 g和6 g酯化壳聚糖混合均匀，加入碘值为1700～1750 mg/g，比表面积为 1800～1850 m2/g，灰分＜2wt%,粒度尺寸30~40目高比表面蜂窝活性炭500 g，常温浸渍10 h，离心分离后，湿料在150℃下反应5 h，再于微波下干燥2 h得到改性活性炭颗粒。
取该活性炭材料500 g填于蜂窝板内，蜂窝板装于家用空气净化器中，风量450m3/h，进风速度2.5 m/s，于30 m3国家标准净化仓内测试，三甲胺释放浓度9.78 mg/m3，温度18～22 ℃，湿度50～80% RH，净化效果见表1。
表1 国标30m3舱内材料常温去除常见除三甲胺性能
实施例 污染物 初始浓度/ (mg/m<sup>3</sup>) 1.0 h后浓度/ （mg/m<sup>3</sup>） 净化率/ %
1 三甲胺 9.32 0.06 99.4
2 三甲胺 9.83 0.08 99.2
3 三甲胺 9.68 0.11 98.9
4 三甲胺 9.47 0.09 99
5 三甲胺 9.88 0.14 98.6
6 三甲胺 9.56 0.15 98.4
7 三甲胺 9.78 0.13 98.7

Claims (9)

1.一种三甲胺高效处理材料，其特征在于由高比表面积生物基活性炭载体、氧化钛纳米管催化组分、无机盐溶液、表面处理剂及高效抗菌组分所组成。
2.如权利要求1所述的一种三甲胺高效处理材料，其特征在于：高比表面积生物基活性炭载体可以是颗粒状、柱状、球状或蜂窝状，碘值为1500~2700 mg/g，比表面积为1800~3000m2/g，灰分＜2 wt%，含量占材料的70~90 wt%。
3.如权利要求1所述的一种三甲胺高效处理材料，其特征在于：氧化钛纳米管催化组分，由钛白粉和柠檬醛、乙醇以及一定量的高分子聚合物模板，于氢氧化钠水溶液中水热制得，含量占净化材料的2~18 wt%。
4.如权利要求1所述的一种三甲胺高效处理材料，其特征在于：高分子聚合物模板为聚乙二醇、聚乙烯醇和聚苯胺等的一种或几种，用于钛纳米管合成模板及促效助剂，聚合物为钛白粉的0.5～5 wt%，含量为净化材料的0.02~ 0.9 wt%。
5.如权利要求1所述的一种三甲胺高效处理材料，其特征在于：无机盐溶液为硫酸亚铁、硫酸铜、硫酸镁、硅酸钠、硫酸铝钾、氯化铝中的一种或几种的水溶液，含量占净化材料的1~15 wt%。
6.如权利要求1所述的一种三甲胺高效处理材料，其特征在于：表面处理剂为盐酸、磷酸、硝酸或硼酸中的一种或几种，占净化材料的0.5~5 wt%。
7.如权利要求1所述的一种三甲胺高效处理材料，其特征在于：高效抗菌组分为壳聚糖、酯化壳聚糖、烷基壳聚糖的一种或几种，占净化材料的0.02~ 0.9 wt%。
8.如权利要求1-7所述的一种三甲胺高效处理材料的制备方法，其特征在于：将氧化钛纳米管催化组分与无机盐溶液高速搅拌得到分散性溶胶，再与表面处理剂、高效抗菌组分混合均匀，于常温下浸渍高比表面积活性炭5~10 h后，经固液分离后取固体湿料于120～200 ℃下密闭反应3～5 h，微波干燥0.5～2 h后制得该高效净化材料。
9.如权利要求8所述一种三甲胺高效净化材料，其特征在于：将500～1000 g该材料制成滤芯装于空气净化器中，于30 m3国标净化舱内，净化器风量450 m3/h下，1 h内可使8.88~10.0 mg/m3的三甲胺去除率达到98%以上，稳定运行时间> 3000 h。
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