專利名稱：一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑及其制備方法
技術領域：
本發明屬于空氣凈化處理技術領域，具體涉及一種從空氣中高效分離甲醛的吸附劑及其制備方法。
背景技術：
甲醛廣泛存在于空氣環境之中，尤其是建筑物室內，以及航天器、潛艇、地鐵等密閉或半密閉艙室，是有限空間環境的最主要空氣污染物之一。甲醛的來源比較復雜，主要包括脲醛/酚醛樹脂膠人造板，如膠合板、細木工板、中密度纖維板和刨花板；含有甲醛的裝飾材料，如貼墻紙、涂料、膠粘劑、尿素-甲醛泡沫絕緣材料和塑料地板；散發甲醛的室內和艙內陳列和裝飾用品，如家具、化纖地毯和泡沫塑料；燃燒散發甲醛的材料，如家用燃料燃燒、香煙燃燒；生活用品，如化妝品、清潔劑、防腐劑、油墨和紡織纖維。甲醛對人體健康的影響主要表現在嗅覺異常、刺激、過敏、肺功能異常、肝功能異常和免疫功能異常等方面。長期接觸低濃度甲醛會引起慢性呼吸道疾病，鼻咽癌、結腸癌、 腦癌、月經紊亂、細胞核的基因突變、妊娠綜合癥、白血病、記憶力和智力下降等。在所有接觸者中，兒童、孕婦和老人對甲醛尤為敏感，危害也更大。國際癌癥研究組織已建議將其作為可疑致癌物對待。目前，對于有限空間空氣中低濃度甲醛的處理，主要采用低溫催化氧化、吸附、光催化和低溫等離子體氧化等方法處理。研究表明，低溫催化氧化可有效將甲醛氧化為二氧化碳和水，但是，當甲醛與苯系物共存時，需要采用低溫催化之外的其它方法來解決苯系物的凈化處理問題，這勢必使處理系統的投資和運行費用增加，維護管理難度增大。吸附主要采用多孔的金屬氧化物和非金屬氧化物材料來吸附分離氣相低濃度的甲醛，由于這些吸附材料孔體積和比表面積有限，因而吸附容量較低，使用壽命很短。同時， 當甲醛與苯系物共存時，同樣需要采用其它方法來解決苯系物的凈化處理問題，從而帶來處理系統復雜、投資和運行費用高、維護管理難度大等問題。低溫等離子體氧化兼具凈化甲醛和苯系物的效果，但是，處理能耗較高，而且僅僅依靠低溫等離子體氧化處理時，由于氧化不徹底，會形成有害中間產物，同時，若采用放電方法產生低溫等離子體，也會形成臭氧和二氧化氮等有害放電產物。光催化氧化效率較低，而且氧化不徹底，也會生成其他有害的不完全氧化產物，引起二次污染。另外，當甲醛與苯系物共存時，不僅需要采用其它方法來解決苯系物的凈化處理問題，而且苯系物還可能引起光催化劑中毒。
發明內容
針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑及其制備方法，在空速(反映氣流在吸附劑床層中的停留時間，單位h—1，空速越高，氣流在吸附劑中的停留時間越短)為10000 5000( -1的條件下，本發明提供的吸附劑能有效分離空氣中的甲醛，而且吸附容量大，使用壽命長。且所使用的前體物為赤泥，一種來源于鋁工業煉鋁過程中的固體廢渣，具有來源廣泛，價格低廉的優勢。本發明提供一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑，該吸附劑以拜耳法冶鋁工藝所產生的赤泥做前體物，經過化學改性及高溫焙燒后得到的，該吸附劑的內部微觀孔徑分布范圍為0. 9 2. 7nm，有利于對空氣中微量甲醛的捕捉去除。該吸附劑為紅色顆粒物，外觀尺寸大小為0. 45 0. 9mm。該吸附劑的成分按照重量百分比為二氧化硅(10 15wt% )、 氧化鐵(20 25wt% )、氧化鋁(10 15wt% )及其他微量成分(鈉、鈣、鈦的氧化物及灼燒損失部分，45 50wt% )，其成分含量與普通赤泥相同，即與拜耳法冶鋁工藝所產生的赤泥成分相同，只是經改性后吸附劑內部孔徑分布范圍向微孔部分轉化。本發明還提供一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑的制備方法，具體包括以下步驟步驟一用去離子水直接溶解清洗前體物，該前體物為拜耳法冶鋁工藝所產生的赤泥，成分為二氧化硅、氧化鐵、氧化鋁、氧化鈣、氧化鈉、氧化銻以及灼燒損失部分，前體物與去離子水的質量比為1 20 1 10 ；步驟二 將清洗后的前體物取出，置于干燥箱中，在100 110°C下干燥12 16個小時。將經過干燥處理后的前體物研磨至顆粒尺寸為0. 18 0. 28mm ；步驟三將濃度范圍為 30%的H2A溶液與0. 18 0. 28mm的前體物按液固比為1 5 1 10的比例進行混合，在旋轉蒸發儀上改性，改性浸泡時間為1 4h，轉速40 60r/min，水浴溫度50 60°C，得到改性的前體物；所述的液固比是指H2A溶液的體積(mL)與前體物的質量(g)之比。步驟四將得到的改性前體物與去離子水和甲基纖維素按照100 15 1.5 100 27 2.7(重量比)的比例混合均勻，在8 14MPa的壓力范圍內壓制成片，得到片狀改性前體物；步驟五將得到的片狀改性前體物置于馬弗爐中進行高溫焙燒，焙燒溫度范圍為 300 700°C，焙燒的時間2 他；取出后自然冷卻至室溫，研磨成0. 45 0. 9mm，得到本發明的用于從空氣中分離甲醛的吸附劑。本發明的優點在于1)本發明提供的一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑及其制備方法，該吸附劑與現有甲醛吸附和催化凈化材料相比，在高空速下，能高效吸附分離氣相低濃度甲醛，而且吸附容量大，使用壽命長。特別是使用的原材料來源于鋁工業煉鋁過程中產生的固體廢渣，來源廣泛，價格低廉，制成吸附劑后能夠達到以廢治害的目的，有利于實現清潔生產。2)本發明提供一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑及其制備方法，與現有光催化氧化、低溫等離子氧化等技術相比，利用本發明提供的吸附劑進行吸附凈化處理，凈化徹底，不會產生新的污染物，不會引起二次污染。3)本發明提供一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑尤其適用于含有低濃度甲醛或低濃度甲醛與其它揮發性有機化合物共存的居室或者密閉、半密閉艙室的空氣凈化處理。
圖1 本發明提出的一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑的制備方法流程圖。
具體實施例方式下面將結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。本發明提供一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑，該吸附劑以拜耳法冶鋁工藝所產生的赤泥做前體物，經過化學改性及高溫焙燒后得到的，該吸附劑的內部微觀孔徑分布范圍為0. 9 2. 7nm，有利于對空氣中微量甲醛的捕捉去除。該吸附劑為紅色顆粒物，外觀尺寸大小為0. 45 0. 9mm。該吸附劑的成分按照重量百分比為二氧化硅(10 15wt% )、 氧化鐵(20 25wt% )、氧化鋁(10 15wt% )及其他微量成分(鈉、鈣、鈦的氧化物及灼燒損失部分，45 50wt% )，其成分含量與普通赤泥相同，即與拜耳法冶鋁工藝所產生的赤泥成分相同，只是經改性后吸附劑內部孔徑分布范圍向微孔部分轉化。在常壓、室溫(10MPa，23°C )條件下，空速為10000 δΟΟΟΟΙΓ1范圍內，甲醛濃度為3 5mg/m3時，本發明所制備的吸附劑的穿透時間達到10 13h。本發明還提供一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑的制備方法，如圖1所示，具體包括以下步驟步驟一用去離子水直接溶解清洗前體物，該前體物為拜耳法冶鋁工藝所產生的赤泥，成分為二氧化硅、氧化鐵、氧化鋁、氧化鈣、氧化鈉、氧化銻以及灼燒損失部分，前體物與去離子水的質量比為1 20 1 10;步驟二 將清洗后的前體物取出，置于干燥箱中，在100 110°C下干燥12 16個小時。將經過干燥處理后的前體物研磨至顆粒尺寸為0. 18 0. 28mm ；步驟三將濃度范圍為 30%的H2A溶液與0. 18 0. 28mm的前體物按液固比為1 5 1 10的比例進行混合，在旋轉蒸發儀上進行化學改性，改性浸泡時間為1 4h，轉速40 60r/min，水浴溫度50 60°C，得到改性的前體物；所述的液固比是指H2A溶液的體積(mL)與前體物的質量(g)之比。步驟四將得到的改性前體物與去離子水和甲基纖維素按照100 15 1.5 100 27 2.7(重量比)的比例混合均勻，在8 14MPa的壓力范圍內壓制成片，得到片狀改性前體物；步驟五將得到的片狀改性前體物置于馬弗爐中進行高溫焙燒，焙燒溫度范圍為 300 700°C，焙燒的時間2 他；取出后自然冷卻至室溫，研磨成0. 45 0. 9mm，得到本發明的用于從空氣中分離甲醛的吸附劑。將得到的吸附劑在常壓、室溫條件(lOMPa，23°C )下，空速為10000 δΟΟΟΟΙΓ1范圍內，對本發明制備的吸附劑的吸附性能進行測試，結果表明，在甲醛濃度為3. 69mg/m3，相對濕度為23%時，本發明所制備的吸附劑的穿透時間最高達到13h。本發明中的吸附劑可以直接放置在空氣中或將該吸附劑置于凈化設備內，可以用于凈化室內或密閉空間空氣中的甲醛，以及甲醛和苯系物的混合物。實施例1 制備編號為1 16#吸附劑，制備方法如下步驟一用去離子水清洗前體物，前體物與去離子水的質量比為1 20;步驟二 將清洗后的前體物取出，置于干燥箱中，在110°C下干燥12h，將得到的粉狀前體物研磨至顆粒尺寸為0. 18mm ；步驟三將100ml不同濃度的H2A溶液與20g干燥研磨好的前體物進行混合，混合后在旋轉蒸發儀上進行改性，旋轉蒸發儀轉速60r/min，水浴溫度50°C，不同的改性時間、 浸泡時間和不同的H2A溶液的濃度分別如表1所示，得到改性的前體物；步驟四將改性后的前體物與去離子水和甲基纖維素按照100 27 2. 7的重量比混合均勻，在不同的制片壓力(如表1所示)下壓制成片狀，得到片狀改性前體物；步驟五將得到的片狀改性前體物置于馬弗爐中進行高溫焙燒，焙燒溫度和焙燒時間如表1所示；取出后自然冷卻至室溫，研磨成0. 45mm，得到1 16#共16種不同制備條件下的吸附劑。表1 實施例1中1 16#吸附劑的制備條件
權利要求
1.一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑，其特征在于所述的吸附劑的前體物為赤泥，內部微觀孔徑分布范圍為0. 9 2. 7nm，外觀尺寸大小為0. 45 0. 9mm，該吸附劑為紅色顆粒物，吸附劑的成分按照重量百分比為10 15wt%二氧化硅、20 25wt%氧化鐵、 10 15wt%氧化鋁及45 50wt%的鈉、鈣、鈦的氧化物及灼燒損失部分。
2.根據權利要求1所述的一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑，其特征在于所述的赤泥為拜耳法冶鋁工藝產生的赤泥。
3.根據權利要求1所述的一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑，其特征在于
4.根據權利要求1所述的一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑，其特征在于所述的吸附劑在大氣壓力為lOMPa，23°C溫度下，空速為10000 δΟΟΟΟΙΓ1范圍內，甲醛濃度為3 5mg/m3時，穿透時間為10 13h。
5.一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑的制備方法，其特征在于具體包括以下步驟步驟一用去離子水溶解清洗前體物，該前體物為拜耳法冶鋁工藝所產生的赤泥，前體物與去離子水的質量比為1 20 1 10;步驟二 將清洗后的前體物取出，置于干燥箱中，在100 110°C下干燥12 16個小時。將經過干燥處理后的前體物研磨至顆粒尺寸為0. 18 0. 28mm ；步驟三將濃度為 301^H2O2溶液與前體物按液固比為1 5 1 10的比例進行混合，在旋轉蒸發儀上改性，改性浸泡時間為1 4h，轉速40 60r/min，水浴溫度50 60°C，得到改性的前體物；步驟四將得到的改性前體物與去離子水、甲基纖維素按照重量比為 100 15 1. 5 100 27 2. 7的比例混合均勻，并在8 14I\ffa的制片壓力下壓制成片，得到片狀改性前體物；步驟五將得到的片狀改性前體物置于馬弗爐中進行高溫焙燒，焙燒溫度范圍為 300 700°C，焙燒的時間2 他；取出后自然冷卻至室溫，研磨成0. 45 0. 9mm,得到最終吸附劑。
6.根據權利要求6所述的一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑的制備方法，其特征在于所述的H2A溶液濃度為20 30%。
7.根據權利要求6所述的一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑的制備方法，其特征在于所述的浸泡時間為3 4h
8.根據權利要求6所述的一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑的制備方法，其特征在于所述的制片壓力為10 13MPa。
9.根據權利要求6所述的一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑的制備方法，其特征在于所述的焙燒溫度為300 400°C。
10.根據權利要求6所述的一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑的制備方法，其特征在于所述的焙燒時間為4 他。
全文摘要
本發明提供一種用于從空氣中分離甲醛的吸附劑及其制備方法，該吸附劑以拜耳法冶鋁工藝所產生的赤泥做前體物，經過化學改性及高溫焙燒后得到的，該吸附劑為紅色顆粒物，該吸附劑的內部微觀孔徑分布范圍為0.9～2.7nm，外觀尺寸大小為0.45～0.9mm，有利于對空氣中微量甲醛的捕捉去除。本發明提出的用于從空氣中分離甲醛的吸附劑與現有甲醛吸附和催化凈化材料相比，在高空速下，能高效吸附分離氣相低濃度甲醛，而且吸附容量大，使用壽命長，且其使用的原材料來源于鋁工業煉鋁過程中產生的固體廢渣赤泥，來源廣泛，價格低廉，制成吸附劑后能夠達到以廢治害的目的，有利于實現清潔生產。
文檔編號B01J20/30GK102179231SQ20111010385
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月25日 優先權日2011年4月25日
發明者周俊濤, 曾小嵐, 朱天樂 申請人:北京航空航天大學