本發明屬于廢氣治理
技術領域：
，具體涉及一種新型吸附劑及其制備方法及應用。
背景技術：
：目前，在有機廢氣治理行業中，吸附法以及吸附濃縮結合其它工藝的技術，應用得比較廣泛。吸附機理是利用吸附材料豐富的多孔結構，吸附各種有害的氣體分子，從而達到凈化空氣的作用；當吸附的有害氣體達到允許吸附量時，通過加熱再生，可以使吸附材料在一定程度上，可以重復使用。常用的吸附劑主要包括沸石分子篩和活性炭。分子篩(又稱合成沸石)是一種硅鋁酸鹽多微孔晶體，其特點是微孔孔徑相對比較均勻，具有一定的吸附能力，耐高溫。缺點是由于需要人工合成，且工藝復雜，制作成本高昂?；钚蕴烤哂胸S富的多孔結構，適用于絕大多數有機氣體，吸附能力較強，價格相對低廉。缺點是由于活性炭燃點較低(300℃)，脫附能力較差，再生利用率比較低。由于有機廢氣多數都含有具備一定危險性的氣體，當無法再生利用時，通常都要作為危險廢物來處理。目前，國內多數地區的廢活性炭處置費用和采購成本大致相當，甚至個別地區高于采購成本，這樣又大大增加了企業的治理成本。因此，研制開發價廉、高效的vocs吸附劑成為近年來的環境吸附材料的研究熱點之一。技術實現要素：為了解決現有技術存在的問題，本發明提出一種制作成本低廉，耐高溫，可重復使用率高，以至可循環使用的吸附材料，從而大大降低企業的有機廢氣治理成本。該發明是通過以下技術方案予以實現的：一種新型吸附劑，其包括如下原料：分散劑、木質纖維素、粘土、甘油、三氧化二鋁、二氧化鈦、正硅酸乙酯、酸性溶液。進一步的，上述原料的添加量分別為：粘土的添加量為0.015-0.075g/ml的酸性溶液；分散劑添加量為0.01-0.13ml/g粘土；木質纖維素的添加量為0.002-0.01g/g粘土；甘油的添加量為0.05-0.5ml/g；三氧化二鋁的添加量為0.05-0.2g/g粘土；二氧化鈦的添加量為0.01-0.1g/g粘土；正硅酸乙酯的添加量為0.002-0.01mol/g；。進一步的，該新型吸附劑還包括云母粉，其添加量為0.01-0.05g/g粘土。進一步的，該吸附劑是通過如下步驟制備而成，⑴將分散劑、木質纖維素加入到酸性溶液中，室溫下攪拌0.2-1h，得到溶液a；⑵溶液a中加入粘土、甘油，繼續攪拌1-2h，得到溶液b；⑶在溶液b中再加入三氧化二鋁、二氧化鈦、正硅酸乙酯，攪拌12-36h，加入分散劑，攪拌1-2h，離心得到膠狀物；⑷利用去離子水反復洗滌膠狀物至中性，得濾餅；⑸將上述濾餅在低溫下干燥后研磨成顆粒，將得到的顆粒高溫焙燒，得到本粘土吸附劑。進一步的，所述酸性溶液為2-6mol/l的硫酸或鹽酸溶液。進一步的，所述步驟⑵為在溶液a中加入粘土、甘油，云母粉，繼續攪拌1-2h，得到溶液b。進一步的，所述粘土為蒙脫土、高嶺土、膨潤土、活性白土的一種或幾種。本發明還提出一種新型吸附劑的制備方法，包括如下步驟，⑴將分散劑、木質纖維素加入到酸性溶液中，室溫下攪拌0.2-1h，得到溶液a；⑵溶液a中加入粘土、甘油，繼續攪拌1-2h，得到溶液b；⑶在溶液b中再加入三氧化二鋁、二氧化鈦、正硅酸乙酯，攪拌12-36h，加入分散劑，攪拌1-2h，離心得到膠狀物；⑷利用去離子水反復洗滌膠狀物至中性，得濾餅；⑸將上述濾餅在低溫下干燥后研磨成顆粒，將得到的顆粒高溫焙燒，得到本粘土吸附劑。此外，本發明還提出一種新型吸附劑在廢氣治理中的應用。進一步的，所述新型吸附劑在使用前需進行活化，活化的溫度為300-500℃，活化時間為1-3h。本發明相對于現有技術所具有的優點為：1.本發明提供一種對揮發性有機廢氣具有高吸附性能的吸附材料以及該吸附材料的制備方法，該吸附材料具有無毒、無腐蝕、環保且對有機廢氣具有高吸附性能、可反復再生利用。2.本發明所使用的粘土是一種熱穩定性好、儲量豐富和價格低廉的礦物，通過對粘土表面性質與結構的改性處理，可以增大其比表面積、擴大有效吸附孔洞，從而提高其對vocs的吸附能力。3.本發明的制備工藝簡單，原料易于購買，便于生產者生產。即便如此，本發明確為首次基于粘土制備出用以吸附廢氣的吸附劑，從而進行重復利用，因此該吸附劑的生產應用意義重大。附圖說明為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明吸附劑對甲苯的吸附試驗結果圖。圖中的曲線從左至右依次為實施例1、2、4的樣品吸附曲線圖。橫坐標表示吸附時間，縱坐標表示廢氣出口濃度/進口濃度。具體實施方式本發明所使用試劑均可通過市售的方式取得。聚丙烯酸酯shyt1043生產廠家為上海宜涂實業有限公司。本發明提出一種吸附劑，其包括如下原料：分散劑、木質纖維素、粘土、甘油、三氧化二鋁、二氧化鈦、正硅酸乙酯、酸性溶液。其中，粘土為蒙脫土、高嶺土、膨潤土、活性白土的其中一種，或者幾種的混合。本發明的分散劑為5040分散劑或聚丙烯酸酯。上述原料的添加量分別為：粘土的添加量為0.015-0.075g/ml的酸性溶液；分散劑添加量為0.01-0.13ml/g粘土；木質纖維素的添加量為0.002-0.01g/g粘土；甘油的添加量為0.05-0.5ml/g；三氧化二鋁的添加量為0.05-0.2g/g粘土；二氧化鈦的添加量為0.01-0.1g/g粘土；正硅酸乙酯的添加量為0.002-0.01mol/g。該吸附劑還包括云母粉，其添加量為0.01-0.05g/g粘土。其次，本發明吸附劑的制備方法包括如下步驟，⑴將分散劑、木質纖維素加入到酸性溶液中，室溫下攪拌0.2-1h，得到溶液a。本發明的酸性溶液為2-6mol/l的鹽酸或2-6mol/l硫酸溶液。攪拌的轉速為300r/min。⑵在溶液a中加入粘土、甘油，繼續攪拌1-2h，得到溶液b；⑶在溶液b中再加入三氧化二鋁、二氧化鈦、正硅酸乙酯，攪拌12-36h，加入分散劑，攪拌1-2h，離心得到膠狀物。本發明加入分散劑攪拌后可靜置老化12-24h，在進行離心，有利于上述物質的充分反應；⑷利用去離子水反復洗滌膠狀物至中性，得濾餅；⑸將上述濾餅在低溫下干燥后研磨成顆粒，將得到的顆粒進行高溫焙燒，得到本粘土吸附劑。本發明的低溫干燥的溫度為60-80℃，時間為24-48h。本發明中利用馬弗爐對顆粒進行焙燒，其中焙燒溫度為400-700℃，升溫速率為3-10℃/min，焙燒時間為4-18h。進一步的，所述步驟⑵為在溶液a中加入粘土、甘油，云母粉，繼續攪拌1-2h，得到溶液b。此外，本發明還提出上述吸附劑在廢氣治理中的應用，該新型吸附劑在使用前需進行活化，其中活化的溫度為300-500℃，活化時間為1-3h。該吸附劑用于空氣凈化中揮發性有機廢氣的吸附。下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。對本發明的吸附劑以甲苯為例進行吸附性能測試時，整個吸附系統由甲苯發生器、氣體流量控制系統、吸附床等組成。取1g樣品裝入吸附床層，以空氣為載氣，分為2路，一路進入甲苯發生器，一路為稀釋氣，通過調節兩路氣體流量控制進入吸附劑的甲苯濃度為1000ppm，流量為100ml/min，經吸附劑吸附后氣體中含甲苯濃度使用氣相色譜在線分析。吸附量通過吸附曲線計算得出，計算公式如下：其中，q為單位質量吸附劑對甲苯的平衡吸附量，g/g；f為氣體總流速，ml/min；ci為吸附imin后出口甲苯的濃度，mg/m3；c0為入口甲苯濃度，mg/m3；w為吸附劑的填裝量，g；t為吸附時間，min；ts為吸附平衡時間，min。實施例1首先，量取0.1ml的5040型分散劑、0.015g木質纖維素加入到200ml濃度為2mol/l的鹽酸溶液中，室溫下300r/min攪拌0.5h；加入5g蒙脫土、2.5ml甘油、0.2g云母粉，繼續攪拌1h；再加入0.5g三氧化二鋁、0.1g二氧化鈦、0.02mol正硅酸乙酯，攪拌36h，最后加入0.15ml聚丙烯酸酯shyt1043，攪拌2h，靜置老化12h；離心得到膠狀物，用去離子水反復洗滌膠狀物至中性，得濾餅；將上述濾餅在60℃下干燥48h后使用瑪瑙研缽研磨成40-80目顆粒，將得到的顆粒用馬弗爐焙燒700℃焙燒4h，升溫速率為3℃/min，得到粘土吸附劑。該粘土吸附劑使用前在20％o2/n2氣氛中300℃活化3h。本實施例的纖維素為木質纖維素。將1g吸附劑加入到內徑為0.8mm的玻璃空管內，通入流量為100ml/min，甲苯濃度為1000ppm的氣體，通過氣相色譜測試流出氣體中甲苯含量。并記出口氣體甲苯濃度與進口氣體甲苯濃度比值為c/c0。本實施例所制備的粘土吸附劑對甲苯的吸附量為110mg/g。實施例2首先，量取0.3ml的5040型分散劑、0.02g木質纖維素加入到200ml濃度為3mol/l的鹽酸溶液中室溫下300r/min攪拌0.5h，加入10g高嶺土、1ml甘油、0.4g云母粉，繼續攪拌2h，再加入0.5g三氧化二鋁、0.1g二氧化鈦、0.02mol正硅酸乙酯，攪拌24h，最后加入0.2ml聚丙烯酸酯shyt1043，攪拌2h，靜置老化時間為24h，離心得到膠狀物，用去離子水反復洗滌膠狀物至中性，得濾餅；將上述濾餅在70℃下干燥36h后使用瑪瑙研缽研磨成40-80目顆粒，將得到的顆粒用馬弗爐焙燒400℃焙燒18h，升溫速率為5℃/min，得到粘土吸附劑。該吸附劑使用前在20％o2/n2氣氛中500℃活化1h。本實施例所制備的粘土吸附劑對甲苯的吸附量為115mg/g。實施例3首先，量取0.1ml的聚丙烯酸酯shyt1043、0.015g木質纖維素加入到200ml濃度為3mol/l的鹽酸溶液中室溫下300r/min攪拌0.5h；加入5g膨潤土、1ml甘油、0.05g云母粉，繼續攪拌1.5h；再加入0.5g三氧化二鋁、0.1g二氧化鈦、0.016mol正硅酸乙酯，攪拌36h，最后加入0.25ml5040分散劑，攪拌2h，靜置老化18h，離心得到膠狀物，用去離子水反復洗滌膠狀物至中性，得濾餅；將上述濾餅在80℃下干燥24h后使用瑪瑙研缽研磨成40-80目顆粒，將得到的顆粒用馬弗爐焙燒500℃焙燒8h，升溫速率為10℃/min，得到粘土吸附劑。該吸附劑使用前在20％o2/n2氣氛中400℃活化2h。本實施例所制備的粘土吸附劑對甲苯的吸附量為99mg/g。實施例4首先，量取0.75ml的5040型分散劑、0.15g木質纖維素加入到200ml濃度為6mol/l的硫酸溶液中室溫下300r/min攪拌0.5h；加入15g活性白土、6ml甘油、0.5g云母粉，繼續攪拌1h；再加入1.5g三氧化二鋁、1g二氧化鈦、0.15mol正硅酸乙酯，攪拌12h，最后加入0.5ml5040分散劑，攪拌2h，靜置老化20h。離心得到膠狀物，用去離子水反復洗滌膠狀物至中性，得濾餅；將上述濾餅在80℃下干燥48h后使用瑪瑙研缽研磨成40-80目顆粒，將得到的顆粒用馬弗爐焙燒500℃焙燒12h，升溫速率為3℃/min，得到粘土吸附劑。該吸附劑使用前在20％o2/n2氣氛中400℃活化2h。本實施例所制備的粘土吸附劑對甲苯的吸附量為124mg/g。實施例5首先，量取0.3ml的聚丙烯酸酯shyt1043、0.05g木質纖維素加入到200ml濃度為4mol/l的硫酸溶液中室溫下300r/min攪拌0.5h；加入12g高嶺土、4ml甘油、0.6g云母粉，繼續攪拌2h；再加入2.4g三氧化二鋁、1.2g二氧化鈦、0.12mol正硅酸乙酯，攪拌24h，最后加入0.4ml聚丙烯酸酯shyt1043，攪拌2h，靜置老化20h。離心得到膠狀物，用去離子水反復洗滌至中性，得濾餅；將上述濾餅在60℃下干燥48h后使用瑪瑙研缽研磨成40-80目顆粒，將得到的顆粒用馬弗爐焙燒600℃焙燒10h，升溫速率為5℃/min，得到粘土吸附劑。該吸附劑使用前在20％o2/n2氣氛中500℃活化2h。本實施例所制備的粘土吸附劑對甲苯的吸附量為102mg/g。實施例6首先，量取0.4ml的5040型分散劑、0.04g木質纖維素加入到200ml濃度為5mol/l的鹽酸溶液中室溫下300r/min攪拌0.5h；加入10g蒙脫土、3ml甘油、0.3g云母粉，繼續攪拌2h；再加入1g三氧化二鋁、0.5g二氧化鈦、0.06mol正硅酸乙酯，攪拌18h，最后加入0.3ml聚丙烯酸酯shyt1043，攪拌2h，靜置老化20h，離心得到膠狀物，用去離子水反復洗滌膠狀物至中性，得濾餅；將上述濾餅在80℃下干燥36h后使用瑪瑙研缽研磨成40-80目顆粒，將得到的顆粒用馬弗爐焙燒500℃焙燒10h，升溫速率為3℃/min，得到粘土吸附劑。該吸附劑使用前在20％o2/n2氣氛中300℃活化2h。本實施例所制備的粘土吸附劑對甲苯的吸附量為110mg/g。實施例7，首先，量取0.1ml的聚丙烯酸酯shyt1043、0.015g木質纖維素加入到200ml濃度為2mol/l的鹽酸溶液中室溫下300r/min攪拌0.5h；加入2g蒙脫土、3g膨潤土，2.5ml甘油，繼續攪拌1h；再加入0.5g三氧化二鋁、0.1g二氧化鈦、0.02mol正硅酸乙酯，攪拌36h，最后加入0.15ml5040分散劑，攪拌2h，離心得到膠狀物，用去離子水反復洗滌膠狀物至中性，得濾餅；將上述濾餅在60℃下干燥48h后使用瑪瑙研缽研磨成60-100目顆粒，將得到的顆粒用馬弗爐焙燒700℃焙燒4h，升溫速率為3℃/min，得到粘土吸附劑。該吸附劑使用前在300℃活化3h。。本實施例所制備的粘土吸附劑對甲苯的吸附量為108mg/g。此外，利用本發明的吸附劑對不同種類的有機廢氣進行吸附效果驗證，其驗證結果如表1所示。吸附劑對各有機氣體的吸附性能測試方式與甲苯一致，在此不再贅述。表1實施例6的吸附劑對不同種類vocs的吸附效果，以及脫附溫度通過上表可知，本發明的吸附劑對有機氣體具有高吸附性；本發明的吸附劑對各有機氣體的脫附溫度低，易于有機氣體的脫附，由于本發明的吸附劑是通過在400-700℃焙燒而成，即便對苯乙烯的脫附溫度為600℃，脫附過程中不會對本吸附劑造成影響，從而保證了本吸附劑的重復利用。對于上述苯乙烯和甲苯脫附后的吸附劑，再次進行吸附驗證，對苯乙烯吸附量為212mg/g，對甲苯吸附量為110mg/g，這足以說明本發明吸附劑可重復利用，具有巨大的應用價值。表2實施例5所用原樣粘土與實施例5吸附劑的結構特性對比樣品比表面積(m2/g)孔容(cm3/g)孔徑(nm)粘土27.10.17119.9新型吸附劑415.80.3442.89通過表1可知，本新型吸附劑在進行改性后，增大其比表面積、擴大有效吸附孔洞，從而提高其對vocs的吸附能力。本發明通過溫和的試驗條件以及簡單的試驗步驟即可得到無毒、無腐蝕、環保、價格低廉且對揮發性有機廢氣的具有高吸附性能、可反復利用的復合材料，從而大大降低企業的有機廢氣治理成本，并在治理廢氣的當中沒有產生有害物質，其中對甲苯的吸附量最高可達到124mg/g，可有效吸附有機廢氣，其極具潛力，可替代其他有機廢氣吸附劑，具有巨大的現實意義。以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其進行限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對于本領域的普通技術人員來說，依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明所要求保護的技術方案的精神和范圍。當前第1頁12