CN113145064A - 基于黏土矿物的VOCs吸附剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于黏土矿物的VOCs吸附剂的制备方法，将碳酸钠溶液加入到黏土原矿泥中，充分搅拌，湿沉降，取上层溶液，获得粒径<2μm的黏土组分溶液；在步骤1中所述黏土组分溶液中加入CaCl2溶液，搅拌，静置，去除表层溶液，对沉淀物加纯水冲洗，重复清洗，离心干燥获得Ca化黏土，向其中添加十六烷基三甲基铵(HDTMA)溴化物溶液，用磁力搅拌器进行搅拌，静置，获得HDTMA黏土悬浮液，用纯水反复洗涤，直到没有溴化物离子析出，冷冻干燥制得所述吸附剂；通过上述制备方法可制得所述吸附剂；本发明提供了一种VOCs吸附剂的应用方法。本发明提供的VOCs吸附剂对VOCs的吸附量比常规活性炭要高。

Description

基于黏土矿物的VOCs吸附剂的制备方法
技术领域
本发明属于废气分离处理领域，具体涉及一种基于黏土矿物的VOCs吸附剂的制备方法。
背景技术
大气中对环境影响最为严重的有机污染物是挥发性有机物(VOCs)，包括，苯系物、有机氯化物、氟里昂系列、有机酮、胺、醇、醚、酯、酸、石油烃化合物等,种类繁多且成分复杂。这类化合物常温下可以蒸气的形式存在于空气中,易被皮肤、粘膜等吸收，对人体产生急性损害，而且其中许多物质有致癌、致畸、致突变性,这些物质干扰人体内分泌***，具有遗传毒性及引起“雌性化”的严重后果；而氮氧化物(NOX)经光化学反应会产生典型的二次污染物臭氧(O3),对环境安全和人类生存繁衍构成威胁。
众多VOCs的排放源中，工业固定源挥发性有机物(VOCs)排放所涉及的行业众多,具有排放强度大、浓度高、污染物种类多、持续时间长等特点,对局部空气质量的影响显著。工业源 VOCs排放最多的行业包括装备制造业涂装、炼油与石化、化学化工、包装印刷、半导体及电子设备制造、医药化工、塑料/橡胶制品生产、人造革、人造板、服装干洗等。
现阶段，我国对于VOCs废气治理已经取得一定成果，但是无法将其从根源上去除，挥发性有机物(VOCs)作为雾霾生成的前体物质,其净化处理已经成为当前大气污染控制的热点问题。其中，吸附技术是最为经典和常用的气体净化技术,也是目前工业VOCs治理的主流技术之一，吸附法的关键技术是吸附剂、吸附设备和工艺、再生介质、后处理工艺等的确定。吸附法净化气态污染物是指利用固体吸附剂对气体混合物中各组分吸附选择性的不同而分离气体混合物的方法。吸附过程是一个浓缩过程,气态污染物通过吸附作用被浓缩到吸附剂表面上后再进行后续处理。传统VOCs吸附剂主要以活性炭为主，虽然其吸附速率快，但吸附主要发生在活性炭表面，易达到吸附饱和，总体吸附量不高，因而需要经常更换活性炭。
综上所述，一种吸附量更高的VOCs吸附剂亟待开发。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种吸附量更高的基于黏土矿物的VOCs吸附剂；
本发明的目的还在于提供一种基于黏土矿物的VOCs吸附剂的制备方法；
本发明的目的还在于提供一种基于黏土矿物的VOCs吸附剂应用方法。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于黏土矿物的VOCs吸附剂的制备方法，包括以下步骤，
步骤1，将碳酸钠溶液加入到黏土原矿泥中，充分搅拌，湿沉降，取上层溶液，获得粒径<2μm的黏土组分溶液；
步骤2，在步骤1中所述黏土组分溶液中加入CaCl2溶液，直到Ca饱和，搅拌，静置，
去除表层溶液，
对沉淀物加纯水冲洗，重复清洗，离心干燥获得Ca化黏土；
步骤3，向Ca化黏土中添加十六烷基三甲基铵(HDTMA)溴化物溶液，用磁力搅拌器进行搅拌，静置，获得HDTMA黏土悬浮液；
步骤4，用纯水反复洗涤所述HDTMA黏土悬浮液，直到没有溴化物离子析出，冷冻干燥制得基于黏土矿物的VOCs吸附剂。
优选的，黏土原矿泥为膨润土黏土原矿泥。
优选的，碳酸钠溶液浓度0.05～0.3mol/L。
优选的，碳酸钠与黏土原矿泥质量比为1:10～1:50。
优选的，CaCl2溶液的浓度0.1～0.4mol/L。
优选的，HDTMA溴化物溶液浓度为0.02～0.06mol/L；HDTMA溴化物为十六烷基三甲基溴化铵。
优选的，步骤3中HDTMA的添加量等于Ca化黏土中黏土的阳离子交换容量。
优选的，包括以下步骤，
步骤1，将0.1mol/L的碳酸钠溶液加入到黏土原矿泥中，充分搅拌，湿沉降，取上层溶液，获得粒径<2μm的黏土组分溶液；其中碳酸钠与黏土原矿泥质量比为1:20；
步骤2，在步骤1中所述黏土组分溶液中加入0.1mol/L的CaCl2溶液，搅拌6小时，静置 6小时，去除表层溶液，对沉淀物加纯水冲洗，重复清洗2次，离心干燥获得Ca化黏土；
步骤3，向25gCa化黏土中添加0.03mol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，用磁力搅拌器进行搅拌24小时，静置12小时，获得HDTMA黏土悬浮液；HDTMA的添加量等于Ca化黏土中黏土的阳离子交换容量；
步骤4，用纯水反复洗涤所述HDTMA黏土悬浮液，用银离子滴定，直到没有溴化物离子析出，冷冻干燥制得基于黏土矿物的VOCs吸附剂。
一种基于黏土矿物的VOCs吸附剂，采用上述述制备方法制得的吸附剂。
一种基于黏土矿物的VOCs吸附剂的应用，取上述吸附剂，加入纯水，固液比例为1:20～ 200，制得吸附剂悬浮液，置于吸收桶内，VOCs废气通入所述吸附剂悬浮液内被其吸附。
本案给出的基于黏土矿物的VOCs吸附剂的制备方法具有以下有益效果：
1、本发明基于黏土矿物的VOCs吸附剂吸附VOCs的方式为分配作用，而非活性炭的表面吸附，不受吸收质比表面积限制，VOCs吸收量大幅提高；
2、本发明基于黏土矿物的VOCs吸附剂更容易吸附分子量大的VOCs。
附图说明
图1本发明所述VOCs吸附剂、黏土原矿泥分别对氯苯的吸附动力学图；
图2本发明所述VOCs吸附剂、活性炭分别对苯和硝基苯的吸附动力学图；
图3本发明实施例3和实施例2所述VOCs吸附剂在不添加乙醇和添加乙醇条件下对氯苯的吸附动力学图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
实施例1：
将0.1mol/L碳酸钠溶液加入到黏土原矿泥中，充分搅拌，湿沉降，取上层溶液，获得粒径<2μm的黏土组分溶液；其中碳酸钠与黏土原矿泥质量比为1:20；所述黏土组分溶液中加入0.1mol/L的CaCl2溶液，直到Ca饱和，搅拌6小时，静置6小时，去除表层溶液，对沉淀物加纯水冲洗，重复清洗2次，离心干燥获得Ca化黏土；向25gCa化黏土中添加0.03mol/L 的HDTMA溴化物(十六烷基三甲基溴化铵)溶液，其中HDTMA的添加量等于Ca化黏土中黏土的阳离子交换容量；用磁力搅拌器进行搅拌24小时，静置12小时，获得HDTMA黏土悬浮液；用纯水反复洗涤所述HDTMA黏土悬浮液，用银离子滴定，直到没有溴化物离子析出，冷冻干燥制得基于黏土矿物的VOCs吸附剂。
如图1所示，实施例1得到的吸附剂和原矿(黏土原矿泥)分别配置溶液，固液比1:100，分别对氯苯的吸附等温线，随着氯苯浓度的升高，吸附剂的吸附量升高，而原矿的吸附量基本保持不变，可见吸附剂与原矿相比，其对氯苯的吸附效率大幅提升；
如图2所示，配制苯和硝基苯的浓度分别为0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、2.0mg/L的溶液，同时称取0.5g的活性炭、实施例1中制备吸附剂，按照固液比1:100分别加入苯和硝基苯的各溶液中，分别加入到50ml安捷伦样品管中，在室温条件下，旋转平衡24小时，达吸附平衡后，测定溶液中苯和硝基苯的浓度，获得吸附动力学图。
实施例2：
将一定量实施例1的干燥后的成品吸附剂放入吸附装置中，加入一定量的水混合，固液比例为1:20，形成悬浮液，再加入1-5‰(体积比)的乙醇(浓度1‰)，混匀即可；将VOCs的废气(氯苯)通入悬浮液被悬浮液中的吸附剂吸附。
实施例3：
将一定量将一定量实施例1的干燥后的成品吸附剂放入吸附装置中，加入一定量的水混合，固液比例为1:20，形成悬浮液；将VOCs废气(氯苯)通入悬浮液被悬浮液中的吸附剂吸附。
如图3所示，对比发现，实施例2吸附剂中添加乙醇比实施例3中吸附剂未添加乙醇对氯苯的吸附量增加大约5-10％。说明在吸附过程中增加乙醇会促进吸附剂对VOCs废气的吸附。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于黏土矿物的VOCs吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤1，将碳酸钠溶液加入到黏土原矿泥中，充分搅拌，湿沉降，取上层溶液，获得粒径<2μm的黏土组分溶液；
步骤2，在步骤1中所述黏土组分溶液中加入CaCl2溶液，搅拌，静置，去除表层溶液，对沉淀物加纯水冲洗，重复清洗，离心干燥获得Ca化黏土；
步骤3，向Ca化黏土中添加十六烷基三甲基铵(HDTMA)溴化物溶液，用磁力搅拌器进行搅拌，静置，获得HDTMA黏土悬浮液；
步骤4，用纯水反复洗涤所述HDTMA黏土悬浮液，直到没有溴化物离子析出，冷冻干燥制得基于黏土矿物的VOCs吸附剂。
2.根据权利要求1所述的基于黏土矿物的VOCs吸附剂的制备方法，其特征在于，黏土原矿泥为膨润土黏土原矿泥。
3.根据权利要求2所述的基于黏土矿物的VOCs吸附剂的制备方法，其特征在于，碳酸钠溶液浓度0.05～0.3mol/L。
4.根据权利要求1、2或3所述的基于黏土矿物的VOCs吸附剂的制备方法，其特征在于，碳酸钠与黏土原矿泥质量比为1:10～1:50。
5.根据权利要求4所述的基于黏土矿物的VOCs吸附剂的制备方法，其特征在于，CaCl2溶液的浓度0.1～0.4mol/L。
6.根据权利要求5所述的基于黏土矿物的VOCs吸附剂的制备方法，其特征在于，HDTMA溴化物溶液浓度为0.02～0.06mol/L；HDTMA溴化物为十六烷基三甲基溴化铵。
7.根据权利要求6所述的基于黏土矿物的VOCs吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤3中HDTMA的添加量等于Ca化黏土中黏土的阳离子交换容量。
8.根据权利要求1～7任一项所述的基于黏土矿物的VOCs吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤1，将0.1mol/L的碳酸钠溶液加入到黏土原矿泥中，充分搅拌，湿沉降，取上层溶液，获得粒径<2μm的黏土组分溶液；其中碳酸钠与黏土原矿泥质量比为1:20；
步骤2，在步骤1中所述黏土组分溶液中加入0.1mol/L的CaCl2溶液，搅拌6小时，静置6小时，去除表层溶液，对沉淀物加纯水冲洗，重复清洗2次，离心干燥获得Ca化黏土；
步骤3，向25gCa化黏土中添加0.03mol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，用磁力搅拌器进行搅拌24小时，静置12小时，获得HDTMA黏土悬浮液；HDTMA的添加量等于Ca化黏土中黏土的阳离子交换容量；
步骤4，用纯水反复洗涤所述HDTMA黏土悬浮液，用银离子滴定，直到没有溴化物离子析出，冷冻干燥制得基于黏土矿物的VOCs吸附剂。
9.一种基于黏土矿物的VOCs吸附剂，其特征在于，采用权利要求1～8任一项所述制备方法制得的吸附剂。
10.一种基于黏土矿物的VOCs吸附剂的应用，其特征在于，取权利要求9所述吸附剂，加入纯水，固液比例为1:20～200，制得吸附剂悬浮液，置于吸收桶内，VOCs废气通入所述吸附剂悬浮液内被其吸附。
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