CN1377729A - 可去除空气中有机气体的净化材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种可以去除空气中有机气体的净化材料,它是一种以多孔惰性无机材料为载体,以金属和金属氧化物为活性组份附着于载体表面,制备中,各种活性组份金属,以无机盐或有机盐溶解于水中,配成一定浓度的浸渍液,将载体浸湿然后加热活化,使金属盐转化为金属和金属氧化物附着在载体上,这种材料对空气中的甲醛、乙醛、苯类、氮、乙酸、甲酸等有机污染物具有广谱的去除效果。

Description

可去除空气中有机气体的净化材料及其制备方法

随着技术进步和社会发展，由于工业释放、家庭装修所带来的空气污染，已经成为世界性的问题。在写字间、家庭居室的空气中，经常含有超过国家允许的甲醛、丙酮、苯类、氨等有害的有机污染物。净化空气成为许多环保产品的卖点，各类环保空调和空气清洗机等应运而生。去除空气中有害气体的传统方法是开门开窗，这种方法解决不了居室内不断释放有害污染物的问题。去除空气中有害气体的现有技术中的方法有：

1.向空气中添加某种物质，使之分解、吸附空气中的有机污染物，例如负离子型、臭氧型空气净化技术。这种方法的弱点是，臭氧或向离子本身就是一种危害人体健康的污染物，国家以及全世界多数国家对空气中允许的臭氧浓度为0.1mg/m³，采用这种方法净化空气，时时要考虑臭氧浓度不能过高，净化效果如何还是次要的。

2.采用物理吸附、过滤的方法，使居室内空气强制通过某些材料过滤，借以将空气中的有机污染物过滤出来，例如各种过滤网、高效过滤网(HEPA)、活性炭、分子筛、哇藻土等。物理吸附和过滤的效果，受到采用的材料的吸附容量、吸附能力的限制。采用的过滤材料，一般在3-6个月就需要处理或者更换一次。

3.采用静电吸收的方法，让空气强行通过一个电场，将空气中的有机污染物去除。这种方法的去除效果有很大限制。

本发明的目的是公开一种可去除空气中有机气体的净化材料及其制备方法，可以分解多种有机污染物，本发明方法制备的合成净化材料(简称合成材料，下同)的优点是：

1.能力强：如果通过换气的方法来过滤居室内的空气，本合成材料对空气中的苯、甲醛、乙醛、乙酸和氨等有机污染物，都有良好的吸附分解作用。

2.使用寿命长：本材料如果用于装修后的普通居室(装填到空调或空气清洗机中)，每公斤的分解能力，可以使用2年以上不需要更换或处理。

3.容易再生：本材料在使用一段时间后，吸附分解能力会逐渐下降。只要在夏天的晴朗天气里，将去除能力下降的本材料、或者装填本材料的过滤器放在阳光下晾筛0.5-1小时，就基本恢复原来的能力。

4.成本较低：日本出的可以分解甲醛的两种触媒(即催化剂的“日文”写法)，一种的商品名叫LTG-M2，主要万分是活性碳、酸化酞、陶瓷纤维等，以静电纤维纸浆网为载体；一处以二氧化钛、铂为主要原料。这些材料的成本要昂贵得多，而本发明的合成材料比之前者成本要低得多。

5.易于工业化：本发明的合成净化材料，已经在25公斤的活化炉上多次生产。

本发明是这样来实现的：本发明是根据负载型催化剂的制备原理，将多种金属盐通过浸渍，负载到惰性无机载体的表面；之后通过高温活化，将金属盐分解为金属或金属氧化物，附着于载体的表面，形成可以分解有机物分子的氧化型和还原型的活性中心。本合成净化材料的活性组份中，同时包括多种类型的金属或金属氧化物，形成多种活性中心，通过氧化、还原和吸附作用，这些活性中心对空气中多种有害的有机气体分子有广谱的去除作用。一种可以去除空气中有机气体的净化材料，它是一种以多孔惰性无机材料为载体，以金属和金属氧化物为活性组份附着于载体表面，形成各种多金属的活性中心，其特征在于所述的载体是分子筛、活性炭、氧化铝、高岭土、膨润土、硅藻土中任选一种，载体颗粒的尺寸规格可以是粉末、球形、圆柱型或其他异型，载体颗粒的尺寸最好采用直径1-5mm的球形或直径1-5mm的圆柱形颗粒。所述的活性组份的金属可以是铬、锌、锰、铜、镍、铁、钴过渡金属，还可以包括银、金、铂贵金属，还可以包括铈、钕、镧等稀土金属，采用过渡金属应在二种以上，最好在三种以上，采用贵金属至少有一种，采用稀土至少有一种；一种可以去除空气中有机气体的净化材料的制备方法，所述的各种活性组份金属，以无机盐或有机盐的形式溶解于水中，配成一定浓度的浸渍液，各种金属盐的水溶液，可以单独也可以混合在一起与一定量的载体混合，搅拌均匀，形成湿的载体，然后在一定温度下加热活化，使金属盐转化为金属和金属氧化物，其特征在于：金属盐可以在硝酸盐、碳酸盐、乙酸盐或草酸盐中选取，金属盐与载体搅拌混合时体积比为：浸渍液总体积与载体总体积之比在0.8-1.5，锌、锰、铜、镍、铁、钴过渡金属盐至少二种以上，金属盐与载体的重量比是：每种的重量为5-40％(占载体重量比，下同)；银、金、铂贵金属盐每种重量在0.1-5％，量佳在1-2％；铈、钕、镧稀土金属盐每种重量0.5-8％，最佳在1-3％，加热活化温度在300--800℃，最好在550--650℃，活化时间在3-8小时，最好在4-5小时。

实现本发明制备方法的步骤为：

1.载体：选取的载体称重量100份，放置；

2.活性组份：各种活性组份按照要求的重量称取，分别、完全溶解于去离子水中，配成浸渍液。各种浸渍液的总体积，不要超过载体体积的1.1倍；

3.浸渍液：将各种金属盐的浸渍液小心、缓慢混合到一起，搅拌均匀，注意：不同浸渍液混合时会有热量、气体发生，要边混合边搅拌；

4.浸渍：将混合好的浸渍液慢慢倒入载体中，边倒边搅拌，制备成湿载体。注意：浸渍液与载体混合时会放热、放出气体；

5.放置：湿载体要盖上盖子，4-12放置小时，使各种金属盐之间在载体表面内分散均匀，能够完全吸附到载体的内外孔中；

6.活化：放置后的载体在300--800℃下加热活化，使各种金属盐分解成金属或金属氧化物，可以牢固附着在载体表面中，形成各种多金属的活性中心。

附图为本发明实施例的检测装置流程图，通过实施例对本发明进一步说明。

(1)实施例1：合成材料I的制备

称取圆柱形活性炭I(Ф1.53-5mm)100g(体积为171ml)，作为本合成材料的载体，其比表面为800-1200m²/g，堆比重0.6g/ml。

称取硝酸铜15份、硝酸镍10份、硝酸铬5份、硝酸锰5份、硝酸铈1份、硝酸钕1份，分别加入去离子水完全溶解，混合，搅拌均匀；最后加入硝酸银3份，搅拌均匀，最后加水到170ml，搅拌均匀，制成浸渍液。

将浸渍液慢慢倒入称好的活性炭载体中，边倒边搅拌；浸渍液倒完后，继续搅拌30分钟到1小时，制成湿载体。盖上盖子，放置8小时。

放置后的湿载体在600℃活化。本专利采用的是搅拌式小型活化器，自动控温，边加热、边搅拌，到600℃继续搅拌，恒温6小时；停止加热，继续搅拌，到120时出炉，得合成材料产品1。

(2)实施例2：合成材料II的制备

称取圆柱形活性炭II(Ф35-8mm)100g(体积为185ml)，作为本合成材料的载体，其比表面为800-1000m²/g，堆比重0.65g/ml。

称取硝酸铜15份、硝酸镍10份、硝酸铬5份、硝酸锰5份、硝酸铈1份、硝酸钕1份，分别加入去离子水完全溶解，混合，搅拌均匀；最后加入硝酸银3份，搅拌均匀，最后加入到180ml，搅拌均匀，制成浸渍液。

将浸渍液慢慢倒入称好的活性炭载体中，边倒边搅拌；浸渍液倒完后，继续搅拌30分钟到1小时，制成湿载体。盖上盖子，放置10小时。

放置后的湿载体在650℃活化。可以采用搅拌式小型活化器，自动控温，边加热、边搅拌，到650℃继续搅拌，恒温7小时；停止加热，继续搅拌，到120时出炉，得合成材料产品II。

(3)实施例3：合成材料1去除甲醛的效果

取合成材料1重量为10.8克，装填在体积为10ml的检测管中。甲醛取35％--37％的水溶液3-4毫升，装于10-20毫升刻度试管中，准确记录加入甲醛的体积；用气泵以每分钟0.5-0.8升的速度向甲醛溶液鼓泡，吹入的空气流经过甲醛溶液时，携带甲醛经过盛放本材料的容器；容器用胶管通入水中，水中放有甲醛指示剂(玫瑰酸红)，在没有甲醛时是无色的。检测装置参见附图。

净化材料对甲醛失去净化能力时，透过净化材料的甲醛进入水中，与指示剂反应生成红色。记录剩余甲醛溶液的量。

将剩余的甲醛溶液放置过夜，直到其中甲醛完全挥发干净，将得到净化材料处理甲醛的量：

去除甲醛的体积＝总量-剩余量-挥发量(ml)

说明：甲醛溶液的浓度为37-40％，以37％计，甲醛溶液比重按1.1计。

本净化材料对甲醛的去除能力：多次检测结果取平均值，10-12克净化材料，可以去除的甲醛溶液体积为1.7-2.0毫升，相当于每克净化材料可以去除纯甲醛70-80毫克。

(4)实施例4：合成材料1去除苯的效果

装填本净化材料1的量为10-12克，装填在体积为10ml的检测管中。苯4-6毫升装于10-20毫升刻度试管中，准确记录加入苯的总量；用气泵以每分钟0.1-0.2升的速度向苯鼓泡，吹入的空气流携带苯，经过盛放本材料的容器；容器用胶管通入检测液中，检测液由无水氯仿和无水三氯化铝配制，无色，有苯时变为深颜色。

本材料净化苯的能力如下式计算：

说明：苯的比重按0.88计。

多次检测结果取平均值，20-22克净化材料，可以净化苯的体积为2.0-2.2毫升，相当于每克净化材料可以净化苯80-100毫克。

(5)实施例5：合成材料1去除氨的效果

装填本净化材料1的量为10-12克，装填在体积为10ml的检测管中。28％氨水溶液2-3亳装于10-20毫升刻度试管中，准确记录加入氨水的总量；用气泵以每分钟0.1-0.2升的速度向氨水鼓泡，吹入的空气流携带氨，经过盛  放本材料的容器；容器用胶管通入酚酞指示液中；本指示液无色，氨气进入时变为深颜色。

本材料净化氨的能力如下式计算：

说明：氨的比重按0.91计。

多次检测结果取平均值，10-12克净化材料，可以净化氨的体积为0.8-1.0毫升，相当于每克净化材料可以净化氨70-80毫克。

(6)比较例1：载体I(活性炭)去除甲醛的效果

取制备合成材料I的载体I--圆柱形活性炭(Ф1.5 3-5mm)6.4-6.5克，装填在体积为10ml的检测管中。甲醛取35％--37％的水溶液2-3毫升装于10-20毫升刻度试管中，准确记录加入甲醛的体积；气泵以每分钟0.5-0.8升的速度向甲醛溶液鼓泡，吹入的空气流经过甲醛溶液时，携带甲醛经过盛放活性炭载体1的检测管；检测管用胶管通入水中，水中放有甲醛指示剂(玫瑰酸红)，无色，甲醛进入时呈红色。检测装置参见附图。

活性炭载体对甲醛失去净化能力时，透过净化材料的甲醛进入水中，与指示剂反应生成红色。记录剩余甲醛溶液的量。

将剩余的甲醛溶液放置过夜，直到其中甲醛完全挥发干净，净得到活性炭载体I处理甲醛的量：

去除甲醛的体积＝总量-剩余量-挥发量(ml)

说明：甲醛溶液的浓度为37-40％，以37％计，甲醛溶液比重按1.1计。

载体活性炭I对甲醛的去除能力：多次检测结果取平均值，6.4克载体，可以去除的甲醛溶液体积为0.25毫升，相当于每克载体I可以去除纯甲醛42毫克。

参考实施例(3)，合成材料去除甲醛的能力为每克材料可去除甲醛70-80毫克，去除效果即使用寿命为载体的1.7-2倍。

(7)比较例2：载体I(活性炭)去除苯的效果

取制备合成材料I的载体I--圆柱形活性炭(Ф1.5 3-5mm)6.6克，装填在体积为10ml的检测管中。苯4-5毫升装于30-50毫升刻度试管中，准确记录加入苯的总量；用气泵以每分钟0.1-0.2升的速度向苯鼓泡，吹入的空气流携带苯，经过盛放活性炭载体的容器；容器用胶管通入检测液中，检测液由无水氯仿和无水三氯化铝配制，无色，有苯时变为深颜色。

载体I净化苯的能力如下式计算：

说明：苯的比重按0.88计。

载体I对苯的去除能力：多次检测结果取平均值，6.4-6.5克载体，可以去除的苯体积小于0.05毫升，相当于每克载体I可以去除苯小于0.8毫克。

参考实施例(4)，合成材料去除苯的能力为每克合成材料I可去除苯80-100毫克。对苯的去除效果即使用寿命，合成材料I为载体I的10-12倍以上。

(8)比较例3：载体I(活性炭)去除氨的效果

取制备合成材料I的载体I---圆柱形活性炭(Ф1.5 3-5mm)6.6克，装填在体积为10ml的检测管中。28％氨水溶液2-3毫升装于10-20毫升刻度试管中，准确记录加入氨水的总量；用气泵以每分钟0.1-0.2升的速度向氨水鼓泡，吹入的空气流携带氨，经过盛放载体I的容器；容器用胶管通入酚酞指示液中；本指示液无色，氨气进入时变为深颜色。

本载体活性炭净化氨的能力如下式计算：

说明：氨的比重按0.91计。

本载体I对氨的去除能力：多次检测结果取平均值，6.4-6.5克载体，可以去除的氨体积小于0.12毫升，相当于每克载体I可以去除氨20毫克。

参考实施例(5)，合成材料去除氨的能力为每克材料可去除70-80毫克。对氨的去除效果即使用寿命，合成材料I的3.5-4倍。

(9)实施例6：合成材料II对甲醛、苯和氨的去除效果

取合成材料II，按照与实施例3相同的方法检测去除甲醛的效果，按照与实施例4相同的方法检测去除苯的效果，按照与实施例5的方法检测去除氨的效果。得到结果分别是：合成材料去除效果，每克材料可去除75-82甲醛毫克，去除苯95-102毫克，去除氨65-75毫克。

以上结果列表如表1。

                  表1  合成材料I和合成材料II的物理性能

项    目	合成材料I	合成材料II	载体I	说  明
					尺  寸  (mm)	Ф1.5 2-5	Ф1.5 5-8	Ф1.5 2-5	圆柱型
颜  色	深灰色	浅灰色	浅灰色
					比表面  (m2/g)	800--1200	800--1200	800-1200
使用温度()	0--35	0--35	0--35
					使用湿度(％)	＜95	＜95	＜95
分解甲醛(mg/g材料)	70--80	70--80	42	100％去除
					去除苯  (mg/g材料)	80--100	80--100	0.8	100％净化
去除氨  (mg/g材料)	70--80	65--75	20	100％净化

本净化材料去除甲醛、苯和氨的能力，受温湿度的影响很小。

(10)实施例7：合成材料I再生后对甲醛的去除效果

将实施例(3)去除甲醛用过的合成材料I放在阳光下(20--30℃)下晾晒1小时，之后装填检测管中，测定对甲醛的去除效果。

结果为，晾晒过的合成材料I对甲醛的去除能力为，每克可以去除65-70甲醛毫克。去除能力仍然在新鲜材料的90％以上。

本发明所获得的产品，由于采取上述技术措施，使各种金属盐分解完全，分散均匀，对甲醛、苯类、乙醛、己酸、甲酸、氨等有机分子，具有广谱的去除效果。

Claims (4)

1.一种可以去除空气中有机气体的净化材料，它是一种以多孔惰性无机材料为载体，以金属和金属氧化物为活性组份附着于载体表面，形成各种多金属的活性中心，其特征在于所述的载体是分子筛、活性炭、氧化铝、高岭土、膨润土、硅藻土中任选一种，载体颗粒的尺寸规格可以是粉末、球形、圆柱型或其他异型，所述的活性组份的金属可以是铬、锌、锰、铜、镍、铁、钴过渡金属，还可以包括银、金、铂贵金属，还可以包括铈、钕、镧稀土金属，采用过渡金属应在二种以上，最好在三种以上，采用贵金属至少有一种，采用稀土至少有一种。

2.根据权利要求1所述的一种可以去除空气中有机气体的净化材料，其特征在于载体材料最好采用分子筛、活性碳和氧化铝，载体颗粒的尺寸最好采用直径1-5mm的球形或直径1-5mm的圆柱形颗粒。

3.一种如权利要求1所述的一种可以去除空气中有机气体的净化材料的制备方法，所述的各种活性组份金属，以无机盐或有机盐的形式溶解于水中，配成一定浓度的浸渍液，各种金属盐的水溶液，可以单独也可以混合在一起与一定量的载体混合，搅拌均匀，形成湿的载体，然后在一定温度下加热活化，使金属盐转化为金属和金属氧化物，其特征在于：金属盐可以在硝酸盐、碳酸盐、乙酸盐或草酸盐中选取，金属盐与载体搅拌混合时体积比为：浸渍液总体积与载体总体积之比在0.8-1.5，锌、锰、铜、镍、铁、钴过渡金属盐至少二种以上，金属盐与载体的重量比是每种的重量为5-40％(占载体重量比，下同)；银、金、铂贵金属盐至少一种，每种的重量为0.1-5％；铈、钕、镧稀土金属盐至少一种，每种重量为0.5-8％(占载体重量比)，加热活化温度在300--800℃，活化时间在3-8小时。

4.根据权利要求3所述的净化材料的制备方法，其特征在于所述的金属盐浸渍液总体与载体总体积之比在1.0-1.1；过渡金属盐，每种重量最佳在25-30％；贵金属盐每种重量最佳在1-2％；稀土金属盐每种重量最佳在1-3％，活化温度最好在550--650℃，活化时间最好在4-5小时。