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CN104826587B - 一种用于净化空气中VOCs的复合吸附剂 - Google Patents

一种用于净化空气中VOCs的复合吸附剂 Download PDF

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CN104826587B CN201510204417.4A CN201510204417A CN104826587B CN 104826587 B CN104826587 B CN 104826587B CN 201510204417 A CN201510204417 A CN 201510204417A CN 104826587 B CN104826587 B CN 104826587B
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Abstract

本发明公开了一种用于净化空气中VOCs的复合吸附剂，属于大气VOCs治理领域。本发明的一种用于净化空气中VOCs的复合吸附剂，所述的吸附剂的各组分按如下质量份组成：活性氧化铝30‑50份，活性炭40‑60份，铁矿粉15‑20份，球团矿筛下料10‑20份，生物质材料8‑15份，镁质红土镍矿2‑4份，高岭土5‑10份，添加剂15‑25份。本发明的吸附剂具有较高的孔隙度和比表面积，当VOCs与吸附剂接触时，吸附剂可以和VOCs充分接触，提高了吸附剂的吸附效率，从而实现VOCs高效率、低成本的减排。

Description

一种用于净化空气中VOCs的复合吸附剂
技术领域
本发明涉及大气中VOCs治理领域，更具体地说，涉及一种用于净化空气中VOCs的复合吸附剂。
背景技术
VOCs通常是指在常温常压下，具有高蒸气压、易挥发的有机化学物质，主要包括烷烃、烯烃和芳香烃以及各种含氧烃、卤代烃、氮烃、硫烃、低沸点多环芳烃等，是空气中普遍存在且组成复杂的一类有机污染物。由于VOCs涉及种类较多，其物化性质表现出多样性，具有一定的潜在危害。一些活性强的VOCs可以在一定条件下与氮氧化物发生光化学反应，引起地表臭氧浓度的增加，形成光化学烟雾污染，也可以与大气中的一些自由基反应，形成二次有机气溶胶。最近的一些研究结果表明VOCs可对人体健康造成一定的危害。
2010年5月国务院办公厅发布的《环境保护部门关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量指导意见的通知》首次正式地从国家的层次上提出了开展VOCs防治工作，并将一些重点行业VOCs作为防控重点。推动VOCs治理已势在必行。
吸附法是VOCs治理的有效措施，其设备简单，操作灵活，可以高效、经济的对空气中的VOCs进行处理。但是目前常采用活性炭、沸石、分子筛等作为VOCs吸附剂，或者合成法合成VOCs吸附剂，合成方法主要是采用模板法或是溶胶凝胶法合成。现有的VOCs吸附剂成本较高、而且吸附效率较差，生成的方法程序繁琐，对工业设备的要求也相对苛刻。急需研发出一种高效的VOCs吸附剂，从而实现VOCs高效率、低成本的减排。
经专利检索，中国专利号：ZL 201310191480.X，授权公告日：2015年03月11日，发明创造的名称为：一种空气中VOCs吸附剂的制备方法，该方法包括：1)分析原材料高炉渣的化学成分；2)调节高炉渣Ca/(Al+Si)比和Al/(Al+Si)比；3)反应混合物的制备；4)合成VOCs吸附剂。该方法虽然可简单、经济的合成了VOCs吸附剂，但是该方法不具有普适性，使得实际操作较为复杂。急需开发出一种具有制备简单的、高效率的VOCs吸附剂。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中，VOCs吸附剂成本较高、而且吸附效率较差，生成的方法程序繁琐，对工业设备的要求也相对苛刻的不足，提供了一种用于净化空气中VOCs的复合吸附剂，本发明的VOCs吸附剂过创造性的原料组分配比，对空气中的VOCs具有较强的吸附能力，操作简单，成本低廉，从而实现VOCs高效率、低成本的减排。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种用于净化空气中VOCs的复合吸附剂，所述的吸附剂由活性氧化铝、活性炭、铁矿粉、球团筛下料和添加剂等组分组成。
更进一步地，所述的吸附剂由活性氧化铝、活性炭、铁矿粉、球团筛下料、生物质材料、镁质红土镍矿、高岭土和添加剂组成。
更进一步地，所述的吸附剂的各组分按如下质量份组成：
更进一步地，所述的添加剂由海泡石、海藻酸钙、氮化碳、Al2O3微粉和沸石组成。
更进一步地，所述的活性氧化铝的粒度按如下质量百分含量组成：粒度≤0.074mm：5％，0.074-3.0mm：25％，3.0-5.0mm：40％；5.0-10.0mm：30％；所述的活性炭的粒度按如下质量百分含量组成：粒度≤0.074mm：5％，0.074-5.0mm：55％；5.0-10.0mm：40％。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种用于净化空气中VOCs的复合吸附剂，该吸附剂通过活性氧化铝、活性炭、铁矿粉、球团筛下料、生物质材料、镁质红土镍矿、高岭土和添加剂创造性的组分配比，以及活性氧化铝、活性炭特殊的粒度组成，使得吸附剂具有较高的孔隙度和比表面积，当VOCs与吸附剂接触时，吸附剂可以和VOCs充分接触，从而有利于VOCs的脱除，在提高比表面积的同时，进一步提高了吸附剂的吸附能力，特别是添加剂的加入，增加了材料的微孔性，提高吸附能力。
(2)本发明的一种用于净化空气中VOCs的复合吸附剂，生物质材料、球团筛下料、铁矿粉等材料的合理配入，不但改善了VOCs吸附效果，而且使得吸附剂具有广泛的材料来源，进一步降低了吸附剂的成本。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例的一种用于净化空气中VOCs的复合吸附剂，所述的吸附剂各组分按如下质量份组成：活性氧化铝30kg，活性炭40kg，铁矿粉15kg，球团矿筛下料10kg，生物质材料8kg，镁质红土镍矿2kg，高岭土5kg，添加剂15kg。创造性的组分配比，以及活性氧化铝、活性炭特殊的粒度组成，使得吸附剂具有较高的孔隙度和比表面积，当VOCs与吸附剂接触时，吸附剂可以和VOCs充分接触，从而有利于VOCs的脱除，在提高比表面积的同时，进一步提高了吸附剂的吸附能力。
值得说明的是：所述的活性氧化铝的粒度按如下质量百分含量组成：粒度≤0.074mm：5％，0.074-3.0mm：25％，3.0-5.0mm：40％；5.0-10.0mm：30％；所述的活性炭的粒度按如下质量百分含量组成：粒度≤0.074mm：5％，0.074-5.0mm：55％；5.0-10.0mm：40％。
此外，所述的铁矿粉是由杨迪粉、哈莫斯利粉和梅山精矿混合制成，其中各组分的质量百分含量为：杨迪粉：15％；哈莫斯利粉：30％；梅山精矿：55％，所述的杨迪粉为产于澳大利亚的铁矿粉，其成分的质量百分含量为：TFe：56.94％，SiO2：5.66％，Al2O3：1.68％，CaO：0.078％，MgO：0.11％，P：0.052％，S：0.0050，其余为不可避免杂质；所述的哈粉为哈默斯利粉，其成分的质量百分含量为：TFe：61.90％，SiO2：3.75％，Al2O3：2.42％，CaO：0.071％，MgO：0.088％，P：0.12％，S：0.021％，其余为不可避免杂质；所述的梅精为梅山精矿：其成分的质量百分含量为：TFe：55.98％，SiO2：4.91％，Al2O3：0.96％，CaO：3.51％，MgO：1.18％，P：0.11％，S：0.51％，其余为不可避免杂质。所述的铁矿粉的粒度组成为：≤1.0mm：50％，1.0-5.0mm：40％，5.0-8.0mm：10％。创造性的提出将适当的矿粉应用于吸附剂，改善了吸附剂对VOCs的吸附性能和催化活性，提高了对VOCs的净化能力。
所述的球团矿筛下料为添加有塑料粉的球团矿筛下料，其中塑料球团矿筛的塑料添加量为球团总质量的0.5％。所述的生物质材料由玉米芯碎片、稻壳和大豆秸秆组成，其中各组分的质量百分含量为：玉米芯碎片：80％；稻壳：15％；大豆秸秆：5％；且所述的生物质材料的粒度组成为≤1.0mm：20％，1.0-2.0mm：40％；2.0-3.0mm：40％。
所述的镁质红土镍矿的粒度为1.0-3.0mm，所述的高岭土为龙岩高岭土，属风化残余型高岭土矿床，其成分的质量百分含量为：SiO2：46.60％，Al2O3：39.8％，其他为不可避免的杂质。而且镁质红土镍矿的加入，可以进一步的吸附空气中的Zn等物质。
所述的添加剂由海泡石、海藻酸钙、氮化碳、Al2O3微粉和沸石组成，其中各组分的质量百分含量为：海泡石：20％；海藻酸钙：20％；氮化碳：30％；Al2O3微粉：5％；沸石：25％。所述的海泡石是一种纤维状的含水硅酸镁，通常呈白、浅灰、浅黄等颜色，不透明也没有光泽，其质量百分含量为：SiO2：56.57％，Al2O3：24.15％，其余为不可避免的杂质，所述的海泡石的平均粒径为：0.5-3.0mm，所述的海藻酸钙粉末状，白色至浅黄色不定，无臭无味，不溶于水，该海藻酸钙的粒度为：0.5-2.5mm。添加剂的加入使得吸附剂对VOCs具有较好的吸附能力，氮化碳增加了材料的微孔性，提高吸附能力。
本实施例的一种用于净化空气中VOCs的复合吸附剂的制备方法，
步骤一：原料混合混匀
(1)制备混合物A：按质量份数称取活性氧化铝30kg，活性炭40kg，铁矿粉15kg，依次加入到搅拌机中，并搅拌20min，搅拌机转速为150r/min，混合均匀后制得混合物A；
(2)制备混合物B：按质量份数称取球团矿筛下料10kg，生物质材料8kg，镁质红土镍矿2kg，高岭土5kg，依次加入到搅拌机中，并搅拌15min，搅拌机转速为180r/min，混合均匀后制得混合物B；
(3)制备吸附剂混匀料：将步骤一中制备的混合物A与混合物B加入搅拌机中加水进行混合，搅拌25min，混合均匀后向搅拌机中加入添加剂15kg，继续搅拌18min，混合均匀后制备得到吸附剂混匀料；
步骤二：制粒
将步骤一中制备得到的吸附剂混匀料加入圆筒混料机中，混合6min，圆筒混料机转速为30r/min；制粒完成后制备得到吸附剂颗粒；
步骤三：加热处理
将步骤二中制备得到的吸附剂颗粒，放置到烘箱中进行加热，其具体的加热步骤如下：
首先，以5℃/min的升温速度，升温到80℃，保温30min；
其次，以2℃/min的升温速度，升温到105℃，保温120min；
最后，以2℃/min的升温速度，升温到250℃，保温60min；
本实施例的一种用于净化空气中VOCs的复合吸附剂，步骤一是为了原料充分搅拌，从而混匀原料，活性氧化铝、活性炭的特殊粒度组成，再通过步骤二进一步的在圆筒混料机上进行搅拌，进行制粒，使得制成的吸附剂具有一定了颗粒度，使得在将吸附剂装入吸附装置后具有一定的透气性，且空气可以充分的与吸附剂接触，提高了吸附剂的吸附能力。
在实验室实验中，将吸附剂填充在吸附箱中，吸附箱设置有加热装置，加热装置的加热温度为300-350℃，使得在加热的条件下，利用吸附剂中的金属的催化分解VOCs，再加之吸附剂对VOCs的有效吸附，实现VOCs高效率的脱除，吸附剂填充厚度为1400mm，从进口处通入含有VOCs的空气，VOCs的浓度为1.50mg/m3，利用气相色谱分析检测出口VOCs的浓度为0.32mg/m3，吸附剂空气中的VOCs的吸附率达到78.67％，具有较好的吸附效果；而 且吸附剂中合理配入生物质材料、球团筛下料和铁矿粉等材料，不但改善了VOCs吸附效果，而且进一步降低了吸附剂的成本，从而实现VOCs高效率、低成本的减排。
实施例2
本实施例的一种用于净化空气中VOCs的复合吸附剂，所述的吸附剂各组分按如下质量份组成：活性氧化铝35kg，活性炭55kg，铁矿粉18kg，球团矿筛下料15kg，生物质材料12kg，镁质红土镍矿3kg，高岭土8kg，添加剂20kg。创造性的组分配比，以及活性氧化铝、活性炭特殊的粒度组成，使得吸附剂具有较高的孔隙度和比表面积，当VOCs与吸附剂接触时，吸附剂可以和VOCs充分接触，从而有利于VOCs的脱除，在提高比表面积的同时，进一步提高了吸附剂的吸附能力。
本实施例的一种用于净化空气中VOCs的复合吸附剂的制备方法，
步骤一：原料混合混匀
(1)制备混合物A：按质量份数称取活性氧化铝35kg，活性炭55kg，铁矿粉18kg，依次加入到搅拌机中，并搅拌20min，搅拌机转速为150r/min，混合均匀后制得混合物A；
(2)制备混合物B：按质量份数称取球团矿筛下料15kg，生物质材料12kg，镁质红土镍矿3kg，高岭土8kg，依次加入到搅拌机中，并搅拌15min，搅拌机转速为180r/min，混合均匀后制得混合物B；
(3)制备吸附剂混匀料：将步骤一中制备的混合物A与混合物B加入搅拌机中，加水进行混合，搅拌25min，混合均匀后向搅拌机中加入添加剂20kg，继续搅拌18min，混合均匀后制备得到吸附剂混匀料；
步骤二：制粒
将步骤一中制备得到的吸附剂混匀料加入圆筒混料机中，混合6min，圆筒混料机转速为30r/min；制粒完成后制备得到吸附剂颗粒；
步骤三：加热处理
将步骤二中制备得到的吸附剂颗粒，放置到烘箱中进行加热，其具体的加热步骤如下：
首先，以5℃/min的升温速度，升温到80℃，保温30min；
其次，以2℃/min的升温速度，升温到105℃，保温120min；
最后，以2℃/min的升温速度，升温到250℃，保温60min；
本实施例的一种用于净化空气中VOCs的复合吸附剂，步骤一是为了原料充分搅拌，从而混匀原料，活性氧化铝、活性炭的特殊粒度组成，再通过步骤二进一步的在圆筒混料机上进行搅拌，进行制粒，使得制成的吸附剂具有一定了颗粒度，使得在将吸附剂装入吸附装置后具有一定的透气性，且空气可以充分的与吸附剂接触，提高了吸附剂的吸附能力。
在实验室实验中，将吸附剂填充在吸附箱中，吸附箱设置有加热装置，加热装置的加热温度为300-350℃，吸附剂填充厚度为1600mm，从进口处通入含有VOCs的空气，VOCs的浓度为1.50mg/m3，利用气相色谱分析检测出口VOCs的浓度为0.28mg/m3，吸附剂空气中的VOCs的吸附率达到81.33％，具有较好的吸剂效果；而且吸附剂中合理配入生物质材料、球团筛下料和铁矿粉等材料，不但改善了VOCs吸附效果，而且进一步降低了吸附剂的成本，从而实现VOCs高效率、低成本的减排。
实施例3
本实施例的一种用于净化空气中VOCs的复合吸附剂，所述的吸附剂各组分按如下质量份组成：活性氧化铝50kg，活性炭60kg，铁矿粉20kg，球团矿筛下料20kg，生物质材料15kg，镁质红土镍矿4kg，高岭土10kg，添加剂25kg。创造性的组分配比，以及活性氧化铝、活性炭特殊的粒度组成，使得吸附剂具有较高的孔隙度和比表面积，当VOCs与吸附剂接触时，吸附剂可以和VOCs充分接触，从而有利于VOCs的脱除，在提高比表面积的同时，进一步提高了吸附剂的吸附能力。
本实施例的一种用于净化空气中VOCs的复合吸附剂的制备方法，
步骤一：原料混合混匀
(1)制备混合物A：按质量份数称取活性氧化铝50kg，活性炭60kg，铁矿粉20kg，依次加入到搅拌机中，并搅拌20min，搅拌机转速为150r/min，混合均匀后制得混合物A；
(2)制备混合物B：按质量份数称取球团矿筛下料20kg，生物质材料15kg，镁质红土镍矿4kg，高岭土10kg，依次加入到搅拌机中，并搅拌15min，搅拌机转速为180r/min，混合均匀后制得混合物B；
(3)制备吸附剂混匀料：将步骤一中制备的混合物A与混合物B加入搅拌机中，加水进行混合，搅拌25min，混合均匀后向搅拌机中加入添加剂25kg，继续搅拌18min，混合均匀后制备得到吸附剂混匀料；
步骤二：制粒
将步骤一中制备得到的吸附剂混匀料加入圆筒混料机中，混合6min，圆筒混料机转速为30r/min；制粒完成后制备得到吸附剂颗粒；
步骤三：加热处理
将步骤二中制备得到的吸附剂颗粒，放置到烘箱中进行加热，其具体的加热步骤如下：
首先，以5℃/min的升温速度，升温到80℃，保温30min；
其次，以2℃/min的升温速度，升温到105℃，保温120min；
最后，以2℃/min的升温速度，升温到250℃，保温60min；
本实施例的一种用于净化空气中VOCs的复合吸附剂，步骤一是为了原料充分搅拌，从而混匀原料，活性氧化铝、活性炭的特殊粒度组成，再通过步骤二进一步的在圆筒混料机上进行搅拌，进行制粒，使得制成的吸附剂具有一定了颗粒度，使得在将吸附剂装入吸附装置后具有一定的透气性，且空气可以充分的与吸附剂接触，提高了吸附剂的吸附能力。
在实验室实验中，将吸附剂填充在吸附箱中，吸附箱设置有加热装置，加热装置的加热温度为300-350℃，吸附剂填充厚度为1000mm，从进口处通入含有VOCs的空气，VOCs的浓度为1.50mg/m3，利用气相色谱分析检测出口VOCs的浓度为0.59mg/m3，吸附剂空气中的VOCs的吸附率达到60.67％，具有较好的吸附效果；而且吸附剂中合理配入生物质材料、球团筛下料和铁矿粉等材料，不但改善了VOCs吸附效果，而且进一步降低了吸附剂的成本，从而实现VOCs高效率、低成本的减排。
实施例4
本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于：所述的添加剂由海泡石、氮化碳、Al2O3微粉、蒙脱石、硼矿粉和沸石组成，其中各组分的质量百分含量为：海泡石：10％；海氮化碳：30％；Al2O3微粉：5％；蒙脱石：25％；硼矿粉：5％；沸石：25％。
在实验室实验中，将吸附剂填充在吸附箱中，吸附箱设置有加热装置，加热装置的加热温度为300-350℃，吸附剂填充厚度为1400mm，从进口处通入含有VOCs的空气，VOCs的浓度为1.50mg/m3，利用气相色谱分析检测出口VOCs的浓度为0.27mg/m3，吸附剂空气中的VOCs的吸附率达到82.00％，具有较好的吸附效果；而且吸附剂中合理配入生物质材料、球团筛下料和铁矿粉等材料，不但改善了VOCs吸附效果，而且进一步降低了吸附剂的成本，从而实现VOCs高效率、低成本的减排。此外，通过改变添加剂的组分配比，进一步的提高了VOCs的吸附效率。
表1实施例1-4中的吸附剂的吸附效率

Claims (4)

1.一种用于净化空气中VOCs的复合吸附剂，其特征在于：所述的吸附剂由活性氧化铝、活性碳、铁矿粉、球团筛下料、生物质材料、镁质红土镍矿、高岭土和添加剂组成；所述的铁矿粉是由杨迪粉、哈莫斯利粉和梅山精矿混合制成，其中各组分的质量百分含量为：杨迪粉：15％；哈莫斯利粉：30％；梅山精矿：55％；
所述的吸附剂的各组分按如下质量份组成：
所述的添加剂由海泡石、海藻酸钙、氮化碳、Al2O3微粉和沸石组成；粒度≤0.074mm：5％，0.074-3.0mm：25％，3.0-5.0mm：40％；5.0-10.0mm：30％；所述的活性碳的粒度按如下质量百分含量组成：粒度≤0.074mm：5％，0.074-5.0mm：55％；5.0-10.0mm：40％；
所述的活性氧化铝的粒度按如下质量百分含量组成：粒度≤0.074mm：5％，0.074-3.0mm：25％，3.0-5.0mm：40％；5.0-10.0mm：30％；；
吸附剂各组分混合混匀后放置到烘箱中进行加热。
2.根据权利要求1所述的一种用于净化空气中VOCs的复合吸附剂，其特征在于：所述的生物质材料由玉米芯碎片、稻壳和大豆秸秆组成。
3.根据权利要求1-2任意一项所述的一种用于净化空气中VOCs的复合吸附剂，其特征在于：所述的添加剂各组分的质量百分含量为：海泡石：20％；海藻酸钙：20％；氮化碳：30％；Al2O3微粉：5％；沸石：25％。
4.根据权利要求2所述的一种用于净化空气中VOCs的复合吸附剂，其特征在于：生物质材料各组分的质量百分含量为：玉米芯碎片：80％；稻壳：15％；大豆秸秆：5％。
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