一种挥发性有机物消除反应器及制备方法与流程

1.本发明属于环境处理技术领域，具体涉及一种挥发性有机物消除反应器及制备方法。


背景技术：

2.挥发性有机物(vocs)是目前常见的典型的污染物，环境中过量的vocs会对人体产生严重危害，对生态环境也会造成直接影响，例如产生臭氧、pm
2.5
等污染，严格控制vocs排放是企业及环保部门核心工作之一。
3.当前针对vocs治理方法主要有吸收法、吸附法、冷凝法、燃烧法、膜分离法、催化氧化法、等离子体氧化法、生物法等。物理化学法虽然去除效率较高，但是其消耗较大，投资运营成本较高，还可能产生有害的副产物。生物法虽然比较经济、安全，但是工艺流程较长。
4.聚二甲基硅氧烷(pdms)是一种具有高疏水表面、低密度、生物兼容性强的弹性聚合物材料，它具有多孔结构，有利于气体分子在材料中的渗透和扩散，对低浓度气体能起到良好的预富集作用，同时是非极性材料，对同为非极性的vocs气体具有良好的选择性，以其与具有较高催化活性的纳米tio2复合材料复合制备使用方便、处理vocs效率高、成本低、工艺流程简单、无二次污染的vocs消除反应器还未见报道。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明目的在于提供一种挥发性有机物消除反应器及制备方法，该挥发性有机物消除反应器结构简单，处理效率高，使用方便，能有效吸附和分解vocs，不产生二次污染，且处理成本低。
6.为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
7.一种挥发性有机物消除反应器的制备方法，包括下列步骤：
8.(1)在多孔钛箔孔隙内外表面形成tio2纳米管，得到tio2纳米管/多孔钛箔；
9.(2)在步骤(1)得到的tio2纳米管/多孔钛箔表面电镀沉积纳米coag合金，得到coag
‑
tio2纳米管/多孔钛箔；
10.(3)将pdms预聚体和交联剂按质量比10∶1混合并搅拌均匀，得旋涂液，将步骤(2)得到的coag
‑
tio2纳米管/多孔钛箔放置旋涂仪基板上，采用所述旋涂液进行旋涂，得到挥发性有机物消除反应器。
11.进一步的，所述多孔钛箔的制备方法为：将0.1～0.2mm厚的钛箔经过清洗处理后浸泡在h2o2中加热至稍显深蓝色后将钛箔取出，洗净、烘干，再置于马弗炉中300℃煅烧30min，取出后得到多孔钛箔，所述多孔钛箔具有三维多孔结构。
12.进一步的，所述清洗处理为：将钛箔置于丙酮中超声除油15分钟，然后用甲醇或乙醇清洗，再放置于1mol/l的hf中处理10分钟，取出后采用二次蒸馏水超声清洗3次，烘干，得到清洗干净的钛箔。加热条件优选为：90℃温度条件下加热40～60min。
13.进一步的，上述制备方法的步骤(1)具体为：将多孔钛箔在电解液中进行电解反
应，取出后洗涤、烘干，然后500
‑
600℃焙烧3小时，在多孔钛箔孔隙内外表面形成tio2纳米管，得到tio2纳米管/多孔钛箔；所述电解液为0.5％
‑
1％的hf与1mol/l的h2so4的混合溶液；所述电解反应的电解电位为20v，所述电解反应的时间30
‑
120分钟。
14.进一步的，上述制备方法的步骤(2)具体为：将tio2纳米管/多孔钛箔作为阴极置于电镀液中室温条件下进行电镀，得到coag
‑
tio2纳米管/多孔钛箔；所述电镀液的组分为：0.01mol/l的agno3，0.01mol/l的coso4和20g/l的h3bo3；所述电镀液的ph为4.4；所述电镀的电流密度为5ma/cm2，时间为30
‑
90min。
15.进一步的，上述制备方法的步骤(3)中，所述旋涂具体为：先以300r/min的转速持续10s，再以2000r/min的转速持续30s，然后升温至80℃，固化60min，一面旋涂固化后再旋涂另一面然后固化。
16.本发明还提供了一种上述制备方法制备得到的挥发性有机物消除反应器。
17.与现有技术相比，本发明提供的挥发性有机物消除反应器及其制备方法具有以下有益效果：
18.(1)具有多孔结构的pdms膜对vocs具有很好的吸附作用，尤其是低浓度vocs能起到良好的预富集作用，吸附的vocs能在pdms中很好的渗透和向纳米tio2复合催化剂表面扩散；
19.(2)反应器结构简单，具有较好的机械柔韧性，可用于各种复杂场所，节约空间，使用方便；
20.(3)处理效率高，能将吸附的vocs有效分解为co2和水，不产生二次污染，反应器各组分不消耗，处理成本大大降低。
附图说明
21.图1为本发明提供的挥发性有机物消除反应器结构示意图；
22.附图标记：1、多孔钛箔；2、tio2纳米管；3、coag合金；4、多孔pdms膜；
23.图2为实施例1制备的挥发性有机物消除反应器对甲醛为目标污染物降解的降解率测试结果。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
25.实施例1
26.(1)钛箔的前处理：丙酮中超声除油15分钟，甲醇或乙醇清洗，1mol/l的hf处理10分钟，二次蒸馏水超声清洗3次，烘干；
27.(2)多孔钛箔的形成：将清洗干净的钛箔浸泡在h2o2中加热至90℃，继续加热40～60min，待h2o2稍显深蓝色后将钛箔取出，以蒸馏水、无水乙醇洗涤数次后烘干，再置于马弗炉中300℃煅烧30min，取出后得到具有三维多孔结构的钛箔。
28.(3)取0.6g步骤(2)制备得到的多孔钛箔放置于电解液中进行电解反应；电解液的组成：0.5％
‑
1％的hf，1mol/l的h2so4，电解电位20v，电解时间30分钟；电解完毕，去离子水洗涤，烘干，马弗炉中500
‑
600℃焙烧3小时，使得多孔钛箔孔隙内外表面形成tio2纳米管，
得到tio2纳米管/多孔钛箔，重量为649.26mg；
29.(4)将步骤(3)得到的tio2纳米管/多孔钛箔作为阴极进行电镀，电镀液的组成及工艺条件：
[0030][0031]
电镀完毕，去离子水洗涤，烘干，得得到coag
‑
tio2纳米管/多孔钛箔，重量为650mg，coag合金的含量之和为coag
‑
tio2纳米管的1.48％。
[0032]
(5)反应器的合成：首先2g pdms预聚体和0.2g交联剂(美国，dow corning，sylgard 184)混合并搅拌均匀，为旋涂液。将步骤(4)得到的coag
‑
tio2纳米管/多孔钛箔(其中coag
‑
tio2纳米管为50mg)放置旋涂仪基板进行旋涂，旋涂过程中先以300r/min的转速持续10s，再以2000r/min的转速持续30s，然后升温至80℃，固化60min。一面旋涂固化后再旋涂另一面固化，最后得到多孔pdms薄膜复合纳米tio2复合催化剂的挥发性有机物消除反应器。
[0033]
实施例2
[0034]
(1)钛箔的前处理：丙酮中超声除油15分钟，甲醇或乙醇清洗，1mol/l的hf处理10分钟，二次蒸馏水超声清洗3次，烘干；
[0035]
(2)多孔钛箔的形成：将清洗干净的钛箔浸泡在h2o2中加热至90℃，继续加热40～60min，待h2o2稍显深蓝色后将钛箔取出，以蒸馏水、无水乙醇洗涤数次后烘干，再置于马弗炉中300℃煅烧30min，取出后得到具有三维多孔结构的钛箔。
[0036]
(3)取0.6g步骤(2)制备得到的多孔钛箔放置于电解液中进行电解反应；电解液的组成：0.5％
‑
1％的hf，1mol/l的h2so4，电解电位20v，电解时间30分钟；电解完毕，去离子水洗涤，烘干，马弗炉中500
‑
600℃焙烧3小时，使得多孔钛箔孔隙内外表面形成tio2纳米管，得到tio2纳米管/多孔钛箔，重量为649.26mg；
[0037]
(4)将步骤(3)得到的tio2纳米管/多孔钛箔作为阴极进行电镀，电镀液的组成及工艺条件：
[0038][0039]
电镀完毕，去离子水洗涤，烘干，得得到coag
‑
tio2纳米管/多孔钛箔，重量为650.74mg，coag合金的含量之和为coag
‑
tio2纳米管的2.91％。
[0040]
(5)反应器的合成：首先2.5g pdms预聚体和0.25g交联剂(美国，dow corning，sylgard 184)混合并搅拌均匀，为旋涂液。将步骤(4)得到的coag
‑
tio2纳米管/多孔钛箔(其中coag
‑
tio2纳米管为50.74mg)放置旋涂仪基板进行旋涂，旋涂过程中先以300r/min的转速持续10s，再以2000r/min的转速持续30s，然后升温至80℃，固化60min。一面旋涂固化后再旋涂另一面固化，最后得到多孔pdms薄膜复合纳米tio2复合催化剂的挥发性有机物消除反应器。
[0041]
实施例3
[0042]
(1)钛箔的前处理：丙酮中超声除油15分钟，甲醇或乙醇清洗，1mol/l的hf处理10分钟，二次蒸馏水超声清洗3次，烘干；
[0043]
(2)多孔钛箔的形成：将清洗干净的钛箔浸泡在h2o2中加热至90℃，继续加热40～60min，待h2o2稍显深蓝色后将钛箔取出，以蒸馏水、无水乙醇洗涤数次后烘干，再置于马弗炉中300℃煅烧30min，取出后得到具有三维多孔结构的钛箔。
[0044]
(3)取0.6g步骤(2)制备得到的多孔钛箔放置于电解液中进行电解反应；电解液的组成：0.5％
‑
1％的hf，1mol/l的h2so4，电解电位20v，电解时间60分钟；电解完毕，去离子水洗涤，烘干，马弗炉中500
‑
600℃焙烧3小时，使得多孔钛箔孔隙内外表面形成tio2纳米管，得到tio2纳米管/多孔钛箔，重量为690mg；
[0045]
(4)将步骤(3)得到的tio2纳米管/多孔钛箔作为阴极进行电镀，电镀液的组成及工艺条件：
[0046][0047]
电镀完毕，去离子水洗涤，烘干，得得到coag
‑
tio2纳米管/多孔钛箔，重量为692.22mg，coag合金的含量之和为coag
‑
tio2纳米管的2.41％。
[0048]
(5)反应器的合成：首先1.5g pdms预聚体和0.15g交联剂(美国，dow corning，sylgard 184)混合并搅拌均匀，为旋涂液。将步骤(4)得到的coag
‑
tio2纳米管/多孔钛箔(其中coag
‑
tio2纳米管为92.22mg)放置旋涂仪基板进行旋涂，旋涂过程中先以300r/min的转速持续10s，再以2000r/min的转速持续30s，然后升温至80℃，固化60min。一面旋涂固化后再旋涂另一面固化，最后得到多孔pdms薄膜复合纳米tio2复合催化剂的挥发性有机物消除反应器。
[0049]
甲醛为常见挥发性有机物之一，以甲醛为目标污染物进行测试。在大小为1m
×
1m
×
1m的密封箱体中测定甲醛的降解性能。箱体底部加热装置中放入270ml浓度为37％的甲醛，加热使之完全挥发，甲醛浓度为100ppm。将1g实施例1制备的挥发性有机物消除反应器放入箱体内，约15分钟后达到吸附脱附平衡。然后每半小时取样一次，采用气相色谱仪测定起始浓度c0时甲醛的峰面积、取样时甲醛浓度c的峰面积，计算甲醛去除率，计算结果如图2所示，根据图2可见，15分钟时，甲醛的吸附率为30％左右，随后甲醛浓度逐渐降低，3小时后
甲醛浓度接近为0，说明制备的挥发性有机物消除反应器对甲醛具有较好的去除率。
[0050]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。