專利名稱：一種負載金屬的脫醛炭質(zhì)吸附劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種吸附劑，特別涉及一種負載過渡金屬鹽、用于脫除含醛氣體的炭質(zhì)吸附劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，甲醛污染成為居室污染的一個重要因素。甲醛是一種揮發(fā)性有機化合物(VOC-Volatile Organic Compounds)，治理甲醛的污染成為治理室內(nèi)VOC污染的一個主要部分。為了從根本上解決甲醛等揮發(fā)性有機化合物所造成的污染，常用吸附的方法。
炭質(zhì)吸附劑是常用的吸附劑。炭質(zhì)吸附劑的吸附能力受其孔隙結(jié)構(gòu)和表面化學環(huán)境的影響。傳統(tǒng)的炭質(zhì)吸附劑通常是由有機纖維在水蒸汽或二氧化碳或它們的混合氣體為活化劑時通過低溫炭化、高溫活化而成，是一種非極性吸附劑。眾多的炭質(zhì)吸附劑由于其非極性的表面，使得其適合于對低極性分子如碳氫化合物的吸附，但是對于極性分子，如醛類氣體的吸附就顯得不太適合，脫除效率低，吸附容量小。
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是公開一種負載金屬的脫醛炭質(zhì)吸附劑及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷。
本發(fā)明的負載金屬的脫醛炭質(zhì)吸附劑，為一種纖維狀炭質(zhì)吸附劑，其組分和重量百分比含量為聚合物95～99.9999％過渡金屬 0.0001～5％所說的聚合物選自纖維素、聚丙烯腈、瀝青或酚醛樹脂；優(yōu)選的過渡金屬選自銅、鐵、鈷、鎳或錳。
本發(fā)明的負載金屬的脫醛炭質(zhì)吸附劑的制備方法之一包括如下步驟將過渡金屬鹽溶液與聚合物溶液混合，然后采用本領(lǐng)域公知的方法無塵紡絲、預氧化、炭化、活化，制得負載金屬的炭質(zhì)吸附劑；所說的本領(lǐng)域公知的方法在一般的教科書以及相關(guān)的技術(shù)參考書上均有描述，本發(fā)明不再贅述。
所說的過渡金屬鹽選自過渡金屬的硫酸鹽、硝酸鹽、醋酸鹽或鹵化物；優(yōu)選的渡金屬鹽選自銅、鐵、鈷、鎳或錳；過渡金屬鹽溶液的重量濃度為0.001％-10％；以聚合物和過渡金屬鹽的總重量計，過渡金屬鹽的加入量為0.0001～5％；所說的聚合物選自纖維素、聚丙烯腈、瀝青或酚醛樹脂；本發(fā)明的負載金屬的脫醛炭質(zhì)吸附劑的制備方法之二包括如下步驟將過渡金屬鹽溶液與聚合物的單體溶液混合，然后采用本領(lǐng)域公知的方法原位聚合、無塵紡絲、預氧化、炭化和活化，制得負載金屬的炭質(zhì)吸附劑；所說的過渡金屬鹽選自過渡金屬的硫酸鹽、硝酸鹽、醋酸鹽或鹵化物；優(yōu)選的渡金屬鹽選自銅、鐵、鈷、鎳或錳；過渡金屬鹽溶液的重量濃度為0.001％-10％；所說的聚合物的單體選自纖維素、聚丙烯腈、瀝青或酚醛樹脂的單體，以聚合物和過渡金屬鹽的總重量計，過渡金屬鹽的加入量為0.0001～5％。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(1)過渡金屬鹽均勻分散在炭質(zhì)吸附劑的表面或本體中。
(2)制得的產(chǎn)品無污染。
(3)脫醛速率高、容量大、效果好。
具體實施例方式
實施例1將0.001％的CuSO4溶液5ml加入到100ml纖維素中，通過攪拌、超聲分散，使它們分散均勻，然后經(jīng)過無塵紡絲、預氧化、炭化、活化，制得纖維狀負載Cu的粘膠基活性炭纖維。
無塵紡絲、預氧化、炭化、活化的工藝條件和操作步驟在文獻中[賀福，王茂章，碳纖維及其復合材料。科學出版社，北京，1997。]中已經(jīng)有公開的報道，具體過程如下
將紡絲液經(jīng)過過濾和在清潔室紡絲，制得高純度纖維素原絲，然后在250℃的空氣介質(zhì)中，通過預氧化爐預氧化一定時間制得預氧化絲，然后在氮氣保護下進入炭化爐，在1150℃下炭化制得炭纖維。將炭纖維在800℃溫度下通入活化劑活化一定時間，制得活性炭纖維。也可以將炭化與活化結(jié)合在一起進行。
性能測試用1g這種材料在室溫下處理含醛氣體，甲醛入口濃度5ppm，水蒸汽入口濃度10ppm的氣體(氮氣+空氣+甲醛+水蒸汽)，流量為10ml/min，穿透時間(出口濃度為入口濃度5％時為穿透時間)分別為水蒸汽10mins，甲醛0.5小時。
實施例2將0.1％的FeCl3溶液5ml加入到100ml聚丙烯腈溶液中，然后攪拌、超聲分散，使它們分散均勻，經(jīng)過無塵紡絲、預氧化、炭化、活化，制得負載Fe的聚丙烯腈活性炭纖維。
無塵紡絲、預氧化、炭化、活化的過程與實施例1相同。
性能測試用3g這種材料在室溫下處理含醛氣體，甲醛入口濃度10ppm，水蒸汽入口濃度100ppm的氣體(氮氣+空氣+甲醛+水蒸汽)。(流量為12ml/min)，穿透時間(出口濃度為入口濃度5％時為穿透時間)分別為水蒸汽15mins，甲醛1.1小時。
實施例3將1％的NiCl2溶液5ml加入到100ml瀝青中，通過攪拌、超聲分散，使它們分散均勻，經(jīng)過熱縮聚、加氫熱處理、溶劑萃取，然后無塵紡絲、預氧化、炭化、活化，制得負載Ni的瀝青基活性炭纖維。
無塵紡絲、預氧化、炭化、活化的過程與實施例1相同。
性能測試用0.5g這種材料在室溫下處理含醛氣體，甲醛入口濃度15ppm，水蒸汽入口濃度150ppm的氣體(氮氣+空氣+甲醛+水蒸汽)。(流量為15ml/min)，穿透時間(出口濃度為入口濃度5％時為穿透時間)分別為水蒸汽10mins，甲醛3小時。
實施例4
將2％的CoCl2溶液加入到100ml酚醛樹脂中，經(jīng)過攪拌、超聲分散，使它們均勻混合，然后無塵紡絲、預氧化、炭化、活化，制得負載Co的酚醛基活性炭纖維。無塵紡絲、預氧化、炭化、活化的過程與實施例1相同。
性能測試用1g這種材料在50℃下處理含醛氣體，甲醛入口濃度5ppm，水蒸汽入口濃度25ppm的氣體(氮氣+空氣+甲醛+水蒸汽)。(流量為30ml/min)，穿透時間(出口濃度為入口濃度5％時為穿透時間)分別為水蒸汽16mins，甲醛4小時。
實施例5將2％的NiCl2溶液同100ml丙烯腈(AN)、共聚單體(甲基丙烯酸、)、引發(fā)劑(有機過氧化物類)、溶劑(硫氰酸鈉)等均勻混合，純化，然后充分洗滌，經(jīng)過酯化或氨化、無塵紡絲、預氧化、炭化、活化，制得負載Ni的聚丙烯腈活性炭纖維。酯化或氨化的作用是防止預氧化過程中聚合物的環(huán)化效果不顯著或者引入金屬雜質(zhì)，常采用甲叉丁二酸異丙酯、甲基丙烯酸叔丁酯或?qū)Ρ酱我一撬狨プ鳛楣簿蹎误w來改善環(huán)化的引發(fā)效果；或者對含有羧基的共聚實質(zhì)進行氨化處理，也可避免引入雜質(zhì)。
無塵紡絲、預氧化、炭化、活化的過程與實施例1相同。
性能測試用0.5g這種材料在80℃下處理含醛氣體，甲醛入口濃度1ppm，水蒸汽入口濃度25ppm的氣體(氮氣+空氣+甲醛+水蒸汽)。(流量為30ml/min)，穿透時間(出口濃度為入口濃度5％時為穿透時間)分別為水蒸汽26mins，甲醛10小時。
實施例6將0.5％的MnCl2溶液加入到100ml纖維素(漿粕)中，通過攪拌、超聲分散，使它們分散均勻，然后經(jīng)過無塵紡絲、預氧化、炭化、活化，制得纖維狀負載Mn的粘膠基活性炭纖維。無塵紡絲、預氧化、炭化、活化的過程與實施例1相同。
性能測試用0.5g這種材料在100℃下處理含醛氣體，甲醛入口濃度5ppm，水蒸汽入口濃度20ppm的氣體(氮氣+空氣+甲醛+水蒸汽)。(流量為30ml/min)，穿透時間(出口濃度為入口濃度5％時為穿透時間)分別為水蒸汽5mins，甲醛3.2小時。
實施例7將1％的NiCl2溶液5ml加入到100ml纖維素中，通過攪拌、超聲分散，使它們分散均勻，然后經(jīng)過無塵紡絲、預氧化、炭化、活化，制得纖維狀負載Ni的粘膠基活性炭纖維。無塵紡絲、預氧化、炭化、活化的過程與實施例1相同。
性能測試用0.5g這種材料在100℃下處理含醛氣體，甲醛入口濃度5ppm，水蒸汽入口濃度20ppm的氣體(氮氣+空氣+甲醛+水蒸汽)。(流量為30ml/min)，穿透時間(出口濃度為入口濃度5％時為穿透時間)分別為水蒸汽16mins，甲醛4小時。
實施例8將5％的NiCl2溶液加入到100ml纖維素中，通過攪拌、超聲分散，使它們分散均勻，然后經(jīng)過無塵紡絲、預氧化、炭化、活化，制得纖維狀負載Mn的粘膠基活性炭纖維。無塵紡絲、預氧化、炭化、活化的過程與實施例1相同。
性能測試用0.5g這種材料在100℃下處理含醛氣體，甲醛入口濃度5ppm，水蒸汽入口濃度20ppm的氣體(氮氣+空氣+甲醛+水蒸汽)。(流量為30ml/min)，穿透時間(出口濃度為入口濃度5％時為穿透時間)分別為水蒸汽3.5mins，甲醛4小時。
實施例9將8％的NiCl2溶液加入到100ml纖維素中，通過攪拌、超聲分散，使它們分散均勻，然后經(jīng)過無塵紡絲、預氧化、炭化、活化，制得纖維狀負載Mn的粘膠基活性炭纖維。無塵紡絲、預氧化、炭化、活化的過程與實施例1相同。
性能測試用0.5g這種材料在100℃下處理含醛氣體，甲醛入口濃度5ppm，水蒸汽入口濃度20ppm的氣體(氮氣+空氣+甲醛+水蒸汽)。(流量為30ml/min)，穿透時間(出口濃度為入口濃度5％時為穿透時間)分別為水蒸汽6mins，甲醛3小時。
實施例10將10％的NiCl2溶液加入到100ml纖維素中，通過攪拌、超聲分散，使它們分散均勻，然后經(jīng)過無塵紡絲、預氧化、炭化、活化，制得纖維狀負載Mn的粘膠基活性炭纖維。無塵紡絲、預氧化、炭化、活化的過程與實施例1相同。
性能測試用0.5g這種材料在100℃下處理含醛氣體，甲醛入口濃度5ppm，水蒸汽入口濃度20ppm的氣體(氮氣+空氣+甲醛+水蒸汽)。(流量為30ml/min)，穿透時間(出口濃度為入口濃度5％時為穿透時間)分別為水蒸汽4mins，甲醛2小時。
對比例1采用與實施例3相同的原樣活性炭纖維(BET比表面積750m2/g)，性能測試同實施例3，穿透時間(出口濃度為入口濃度5％時為穿透時間)分別為水蒸汽5min，甲醛60min。
從以上對比結(jié)果可知，通過在聚合物溶液中加入適當濃度的過渡金屬鹽，由于過渡金屬鹽能夠同聚合物溶液均勻混合，所制備的負載金屬的活性炭纖維樣品對甲醛的吸附選擇性和吸附容量由于所負載的金屬對甲醛的催化轉(zhuǎn)化作用而大幅度提高。所用的過渡金屬鹽的濃度在0.1％～5％脫醛效果好。
權(quán)利要求
1.一種負載金屬的脫醛炭質(zhì)吸附劑，其特征在于，為一種纖維狀組合物，其組分和重量百分比含量為聚合物95～99.9999％過渡金屬 0.0001～5％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負載金屬的脫醛炭質(zhì)吸附劑，其特征在于，所說的高分子聚合物選自纖維素、聚丙烯腈、瀝青或酚醛樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負載金屬的脫醛炭質(zhì)吸附劑，其特征在于，過渡金屬選自銅、鐵、鈷、鎳或錳。
4.制備權(quán)利要求1～3任一項所述的負載金屬的脫醛炭質(zhì)吸附劑的方法，其特征在于，包括如下步驟將過渡金屬鹽溶液與聚合物溶液混合，然后無塵紡絲、預氧化、炭化、活化，制得負載金屬的炭質(zhì)吸附劑，所說的聚合物選自纖維素、聚丙烯腈、瀝青或酚醛樹脂，以聚合物和過渡金屬鹽的總重量計，過渡金屬鹽的加入量為0.0001～5％。
5.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所說的過渡金屬鹽選自過渡金屬的硫酸鹽、硝酸鹽、醋酸鹽或鹵化物，過渡金屬鹽選自銅、鐵、鈷、鎳或錳，過渡金屬鹽溶液的重量濃度為0.001％-10％。
6.制備權(quán)利要求1～4任一項所述的負載金屬的脫醛炭質(zhì)吸附劑的方法，其特征在于，包括如下步驟將過渡金屬鹽溶液與聚合物的單體溶液混合，然后原位聚合、無塵紡絲、預氧化、炭化和活化，制得負載金屬的炭質(zhì)吸附劑；所說的聚合物的單體選自纖維素、聚丙烯腈、瀝青或酚醛樹脂的單體；以聚合物和過渡金屬鹽的總重量計，過渡金屬鹽的加入量為0.0001～1％。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所說的過渡金屬鹽選自過渡金屬的硫酸鹽、硝酸鹽、醋酸鹽或鹵化物。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，過渡金屬鹽選自銅、鐵、鈷、鎳或錳，過渡金屬鹽溶液的重量濃度為0.001％-10％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種負載金屬的脫醛炭質(zhì)吸附劑及其制備方法。本發(fā)明將過渡金屬鹽加入到聚合物溶液中，攪拌均勻，然后經(jīng)過無塵紡絲，預氧化、炭化、活化；或者將過渡金屬鹽加入到聚合物的單體溶液中，經(jīng)過聚合，然后無塵紡絲、預氧化、炭化和活化，制得負載金屬的炭質(zhì)吸附劑。將該炭質(zhì)吸附劑用于脫除醛類物質(zhì)，由于其本身負載了過渡金屬從而具有了催化性質(zhì)，其脫醛的效率大大提高。該法在脫醛過程中無污染，脫除效率高，容量大，脫醛效果超過常規(guī)多孔炭質(zhì)吸附劑。
文檔編號B01D53/02GK1631514SQ200410068068
公開日2005年6月29日 申請日期2004年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月11日
發(fā)明者榮海琴, 潘鼎, 曾凡龍, 呂永根 申請人:東華大學