一種清除室內甲醛的活性炭吸附劑材料、製備方法及其應用與流程
2023-11-02 22:54:57 2
本發明涉及室內空氣淨化技術領域，具體涉及一種清除室內甲醛的活性炭吸附劑材料、製備方法及其應用。
背景技術：
隨著國民經濟的快速發展與人民物質生活水平的逐步提高，室內裝修日益普及。裝修耗材的使用不當所引起的室內空氣汙染日趨嚴重，其中最顯著的問題之一就是室內甲醛(hcho)持續釋放超出環境標準。在我國，甲醛高居有毒化學品優先控制名單上第二位，且被世界衛生組織確認為致癌和致畸形物質。甲醛毒性較高，是眾所公認的變態毒化反應源，也是潛在的強致性突變物，具有強烈的致癌和促癌作用。在室內空氣中甲醛主要是由室內裝修材料中以連續、緩慢的方式釋放出來的，並在室內不斷累集，導致室內甲醛濃度超標。因此，甲醛的淨化方法需要在長時間的範圍內有效。針對甲醛在室內空氣中存在的特點，迫切需要研究一種解決甲醛汙染的新方法。
目前，合理控制和有效降低室內空氣中的甲醛濃度已經成為室內環境保護的一項重要內容。室內甲醛汙染治理方法主要有：吸附法、化學分解法、化學縮聚法、光催化法、生物轉化法和催化氧化法等。其中以吸附法最為常用。
活性炭材料是一種性能優良的吸附劑，其化學性質穩定，機械強度高，耐酸、耐鹼、耐熱，不溶於水和有機溶劑，可以再生使用，是常用的甲醛吸附劑材料，如專利cn105056892a對活性炭載體進行改性，並負載金屬氧化物來清除甲醛，金屬氧化物為氧化鋅、氧化錳、氧化鈦等；cn105435740a以高錳酸鉀和濃硫酸處理過的活性炭得到負載二氧化錳的活性炭甲醛吸附劑。
胺基酸是一種常見的有機物，其分子式中具有氨基和羧基兩種基團，其可以與甲醛反應生成羥甲基衍生物，將對人體有害的甲醛轉變為無害物質，達到除去甲醛的目的。如專利cn105561934a中公開了使用魚醬胺基酸製備甲醛吸附材料，cn104607151a公開了以活性炭為載體，加入含氮化合物、保溼劑製備除甲醛活性炭。
但現有的製備方法中，或者工藝複雜，或者除甲醛效果不佳，在一定程度上限制了其應用。
技術實現要素：
本發明提供了一種清除室內甲醛的活性炭吸附劑材料及其製備方法和應用，利用市面上可以購買到的常規的活性炭，對其進行改性處理，負載胺基酸得到可以高效清除甲醛的活性炭吸附劑材料。
市售的活性炭主要是由煤、木材、果殼等製備而來，由於原料的不同，其內部的孔道大小、內表面結構也有很大不同，在使用的時候，往往需要擴孔或縮孔才能滿足需求，並且至製備過程中內部會吸附一些焦油和碳氫化合物，會使得比表面積變小，活性降低，影響了其使用效果。
發明人研究發現，zncl2對於成品活性炭具有良好的改性作用，進一步發現其與cacl2的共混物對於活性炭的改性作用更加明顯，改性後的活性炭對胺基酸基團的負載具有顯著的增強作用，提高了活性炭的應用效果。
基於上述發現，本發明提出了如下的技術方案：
本發明的一個方面提供了一種清除室內甲醛的活性炭吸附劑材料的製備方法，包括如下步驟：
1)配製zncl2和cacl2溶液的混合溶液，使zn與ca的摩爾比為3∶1-1∶1，將活性炭浸漬於混合溶液中10-24小時，過濾後將活性炭置於反應釜中，通入氮氣排出空氣，在200-400℃下煅燒1-3小時；
2)步驟1)所得產物放入hcl溶液中持續沸騰1-2小時，以除去zn和ca離子，冷卻至室溫後用蒸餾水衝洗3-5次，至檢測不到氯離子；然後在烘箱中於105℃下乾燥4-10小時；
3)配製胺基酸的水溶液，將步驟2)得到的改性活性炭浸漬於胺基酸水溶液中3-8小時，冷凍乾燥，得到所述活性炭吸附材料。
進一步的，所述zncl2和cacl2溶液的混合溶液中，離子總濃度為0.5-1mol/l。
進一步的，所述胺基酸的水溶液的濃度為5-10wt％。
進一步的，所述胺基酸為賴氨酸、絲氨酸或二者的混合物
本發明的另一個方面提供了一種由上述方法製備的活性炭吸附劑材料。
本發明的另一個方面所述活性炭吸附劑材料用於清除室內空氣中的甲醛。
本發明的有益效果
本發明通過對市售活性炭進行改性，在200-400℃下低溫煅燒，避免了高溫煅燒帶來的炭損失，使其內表面雜質充分去除，並增加了內部的表面活性，對胺基酸的吸附能力大大增強，負載量增加，提高了活性炭吸附材料對甲醛的清除能力。
具體實施方式
實施例1
1)配製zncl2和cacl2溶液的混合溶液，使zn與ca的摩爾比為3∶1，陽離子總濃度為1mol/l，將活性炭浸漬於混合溶液中15小時，過濾，然後將活性炭置於反應釜中，通入氮氣排出空氣，在300℃下煅燒2小時；
2)步驟1)所得產物放入hcl溶液中持續沸騰2小時，以除去zn和ca離子，冷卻至室溫後用蒸餾水衝洗5次，至檢測不到氯離子；然後在烘箱中於105℃下乾燥8小時；
3)配製賴氨酸的水溶液，其濃度為10wt％，將步驟2)得到的改性活性炭浸漬於胺基酸水溶液中5小時，冷凍乾燥，得到活性炭吸附材料ac-1。
實施例2
1)配製zncl2和cacl2溶液的混合溶液，使zn與ca的摩爾比為1∶1，陽離子總濃度為0.5mol/l，將活性炭浸漬於混合溶液中15小時，過濾，然後將活性炭置於反應釜中，通入氮氣排出空氣，在300℃下煅燒2小時；
2)步驟1)所得產物放入hcl溶液中持續沸騰2小時，以除去zn和ca離子，冷卻至室溫後用蒸餾水衝洗5次，至檢測不到氯離子；然後在烘箱中於105℃下乾燥8小時；
3)配製絲氨酸的水溶液，其濃度為10wt％，將步驟2)得到的改性活性炭浸漬於絲氨酸水溶液中5小時，冷凍乾燥，得到活性炭吸附材料ac-2。
實施例3
1)配製zncl2和cacl2溶液的混合溶液，使zn與ca的摩爾比為1∶1，陽離子總濃度為1mol/l，將活性炭浸漬於混合溶液中15小時，過濾，然後將活性炭置於反應釜中，通入氮氣排出空氣，在300℃下煅燒2小時；
2)步驟1)所得產物放入hcl溶液中持續沸騰2小時，以除去zn和ca離子，冷卻至室溫後用蒸餾水衝洗5次，至檢測不到氯離子；然後在烘箱中於105℃下乾燥8小時；
3)配製賴氨酸和絲氨酸的混合水溶液，其濃度為10wt％，將步驟2)得到的改性活性炭浸漬於混合水溶液中5小時，冷凍乾燥，得到活性炭吸附材料ac-3。
對比例1
1)配製zncl2溶液，陽離子總濃度為1mol/l，將活性炭浸漬於zncl2溶液中15小時，過濾，然後將活性炭置於反應釜中，通入氮氣排出空氣，在300℃下煅燒2小時；
2)步驟1)所得產物放入hcl溶液中持續沸騰2小時，以除去zn離子，冷卻至室溫後用蒸餾水衝洗5次，至檢測不到氯離子；然後在烘箱中於105℃下乾燥8小時；
3)配製賴氨酸和絲氨酸的混合水溶液，其濃度為10wt％，將步驟2)得到的改性活性炭浸漬於混合水溶液中5小時，冷凍乾燥，得到活性炭吸附材料ac-4。
對比例2
1)配製cacl2溶液，陽離子總濃度為1mol/l，將活性炭浸漬於cacl2溶液中15小時，過濾，然後將活性炭置於反應釜中，通入氮氣排出空氣，在300℃下煅燒2小時；
2)步驟1)所得產物放入hcl溶液中持續沸騰2小時，以除去ca離子，冷卻至室溫後用蒸餾水衝洗5次，至檢測不到氯離子；然後在烘箱中於105℃下乾燥8小時；
3)配製賴氨酸和絲氨酸的混合水溶液，其濃度為10wt％，將步驟2)得到的改性活性炭浸漬於混合水溶液中5小時，冷凍乾燥，得到活性炭吸附材料ac-5。
對比例3
配製賴氨酸和絲氨酸的混合水溶液，其濃度為10wt％，將活性炭浸漬於混合水溶液中5小時，冷凍乾燥，得到活性炭吸附材料ac-6。
測試結果對比如表1所示：
表1
以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。