本发明属于废气治理
技术领域：
，具体涉及一种新型吸附剂及其制备方法及应用。
背景技术：
：目前，在有机废气治理行业中，吸附法以及吸附浓缩结合其它工艺的技术，应用得比较广泛。吸附机理是利用吸附材料丰富的多孔结构，吸附各种有害的气体分子，从而达到净化空气的作用；当吸附的有害气体达到允许吸附量时，通过加热再生，可以使吸附材料在一定程度上，可以重复使用。常用的吸附剂主要包括沸石分子筛和活性炭。分子筛(又称合成沸石)是一种硅铝酸盐多微孔晶体，其特点是微孔孔径相对比较均匀，具有一定的吸附能力，耐高温。缺点是由于需要人工合成，且工艺复杂，制作成本高昂。活性炭具有丰富的多孔结构，适用于绝大多数有机气体，吸附能力较强，价格相对低廉。缺点是由于活性炭燃点较低(300℃)，脱附能力较差，再生利用率比较低。由于有机废气多数都含有具备一定危险性的气体，当无法再生利用时，通常都要作为危险废物来处理。目前，国内多数地区的废活性炭处置费用和采购成本大致相当，甚至个别地区高于采购成本，这样又大大增加了企业的治理成本。因此，研制开发价廉、高效的vocs吸附剂成为近年来的环境吸附材料的研究热点之一。技术实现要素：为了解决现有技术存在的问题，本发明提出一种制作成本低廉，耐高温，可重复使用率高，以至可循环使用的吸附材料，从而大大降低企业的有机废气治理成本。该发明是通过以下技术方案予以实现的：一种新型吸附剂，其包括如下原料：分散剂、木质纤维素、粘土、甘油、三氧化二铝、二氧化钛、正硅酸乙酯、酸性溶液。进一步的，上述原料的添加量分别为：粘土的添加量为0.015-0.075g/ml的酸性溶液；分散剂添加量为0.01-0.13ml/g粘土；木质纤维素的添加量为0.002-0.01g/g粘土；甘油的添加量为0.05-0.5ml/g；三氧化二铝的添加量为0.05-0.2g/g粘土；二氧化钛的添加量为0.01-0.1g/g粘土；正硅酸乙酯的添加量为0.002-0.01mol/g；。进一步的，该新型吸附剂还包括云母粉，其添加量为0.01-0.05g/g粘土。进一步的，该吸附剂是通过如下步骤制备而成，⑴将分散剂、木质纤维素加入到酸性溶液中，室温下搅拌0.2-1h，得到溶液a；⑵溶液a中加入粘土、甘油，继续搅拌1-2h，得到溶液b；⑶在溶液b中再加入三氧化二铝、二氧化钛、正硅酸乙酯，搅拌12-36h，加入分散剂，搅拌1-2h，离心得到胶状物；⑷利用去离子水反复洗涤胶状物至中性，得滤饼；⑸将上述滤饼在低温下干燥后研磨成颗粒，将得到的颗粒高温焙烧，得到本粘土吸附剂。进一步的，所述酸性溶液为2-6mol/l的硫酸或盐酸溶液。进一步的，所述步骤⑵为在溶液a中加入粘土、甘油，云母粉，继续搅拌1-2h，得到溶液b。进一步的，所述粘土为蒙脱土、高岭土、膨润土、活性白土的一种或几种。本发明还提出一种新型吸附剂的制备方法，包括如下步骤，⑴将分散剂、木质纤维素加入到酸性溶液中，室温下搅拌0.2-1h，得到溶液a；⑵溶液a中加入粘土、甘油，继续搅拌1-2h，得到溶液b；⑶在溶液b中再加入三氧化二铝、二氧化钛、正硅酸乙酯，搅拌12-36h，加入分散剂，搅拌1-2h，离心得到胶状物；⑷利用去离子水反复洗涤胶状物至中性，得滤饼；⑸将上述滤饼在低温下干燥后研磨成颗粒，将得到的颗粒高温焙烧，得到本粘土吸附剂。此外，本发明还提出一种新型吸附剂在废气治理中的应用。进一步的，所述新型吸附剂在使用前需进行活化，活化的温度为300-500℃，活化时间为1-3h。本发明相对于现有技术所具有的优点为：1.本发明提供一种对挥发性有机废气具有高吸附性能的吸附材料以及该吸附材料的制备方法，该吸附材料具有无毒、无腐蚀、环保且对有机废气具有高吸附性能、可反复再生利用。2.本发明所使用的粘土是一种热稳定性好、储量丰富和价格低廉的矿物，通过对粘土表面性质与结构的改性处理，可以增大其比表面积、扩大有效吸附孔洞，从而提高其对vocs的吸附能力。3.本发明的制备工艺简单，原料易于购买，便于生产者生产。即便如此，本发明确为首次基于粘土制备出用以吸附废气的吸附剂，从而进行重复利用，因此该吸附剂的生产应用意义重大。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明吸附剂对甲苯的吸附试验结果图。图中的曲线从左至右依次为实施例1、2、4的样品吸附曲线图。横坐标表示吸附时间，纵坐标表示废气出口浓度/进口浓度。具体实施方式本发明所使用试剂均可通过市售的方式取得。聚丙烯酸酯shyt1043生产厂家为上海宜涂实业有限公司。本发明提出一种吸附剂，其包括如下原料：分散剂、木质纤维素、粘土、甘油、三氧化二铝、二氧化钛、正硅酸乙酯、酸性溶液。其中，粘土为蒙脱土、高岭土、膨润土、活性白土的其中一种，或者几种的混合。本发明的分散剂为5040分散剂或聚丙烯酸酯。上述原料的添加量分别为：粘土的添加量为0.015-0.075g/ml的酸性溶液；分散剂添加量为0.01-0.13ml/g粘土；木质纤维素的添加量为0.002-0.01g/g粘土；甘油的添加量为0.05-0.5ml/g；三氧化二铝的添加量为0.05-0.2g/g粘土；二氧化钛的添加量为0.01-0.1g/g粘土；正硅酸乙酯的添加量为0.002-0.01mol/g。该吸附剂还包括云母粉，其添加量为0.01-0.05g/g粘土。其次，本发明吸附剂的制备方法包括如下步骤，⑴将分散剂、木质纤维素加入到酸性溶液中，室温下搅拌0.2-1h，得到溶液a。本发明的酸性溶液为2-6mol/l的盐酸或2-6mol/l硫酸溶液。搅拌的转速为300r/min。⑵在溶液a中加入粘土、甘油，继续搅拌1-2h，得到溶液b；⑶在溶液b中再加入三氧化二铝、二氧化钛、正硅酸乙酯，搅拌12-36h，加入分散剂，搅拌1-2h，离心得到胶状物。本发明加入分散剂搅拌后可静置老化12-24h，在进行离心，有利于上述物质的充分反应；⑷利用去离子水反复洗涤胶状物至中性，得滤饼；⑸将上述滤饼在低温下干燥后研磨成颗粒，将得到的颗粒进行高温焙烧，得到本粘土吸附剂。本发明的低温干燥的温度为60-80℃，时间为24-48h。本发明中利用马弗炉对颗粒进行焙烧，其中焙烧温度为400-700℃，升温速率为3-10℃/min，焙烧时间为4-18h。进一步的，所述步骤⑵为在溶液a中加入粘土、甘油，云母粉，继续搅拌1-2h，得到溶液b。此外，本发明还提出上述吸附剂在废气治理中的应用，该新型吸附剂在使用前需进行活化，其中活化的温度为300-500℃，活化时间为1-3h。该吸附剂用于空气净化中挥发性有机废气的吸附。下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。对本发明的吸附剂以甲苯为例进行吸附性能测试时，整个吸附系统由甲苯发生器、气体流量控制系统、吸附床等组成。取1g样品装入吸附床层，以空气为载气，分为2路，一路进入甲苯发生器，一路为稀释气，通过调节两路气体流量控制进入吸附剂的甲苯浓度为1000ppm，流量为100ml/min，经吸附剂吸附后气体中含甲苯浓度使用气相色谱在线分析。吸附量通过吸附曲线计算得出，计算公式如下：其中，q为单位质量吸附剂对甲苯的平衡吸附量，g/g；f为气体总流速，ml/min；ci为吸附imin后出口甲苯的浓度，mg/m3；c0为入口甲苯浓度，mg/m3；w为吸附剂的填装量，g；t为吸附时间，min；ts为吸附平衡时间，min。实施例1首先，量取0.1ml的5040型分散剂、0.015g木质纤维素加入到200ml浓度为2mol/l的盐酸溶液中，室温下300r/min搅拌0.5h；加入5g蒙脱土、2.5ml甘油、0.2g云母粉，继续搅拌1h；再加入0.5g三氧化二铝、0.1g二氧化钛、0.02mol正硅酸乙酯，搅拌36h，最后加入0.15ml聚丙烯酸酯shyt1043，搅拌2h，静置老化12h；离心得到胶状物，用去离子水反复洗涤胶状物至中性，得滤饼；将上述滤饼在60℃下干燥48h后使用玛瑙研钵研磨成40-80目颗粒，将得到的颗粒用马弗炉焙烧700℃焙烧4h，升温速率为3℃/min，得到粘土吸附剂。该粘土吸附剂使用前在20％o2/n2气氛中300℃活化3h。本实施例的纤维素为木质纤维素。将1g吸附剂加入到内径为0.8mm的玻璃空管内，通入流量为100ml/min，甲苯浓度为1000ppm的气体，通过气相色谱测试流出气体中甲苯含量。并记出口气体甲苯浓度与进口气体甲苯浓度比值为c/c0。本实施例所制备的粘土吸附剂对甲苯的吸附量为110mg/g。实施例2首先，量取0.3ml的5040型分散剂、0.02g木质纤维素加入到200ml浓度为3mol/l的盐酸溶液中室温下300r/min搅拌0.5h，加入10g高岭土、1ml甘油、0.4g云母粉，继续搅拌2h，再加入0.5g三氧化二铝、0.1g二氧化钛、0.02mol正硅酸乙酯，搅拌24h，最后加入0.2ml聚丙烯酸酯shyt1043，搅拌2h，静置老化时间为24h，离心得到胶状物，用去离子水反复洗涤胶状物至中性，得滤饼；将上述滤饼在70℃下干燥36h后使用玛瑙研钵研磨成40-80目颗粒，将得到的颗粒用马弗炉焙烧400℃焙烧18h，升温速率为5℃/min，得到粘土吸附剂。该吸附剂使用前在20％o2/n2气氛中500℃活化1h。本实施例所制备的粘土吸附剂对甲苯的吸附量为115mg/g。实施例3首先，量取0.1ml的聚丙烯酸酯shyt1043、0.015g木质纤维素加入到200ml浓度为3mol/l的盐酸溶液中室温下300r/min搅拌0.5h；加入5g膨润土、1ml甘油、0.05g云母粉，继续搅拌1.5h；再加入0.5g三氧化二铝、0.1g二氧化钛、0.016mol正硅酸乙酯，搅拌36h，最后加入0.25ml5040分散剂，搅拌2h，静置老化18h，离心得到胶状物，用去离子水反复洗涤胶状物至中性，得滤饼；将上述滤饼在80℃下干燥24h后使用玛瑙研钵研磨成40-80目颗粒，将得到的颗粒用马弗炉焙烧500℃焙烧8h，升温速率为10℃/min，得到粘土吸附剂。该吸附剂使用前在20％o2/n2气氛中400℃活化2h。本实施例所制备的粘土吸附剂对甲苯的吸附量为99mg/g。实施例4首先，量取0.75ml的5040型分散剂、0.15g木质纤维素加入到200ml浓度为6mol/l的硫酸溶液中室温下300r/min搅拌0.5h；加入15g活性白土、6ml甘油、0.5g云母粉，继续搅拌1h；再加入1.5g三氧化二铝、1g二氧化钛、0.15mol正硅酸乙酯，搅拌12h，最后加入0.5ml5040分散剂，搅拌2h，静置老化20h。离心得到胶状物，用去离子水反复洗涤胶状物至中性，得滤饼；将上述滤饼在80℃下干燥48h后使用玛瑙研钵研磨成40-80目颗粒，将得到的颗粒用马弗炉焙烧500℃焙烧12h，升温速率为3℃/min，得到粘土吸附剂。该吸附剂使用前在20％o2/n2气氛中400℃活化2h。本实施例所制备的粘土吸附剂对甲苯的吸附量为124mg/g。实施例5首先，量取0.3ml的聚丙烯酸酯shyt1043、0.05g木质纤维素加入到200ml浓度为4mol/l的硫酸溶液中室温下300r/min搅拌0.5h；加入12g高岭土、4ml甘油、0.6g云母粉，继续搅拌2h；再加入2.4g三氧化二铝、1.2g二氧化钛、0.12mol正硅酸乙酯，搅拌24h，最后加入0.4ml聚丙烯酸酯shyt1043，搅拌2h，静置老化20h。离心得到胶状物，用去离子水反复洗涤至中性，得滤饼；将上述滤饼在60℃下干燥48h后使用玛瑙研钵研磨成40-80目颗粒，将得到的颗粒用马弗炉焙烧600℃焙烧10h，升温速率为5℃/min，得到粘土吸附剂。该吸附剂使用前在20％o2/n2气氛中500℃活化2h。本实施例所制备的粘土吸附剂对甲苯的吸附量为102mg/g。实施例6首先，量取0.4ml的5040型分散剂、0.04g木质纤维素加入到200ml浓度为5mol/l的盐酸溶液中室温下300r/min搅拌0.5h；加入10g蒙脱土、3ml甘油、0.3g云母粉，继续搅拌2h；再加入1g三氧化二铝、0.5g二氧化钛、0.06mol正硅酸乙酯，搅拌18h，最后加入0.3ml聚丙烯酸酯shyt1043，搅拌2h，静置老化20h，离心得到胶状物，用去离子水反复洗涤胶状物至中性，得滤饼；将上述滤饼在80℃下干燥36h后使用玛瑙研钵研磨成40-80目颗粒，将得到的颗粒用马弗炉焙烧500℃焙烧10h，升温速率为3℃/min，得到粘土吸附剂。该吸附剂使用前在20％o2/n2气氛中300℃活化2h。本实施例所制备的粘土吸附剂对甲苯的吸附量为110mg/g。实施例7，首先，量取0.1ml的聚丙烯酸酯shyt1043、0.015g木质纤维素加入到200ml浓度为2mol/l的盐酸溶液中室温下300r/min搅拌0.5h；加入2g蒙脱土、3g膨润土，2.5ml甘油，继续搅拌1h；再加入0.5g三氧化二铝、0.1g二氧化钛、0.02mol正硅酸乙酯，搅拌36h，最后加入0.15ml5040分散剂，搅拌2h，离心得到胶状物，用去离子水反复洗涤胶状物至中性，得滤饼；将上述滤饼在60℃下干燥48h后使用玛瑙研钵研磨成60-100目颗粒，将得到的颗粒用马弗炉焙烧700℃焙烧4h，升温速率为3℃/min，得到粘土吸附剂。该吸附剂使用前在300℃活化3h。。本实施例所制备的粘土吸附剂对甲苯的吸附量为108mg/g。此外，利用本发明的吸附剂对不同种类的有机废气进行吸附效果验证，其验证结果如表1所示。吸附剂对各有机气体的吸附性能测试方式与甲苯一致，在此不再赘述。表1实施例6的吸附剂对不同种类vocs的吸附效果，以及脱附温度通过上表可知，本发明的吸附剂对有机气体具有高吸附性；本发明的吸附剂对各有机气体的脱附温度低，易于有机气体的脱附，由于本发明的吸附剂是通过在400-700℃焙烧而成，即便对苯乙烯的脱附温度为600℃，脱附过程中不会对本吸附剂造成影响，从而保证了本吸附剂的重复利用。对于上述苯乙烯和甲苯脱附后的吸附剂，再次进行吸附验证，对苯乙烯吸附量为212mg/g，对甲苯吸附量为110mg/g，这足以说明本发明吸附剂可重复利用，具有巨大的应用价值。表2实施例5所用原样粘土与实施例5吸附剂的结构特性对比样品比表面积(m2/g)孔容(cm3/g)孔径(nm)粘土27.10.17119.9新型吸附剂415.80.3442.89通过表1可知，本新型吸附剂在进行改性后，增大其比表面积、扩大有效吸附孔洞，从而提高其对vocs的吸附能力。本发明通过温和的试验条件以及简单的试验步骤即可得到无毒、无腐蚀、环保、价格低廉且对挥发性有机废气的具有高吸附性能、可反复利用的复合材料，从而大大降低企业的有机废气治理成本，并在治理废气的当中没有产生有害物质，其中对甲苯的吸附量最高可达到124mg/g，可有效吸附有机废气，其极具潜力，可替代其他有机废气吸附剂，具有巨大的现实意义。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。当前第1页12