去除低濃度低分子量揮發(fā)性有機(jī)物的碳化物衍生碳吸附劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種去除低濃度低分子量揮發(fā)性有機(jī)物的碳化物衍生碳吸附劑及其制備方法，屬于氣體凈化處理【技術(shù)領(lǐng)域】。所述制備方法先將商用碳化物在惰性氣氛中升溫至600～900℃，再改通氯氣2～4小時(shí)進(jìn)行高溫蝕刻，流量為30-50ml/min。然后，再次通惰性氣氛冷卻至室溫，得到碳化物衍生碳初級(jí)產(chǎn)品。然后將所得碳化物衍生碳初級(jí)產(chǎn)品加入到氧化性溶液中進(jìn)行浸漬處理6～12小時(shí)。然后，用去離子水洗滌至中性，在105℃溫度下干燥3～8小時(shí)，即得到碳化物衍生碳吸附劑最終產(chǎn)品。與現(xiàn)有商用活性炭相比，本發(fā)明設(shè)計(jì)的吸附劑在高空速下能高效吸附低濃度低分子量VOCs，吸附容量大，使用壽命長，適用于建筑物室內(nèi)、密閉艙室和其他有限空間內(nèi)空氣凈化處理。
【專利說明】去除低濃度低分子量揮發(fā)性有機(jī)物的碳化物衍生碳吸附劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種吸附劑及其制備方法，特別是一種室溫下低濃度低分子量揮發(fā)性有機(jī)物吸附凈化用吸附劑及其制備方法，屬于氣體凈化處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，室內(nèi)空氣污染的嚴(yán)重性日益引起人們的重視。一方面，伴隨建筑物密閉程度的提高，室內(nèi)外空氣質(zhì)量差異越來越大。另一方面，隨著科技的快速發(fā)展，飛機(jī)座艙、載人航天器、潛艇、車船、地下工事、特種化工車間、特種實(shí)驗(yàn)室等技術(shù)裝備在人類文明生活中的位置越來越重要。而身處建筑物室內(nèi)和密閉艙室的人員與外界大氣環(huán)境完全或相對(duì)隔絕，因此其空氣質(zhì)量與人們的身體健康和生活、工作質(zhì)量，甚至生命安全息息相關(guān)。
[0003]在建筑物室內(nèi)和密閉艙室，來源于材料脫氣、儀器設(shè)備釋放以及人體新陳代謝產(chǎn)生的多種低濃度揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)嚴(yán)重影響空氣質(zhì)量，因此控制這些VOCs成為改善環(huán)境質(zhì)量的重要構(gòu)成部分。吸附是解決建筑物室內(nèi)和密閉艙室VOCs污染最有效的方法，常用的吸附劑活性炭由于其孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)和表面含氧官能團(tuán)可調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)可以有效地吸附苯系物等大分子量VOCs，但高揮發(fā)性低分子量VOCs在活性炭表面的吸附能力很弱。這主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)活性炭孔徑分布較寬，既有大孔，也含有中孔和微孔，但低分子量VOCs僅在微孔上產(chǎn)生吸附，大孔和中孔僅起到提供VOCs進(jìn)入吸附部位的通路的作用。另外，活性炭表面含氧官能團(tuán)對(duì)吸附也有重要的影響，含氧官能團(tuán)的增加使得極性增加，可增加對(duì)極性分子的吸附。因此需要調(diào)整活性炭吸附劑孔隙結(jié)構(gòu)以及表面化學(xué)性質(zhì)以提高其對(duì)低分子量VOCs的吸附性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)傳統(tǒng)活性炭凈化處理建筑物室內(nèi)和密閉艙室內(nèi)低濃度低分子量有機(jī)物吸附能力差的不足，本發(fā)明提供了一種既可高效吸附分離大分子量揮發(fā)性有機(jī)物，又可高效吸附分離低濃度低分子量揮發(fā)性有機(jī)物的吸附劑及其制備方法。該吸附劑以商用碳化物為前驅(qū)體，經(jīng)氯氣高溫蝕刻、浸潰等步驟制備而成。該吸附劑比表面積在1400m2/g以上，孔容為
0.4?0.8cm3/g，微孔孔容為0.3?0.6cm3/g，孔徑主要分布在0.7?2nm，表面含有大量含氧官能團(tuán)。該吸附劑對(duì)建筑物室內(nèi)及密閉艙室內(nèi)存在的典型低分子量VOCs具有優(yōu)異的吸附性能，對(duì)低濃度甲醇、乙醛和丙酮等低分子量VOCs的動(dòng)態(tài)吸附容量是市售常規(guī)活性炭的5?15倍。
[0005]本發(fā)明提供的吸附劑的制備方法主要包括以下步驟:
[0006](I)先將商用碳化物在惰性氣氛中升溫至600?900°C，再改通氯氣2?4小時(shí)進(jìn)行高溫蝕刻，流量為30-50ml/min。然后，再次通惰性氣氛冷卻至室溫，得到碳化物衍生碳初級(jí)產(chǎn)品。優(yōu)選地，高溫蝕刻溫度為700?800°C。
[0007](2)將步驟(I)所得碳化物衍生碳初級(jí)產(chǎn)品加入到氧化性溶液中進(jìn)行浸潰處理6?12小時(shí)。然后，用去離子水洗滌至中性，在105°C溫度下干燥3?8小時(shí)，即得到碳化物衍生碳吸附劑最終產(chǎn)品。
[0008]上述步驟⑴中所述的商用碳化物為TiC、VC和NbC中的任意一種。
[0009]上述步驟⑵中所述的一定濃度的氧化性溶液是摩爾濃度I?9mol/L的HNO3,或者是質(zhì)量百分比濃度5?30%的H2O2。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:與現(xiàn)有商用活性炭相比，本發(fā)明設(shè)計(jì)的吸附劑在高空速下能高效吸附低濃度低分子量V0CS，吸附容量大，使用壽命長，適用于建筑物室內(nèi)、密閉艙室和其他有限空間內(nèi)空氣凈化處理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明碳化物衍生碳吸附劑的孔徑分布圖。
[0012]圖2 (A)和圖2 (B)分別為本發(fā)明碳化物衍生碳吸附劑的程序升溫脫附過程中的CO2和CO逸出曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的去除低濃度低分子量VOCs的碳化物衍生碳吸附劑及其制備方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0014]實(shí)施例1
[0015]將4gTiC在惰性氣氛中升溫至700°C，再改通氯氣(30ml/min)2小時(shí)進(jìn)行高溫蝕亥|J。然后，再次通惰性氣體冷卻至室溫，得到初級(jí)產(chǎn)品。將Ig所得初級(jí)產(chǎn)品加入IOml的摩爾濃度為5mol/L的氧化性溶液HNO3中室溫浸潰處理12小時(shí)。然后,用去離子水洗滌至中性，在105°C溫度下干燥8小時(shí)，即可得到實(shí)施例1吸附劑。
[0016]實(shí)施例2
[0017]將4gVC在惰性氣氛中升溫至600°C，再改通氯氣(40ml/min) 4小時(shí)進(jìn)行高溫蝕刻。然后，再次通惰性氣體冷卻至室溫，得到初級(jí)產(chǎn)品。將Ig所得初級(jí)產(chǎn)品加入IOml的質(zhì)量百分比濃度為5%的氧化性溶液H2O2中室溫浸潰處理6小時(shí)。然后，用去離子水洗滌至中性，在105°C溫度下干燥5小時(shí)，即可得到實(shí)施例2吸附劑。
[0018]實(shí)施例3
[0019]將4gTiC在惰性氣氛中升溫至800°C，再改通氯氣(30ml/min)2小時(shí)進(jìn)行高溫蝕亥|J。然后，再次通惰性氣體冷卻至室溫，得到初級(jí)產(chǎn)品。將Ig所得初級(jí)產(chǎn)品加入IOml的摩爾濃度為9mol/L的氧化性溶液HNO3中室溫浸潰處理12小時(shí)。然后,用去離子水洗滌至中性，在105°C溫度下干燥8小時(shí)，即可得到實(shí)施例3吸附劑。
[0020]實(shí)施例4
[0021]將4gNbC在惰性氣氛中升溫至700°C，再改通氯氣(50ml/min) 3小時(shí)進(jìn)行高溫蝕亥|J。然后，再次通惰性氣體冷卻至室溫，得到初級(jí)產(chǎn)品。將Ig所得初級(jí)產(chǎn)品加入IOml的質(zhì)量百分比濃度為30%的氧化性溶液H2O2中室溫浸潰處理12小時(shí)。然后，用去離子水洗滌至中性，在105°C溫度下干燥8小時(shí)，即可得到實(shí)施例4吸附劑。
[0022]實(shí)施例5
[0023]將4gTiC在惰性氣氛中升溫至900°C，再改通氯氣(40ml/min) 2小時(shí)進(jìn)行高溫蝕亥|J。然后，再次通惰性氣體冷卻至室溫，得到初級(jí)產(chǎn)品。將Ig所得初級(jí)產(chǎn)品加入IOml的摩爾濃度為lmol/L的氧化性溶液HNO3中室溫浸潰處理6小時(shí)。然后,用去離子水洗滌至中性，在105°C溫度下干燥3小時(shí)，即可得到實(shí)施例5吸附劑。
[0024]對(duì)比例I
[0025]將Ig市售煤質(zhì)活性炭加入IOml的摩爾濃度為5mol/L的氧化性溶液HNO3中室溫浸潰處理12小時(shí)。然后，用去離子水洗滌至中性，在105°C溫度下干燥8小時(shí)，即可得到對(duì)比例I吸附劑。
[0026]對(duì)比例2
[0027]將Ig市售椰殼活性炭加入IOml的質(zhì)量百分比為30%的氧化性溶液H2O2中室溫浸潰處理12小時(shí)。然后，用去離子水洗滌至中性，在105°C溫度下干燥8小時(shí)，即可得到對(duì)比例2吸附劑。
[0028]本發(fā)明吸附劑的性能測試在固定床微反應(yīng)器中進(jìn)行，反應(yīng)器直徑是10_，取
0.26g吸附劑，放置于反應(yīng)器中進(jìn)行性能評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)條件如下:低分子量VOCs甲醇、乙醛和丙酮通過鼓泡法產(chǎn)生，稀釋氣為壓縮空氣，控制甲醇濃度為45mg/m3，乙醛濃度為20mg/m3，丙酮濃度為260mg/m3，反應(yīng)空速(GHSV)為25，OOOtT1，反應(yīng)溫度為25°C。
[0029]表1實(shí)施例與對(duì)比例吸附劑對(duì)低分子量VOCs吸附性能的比較
[0030]
【權(quán)利要求】
1.一種去除低濃度低分子量揮發(fā)性有機(jī)物的碳化物衍生碳吸附劑，其特征在于:該吸附劑比表面積在1400m2/g以上，孔容為0.4?0.8cm3/g，微孔孔容為0.3?0.6cm3/g，孔徑0.7?2nm，吸附劑表面含有含氧官能團(tuán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化物衍生碳吸附劑的制備方法，其特征在于有如下制備步驟: (1)先將商用碳化物在惰性氣氛中升溫至600?900°C，再改通氯氣2?4小時(shí)進(jìn)行高溫蝕刻，氯氣流量為30-50ml/min ;然后，再次通惰性氣氛冷卻至室溫，得到碳化物衍生碳初級(jí)產(chǎn)品； (2)將步驟(I)所得碳化物衍生碳初級(jí)產(chǎn)品加入氧化性溶液中進(jìn)行浸潰處理6?12小時(shí)；然后，用去離子水洗滌至中性，在105°C溫度下干燥3?8小時(shí)，即得到碳化物衍生碳吸附劑最終產(chǎn)品。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳化物衍生碳吸附劑的制備方法，其特征在于:所述的蝕刻溫度為700?800°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳化物衍生碳吸附劑的制備方法，其特征在于:所述的商用碳化物為TiC、VC和NbC中的任意一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳化物衍生碳吸附劑的制備方法，其特征在于:所述的氧化性溶液是摩爾濃度為I?9mol/L的HNO3，或者質(zhì)量百分比濃度為5?30%的H202。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化物衍生碳吸附劑的應(yīng)用，其特征在于:所述的吸附劑適用于建筑物室內(nèi)、密閉艙室和其他有限空間內(nèi)進(jìn)行空氣凈化處理，所述有限空間內(nèi)含有低分子量揮發(fā)性有機(jī)物。
【文檔編號(hào)】B01D53/02GK103861561SQ201410111231
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】朱天樂, 王紅妍, 納宏波 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)