空气净化用吸附剂及其制备方法与流程

1.本发明属于吸附剂技术领域，具体的涉及一种空气净化用吸附剂及其制备方法。


背景技术：

2.目前，空气净化方法主要有空气抽滤法、遮盖法、氧化法等。采用抽滤法，需要大型机械设备，在居室、车厢、厕所等环境难以实施；遮盖法是以喷洒芳香物质掩盖异味，但不能消除异味物质对人体的伤害；氧化法是利用电解原理产生负氧离子对空气进行消毒净化，但是效果并不理想，而且价格较高。
3.空气净化吸附剂是指利用自然物质本身所具有的吸附、分解原理，经过技术处理，所形成的具有消除空气中有害气体、去除各种异味的产品。目前的空气净化吸附剂一般分为三种：第一种是采用香精配制而成，这种方法制备的空气净化吸附剂只能用香味掩盖臭味，并不能分解臭气，其化学成分还易造成二次污染。第二种是采用纯化工原料配制而成，这种方法制备的空气净化吸附剂虽然效果较好，但功能单一，安全性能差，且不易运输和保存。第三种是采用生物制剂制成，这种空气净化吸附剂中含有大量的生物菌种，分解臭气成分的速度较慢，净化效果不理想。由此可知，现有的空气净化吸附剂对有害物质的吸附率较低，而且使用期限低，功能单一，仅能单独针对某种有害物质，无法兼顾多种污染物。


技术实现要素：

4.本发明的目的是：提供一种空气净化用吸附剂。所述的空气净化用吸附剂应用范围广，安全环保，使用方便，具有较高的吸附容量，能够吸附并去除空气中的有毒有害气体；本发明同时提供了其制备方法。
5.本发明所述的空气净化用吸附剂，以重量份数计，由以下原料组成：氧化锌改性活性炭28-32份、改性凹凸棒土24-27份、氧化石墨烯16-18份、腐殖酸钠19-22份、纳米二氧化锰7-8份、纳米氧化铈2-4份、纳米氮化铝3-5份以及2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇1.5-2.5份。
6.优选的，本发明所述的空气净化用吸附剂，以重量份数计，由以下原料组成：氧化锌改性活性炭30份、改性凹凸棒土26份、氧化石墨烯16份、腐殖酸钠21份、纳米二氧化锰8份、纳米氧化铈3份、纳米氮化铝4份以及2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇2份。
7.其中：
8.所述的氧化锌改性活性炭的制备方法为：将纳米锌粉与活性炭研磨混匀，加入去离子水于高压反应釜内190-195℃恒温反应20-22h，然后经冷却、过滤、洗涤、干燥，制备得到氧化锌改性活性炭。
9.其中：活性炭与纳米锌粉的质量比为2:1；干燥温度为50-55℃，干燥时间为10-12h。
10.在高压、高温环境下，纳米锌粉与水反应生成氢氧化锌，由于氢氧化锌不稳定，在高温高压环境下分解为氧化锌和水，活性炭为氧化锌的生长提供丰富的孔隙结构。氧化锌在紫外光的作用下形成活性电子e-，空穴h

也随之形成，并向氧化锌的表面扩散，空气中的
氧气会与氧化锌表面产生的空穴-电子对作用，产生氧化性极强的超氧离子o
2-和羟基自由基-oh。羟基自由基能与空气中的多种有机污染物物发生氧化作用，最终将有机污染物降解成为co2和h2o。
11.改性凹凸棒土的制备方法为：将碳酸钠粉末添加到硝酸铁溶液中反应一段时间后静置老化28-30h，然后加入凹凸棒土继续反应一段时间，最后静置老化28-30h进行离心分离，所得滤饼经蒸馏水洗涤于103-105℃烘干后研磨，并于320-330℃煅烧2-2.5h，制备得到改性凹凸棒土。
12.其中：
13.碳酸钠粉末与硝酸铁溶液的物质的量之比为1:1，反应温度为室温，反应时间为4.5-5h。
14.凹凸棒土与碳酸钠粉末的质量比为1.1:1，加入凹凸棒土继续反应，反应温度为65-68℃，反应时间为8.5-9h。
15.经过改性处理后的凹凸棒土的表面负载了三氧化二铁。三氧化二铁经过焙烧处于非晶状态，三氧化二铁可以与空气中的氧气结合生成o
2-，有利于羟基自由基的生成，从而对空气中的有机污染物进行降解。
16.本发明所述的空气净化用吸附剂，氧化锌改性活性炭、改性凹凸棒土、氧化石墨烯和腐殖酸钠之间具有协同作用关系。氧化锌改性活性炭通过活性炭对空气中的污染物进行吸附，然后通过负载的氧化锌对有机污染物进行光催化降解。通过添加改性凹凸棒土，在凹凸棒土的表面负载上非晶结构的三氧化二铁，非晶结构的三氧化二铁与空气中的氧气相互作用促进羟基自由基的形成，实现对空气中污染物的去除，使得制备的吸附剂不再完全依赖于光照环境。氧化石墨烯具有层片状结构，大比表面积、良好的分散性和丰富的含氧官能团，包括羟基、羰基、环氧基和羧基等，因此具有高吸附环境中污染物的应用潜力，且其表面丰富的含氧官能团能够与有机污染物产生静电作用，而且氧化石墨烯结构中的芳香环结构与有机污染物形成π-π相互作用。此外，氧化石墨烯的添加能够显著的提高氧化锌改性活性炭的光催化性能。之所以额外添加腐殖酸钠是因为首先由于腐殖酸钠比表面积大且有胶体的性质，因此吸附能力很强，此外，由于分子中含有苯环、稠环以及各种杂环，环及支链上有羧基、羟基、胺基等，因此，具有亲水性和吸附能力，利用腐殖酸钠的亲水性对空气中的挥发性有机物进行吸收，提高挥发性有机物的溶解度，然后利用腐殖酸钠的比表面积大以及含有的醌基、半醌基等官能团具有氧化还原特性，对挥发性有机物进行降解。
17.为了使得制备的空气净化用吸附剂具有一定的除菌作用，额外添加纳米氮化铝和2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇的混合物，此外，2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇还具有除甲醛的功能。
18.本发明所述的空气净化用吸附剂中还添加了纳米二氧化锰与纳米氧化铈，纳米二氧化锰与纳米氧化铈相互作用，纳米二氧化锰与空气中的水分子相互作用，在光生空穴作用下，水解离成羟基自由基，在表面吸附氧与光生电子相作用，生成氧负离子，氧负离子氧化有机污染物生成二氧化碳和水。纳米氧化铈的添加能够促进纳米二氧化锰上述反应的发生。
19.本发明所述的空气净化用吸附剂的制备方法，由以下步骤组成：
20.(1)将氧化锌改性活性炭、改性凹凸棒土、腐殖酸钠以及2-氨基-2-乙基-1,3-丙二
醇粉碎后过300目筛，然后于45-50℃下混匀；
21.(2)将氧化石墨烯、纳米二氧化锰、纳米氮化铝、纳米氧化铈以及水加入到步骤(1)制备得到的混合物中进行造粒，造粒完毕后于室温下进行干燥处理，制备得到空气净化用吸附剂。
22.其中：
23.加入水的质量占纳米二氧化锰、纳米氮化铝、纳米氧化铈、氧化石墨烯以及步骤(1)制备得到的混合物的质量和的30-35％。
24.本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
25.(1)本发明所述的空气净化用吸附剂，氧化锌改性活性炭、改性凹凸棒土、氧化石墨烯和腐殖酸钠之间协同配合，通过物理吸附和化学降解对空气中的有毒有害物质进行去除，使得制备的吸附剂不只依赖于光催化降解。为了使得制备的空气净化用吸附剂具有一定的除菌作用，还额外添加了纳米氮化铝和2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇；此外，为了确保空气净化用吸附剂的使用效果，通过添加纳米二氧化锰以及纳米氧化铈来促进氧负离子的形成，从而确保对空气中的有毒有害物质实现化学降解。
26.(2)本发明所述的空气净化用吸附剂，应用范围广，安全环保，使用方便，具有较高的吸附容量，能够吸附并去除空气中的有毒有害气体。
27.(3)本发明所述的空气净化用吸附剂的制备方法，工艺简单，易于操作，制备得到的吸附剂使用少量就能够对空气中的有害物质进行去除。
具体实施方式
28.以下结合实施例对本发明作进一步描述。
29.实施例1
30.本实施例1所述的空气净化用吸附剂，以重量份数计，由以下原料组成：氧化锌改性活性炭30份、改性凹凸棒土26份、氧化石墨烯16份、腐殖酸钠21份、纳米二氧化锰8份、纳米氧化铈3份、纳米氮化铝4份以及2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇2份。
31.其中：
32.所述的氧化锌改性活性炭的制备方法为：将纳米锌粉与活性炭研磨混匀，加入去离子水于高压反应釜内193℃恒温反应21h，然后经冷却、过滤、洗涤、干燥，制备得到氧化锌改性活性炭。
33.其中：活性炭与纳米锌粉的质量比为2:1；干燥温度为53℃，干燥时间为11h。
34.改性凹凸棒土的制备方法为：将碳酸钠粉末添加到硝酸铁溶液中反应一段时间后静置老化29h，然后加入凹凸棒土继续反应一段时间，最后静置老化29h进行离心分离，所得滤饼经蒸馏水洗涤于104℃烘干后研磨，并于320℃煅烧2.3h，制备得到改性凹凸棒土。
35.其中：
36.碳酸钠粉末与硝酸铁溶液的物质的量之比为1:1，反应温度为室温，反应时间为4.7h。
37.凹凸棒土与碳酸钠粉末的质量比为1.1:1，加入凹凸棒土继续反应，反应温度为67℃，反应时间为8.7h。
38.本实施例1所述的空气净化用吸附剂的制备方法，由以下步骤组成：
39.(1)将氧化锌改性活性炭、改性凹凸棒土、腐殖酸钠以及2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇粉碎后过300目筛，然后于47℃下混匀；
40.(2)将氧化石墨烯、纳米二氧化锰、纳米氮化铝、纳米氧化铈以及水加入到步骤(1)制备得到的混合物中进行造粒，造粒完毕后于室温下进行干燥处理，制备得到空气净化用吸附剂。
41.其中：
42.加入水的质量占纳米二氧化锰、纳米氮化铝、纳米氧化铈、氧化石墨烯以及步骤(1)制备得到的混合物的质量和的33％。
43.实施例2
44.本实施例2所述的空气净化用吸附剂，以重量份数计，由以下原料组成：氧化锌改性活性炭28份、改性凹凸棒土27份、氧化石墨烯18份、腐殖酸钠22份、纳米二氧化锰7份、纳米氧化铈3份、纳米氮化铝3份以及2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇2.5份。
45.其中：
46.所述的氧化锌改性活性炭的制备方法为：将纳米锌粉与活性炭研磨混匀，加入去离子水于高压反应釜内190℃恒温反应22h，然后经冷却、过滤、洗涤、干燥，制备得到氧化锌改性活性炭。
47.其中：活性炭与纳米锌粉的质量比为2:1；干燥温度为50℃，干燥时间为12h。
48.改性凹凸棒土的制备方法为：将碳酸钠粉末添加到硝酸铁溶液中反应一段时间后静置老化30h，然后加入凹凸棒土继续反应一段时间，最后静置老化30h进行离心分离，所得滤饼经蒸馏水洗涤于105℃烘干后研磨，并于330℃煅烧2h，制备得到改性凹凸棒土。
49.其中：
50.碳酸钠粉末与硝酸铁溶液的物质的量之比为1:1，反应温度为室温，反应时间为5h。
51.凹凸棒土与碳酸钠粉末的质量比为1.1:1，加入凹凸棒土继续反应，反应温度为68℃，反应时间为9h。
52.本实施例2所述的空气净化用吸附剂的制备方法，由以下步骤组成：
53.(1)将氧化锌改性活性炭、改性凹凸棒土、腐殖酸钠以及2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇粉碎后过300目筛，然后于45℃下混匀；
54.(2)将氧化石墨烯、纳米二氧化锰、纳米氮化铝、纳米氧化铈以及水加入到步骤(1)制备得到的混合物中进行造粒，造粒完毕后于室温下进行干燥处理，制备得到空气净化用吸附剂。
55.其中：
56.加入水的质量占纳米二氧化锰、纳米氮化铝、纳米氧化铈、氧化石墨烯以及步骤(1)制备得到的混合物的质量和的30％。
57.实施例3
58.本实施例3所述的空气净化用吸附剂，以重量份数计，由以下原料组成：氧化锌改性活性炭32份、改性凹凸棒土24份、氧化石墨烯17份、腐殖酸钠19份、纳米二氧化锰7.5份、纳米氧化铈4份、纳米氮化铝5份以及2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇1.5份。
59.其中：
60.所述的氧化锌改性活性炭的制备方法为：将纳米锌粉与活性炭研磨混匀，加入去离子水于高压反应釜内195℃恒温反应20h，然后经冷却、过滤、洗涤、干燥，制备得到氧化锌改性活性炭。
61.其中：活性炭与纳米锌粉的质量比为2:1；干燥温度为55℃，干燥时间为10h。
62.改性凹凸棒土的制备方法为：将碳酸钠粉末添加到硝酸铁溶液中反应一段时间后静置老化28h，然后加入凹凸棒土继续反应一段时间，最后静置老化28h进行离心分离，所得滤饼经蒸馏水洗涤于103℃烘干后研磨，并于325℃煅烧2.5h，制备得到改性凹凸棒土。
63.其中：
64.碳酸钠粉末与硝酸铁溶液的物质的量之比为1:1，反应温度为室温，反应时间为4.5h。
65.凹凸棒土与碳酸钠粉末的质量比为1.1:1，加入凹凸棒土继续反应，反应温度为65℃，反应时间为8.5h。
66.本实施例3所述的空气净化用吸附剂的制备方法，由以下步骤组成：
67.(1)将氧化锌改性活性炭、改性凹凸棒土、腐殖酸钠以及2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇粉碎后过300目筛，然后于50℃下混匀；
68.(2)将氧化石墨烯、纳米二氧化锰、纳米氮化铝、纳米氧化铈以及水加入到步骤(1)制备得到的混合物中进行造粒，造粒完毕后于室温下进行干燥处理，制备得到空气净化用吸附剂。
69.其中：
70.加入水的质量占纳米二氧化锰、纳米氮化铝、纳米氧化铈、氧化石墨烯以及步骤(1)制备得到的混合物的质量和的35％。
71.对比例1
72.本对比例1所述的空气净化用吸附剂的制备方法与实施例1相同，唯一的不同点在于，空气净化用吸附剂的原料组成不同。本对比例1所述的空气净化用吸附剂，以重量份数计，由以下原料组成：改性凹凸棒土26份、氧化石墨烯16份、腐殖酸钠21份、纳米二氧化锰8份、纳米氧化铈3份、纳米氮化铝4份以及2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇2份；其中，所述的改性凹凸棒土的制备方法与实施例1相同。
73.对比例2
74.本对比例2所述的空气净化用吸附剂的制备方法与实施例1相同，唯一的不同点在于，空气净化用吸附剂的原料组成不同。本对比例2所述的空气净化用吸附剂，以重量份数计，由以下原料组成：氧化锌改性活性炭30份、氧化石墨烯16份、腐殖酸钠21份、纳米二氧化锰8份、纳米氧化铈3份、纳米氮化铝4份以及2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇2份；其中，所述的氧化锌改性活性炭的制备方法与实施例1相同。
75.对比例3
76.本对比例3所述的空气净化用吸附剂的制备方法与实施例1相同，唯一的不同点在于，空气净化用吸附剂的原料组成不同。本对比例3所述的空气净化用吸附剂，以重量份数计，由以下原料组成：氧化锌改性活性炭30份、改性凹凸棒土26份、氧化石墨烯16份、纳米二氧化锰8份、纳米氧化铈3份、纳米氮化铝4份以及2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇2份；其中，所述的氧化锌改性活性炭以及改性凹凸棒土的制备方法与实施例1相同。
77.对比例4
78.本对比例4所述的空气净化用吸附剂的制备方法与实施例1相同，唯一的不同点在于，空气净化用吸附剂的原料组成不同。本对比例4所述的空气净化用吸附剂，以重量份数计，由以下原料组成：氧化锌改性活性炭30份、改性凹凸棒土26份、腐殖酸钠21份、纳米二氧化锰8份、纳米氧化铈3份、纳米氮化铝4份以及2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇2份；其中，所述的氧化锌改性活性炭以及改性凹凸棒土的制备方法与实施例1相同。
79.为了进一步说明本发明实施例1-3以及对比例1-4制备的空气净化用吸附剂的吸附效果，对空气中的甲醛以及苯系物(苯、甲苯以及二甲苯)的去除率进行检测，检测条件为：检测在试验舱内进行，试验舱的体积为2.0m3，温度为25
±
3℃，相对湿度为45
±
10％rh；空气净化用吸附剂的用量为20g。检测步骤为：将空气净化剂均匀放置于试验舱内，24h后测试甲醛以及苯系物的去除率，结果如下表1所示：
80.表1空气净化用吸附剂的检测结果
81.