除二氧化硫的球形滤料的制备方法及使用该滤料的口鼻罩与流程

本发明涉及空气净化领域，为一种用于除二氧化硫的球形滤料的制备方法及使用该滤料的口鼻罩。

背景技术：

我国的能源消费结构以煤炭为主，煤炭在一次能源中占到75%左右。其中，直接燃烧是煤炭的利用的主要方式，燃煤产生的so2废气成为我国大气污染的主要根源，致使我国城市的污染主要为煤烟型污染。当前，我国二氧化硫年排放总量大大超出了环境自净能力。

so2是一种无色的刺激性气体，侵入人体的主要途径是呼吸。人受到二氧化硫刺激后，可出现咳嗽、喷嚏、咽喉肿痛、胸闷和呼吸困难等一系列症状，造成支气管炎、哮喘，严重时可以引起肺气肿，甚至死亡。研究表明，大气中so2浓度如每年增加10μg/m3，因呼吸道系统疾病而死亡的人数将增加5%。so2和飘尘的协同效应，对人体健康的危害更大。吸附so2的飘尘被吸入人体后，飘尘可把so2带入肺的深部，使so2的毒性增加3-4倍。so2在空气中可被催化氧化为so3，遇水可形成硫酸雾并为飘尘吸附，吸入人体内可引起肺纤维性病变和肺气肿，硫酸雾的毒性比so2大10倍。

烟气净化技术的开发与选择应该从经济、技术、环境等多重角度来考虑：投资少，原料易得、价廉且低耗；传统的石灰/石灰石石膏法存在着投资大、操作费用高、流程复杂、需用水且耗水量大、脱硫渣为caso4及少量灰尘，利用价值低且易造成二次污染等缺点，不适于在我国推广应用。

本发明采取多孔球形滤料吸附脱硫。具有以下优点：（1）能耗低，吸附单位质量so2费用低；（2）二次污染少或无二次污染；（3）吸附效率符合环保要求；（4）工艺过程简单，易于操作。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种用于净化空气的球形滤料的制备方法。使用该滤料的口鼻罩和传统的口鼻罩相比，能高效去除二氧化硫，并使进出气顺畅，呼吸阻力小。

为达此目的，本发明采用以下制备方法：a）将高岭土、活性焦、5a沸石、改性粉煤灰均匀混合，得到混合物，所述高岭土、活性焦、5a沸石、改性粉煤灰的重量比为75-200：90-180：135-360：60-170；

优选的，所述高岭土、活性焦、5a沸石、改性粉煤灰的重量比为100-190：110-170：160-310：80-150；更优选的，所述高岭土、活性焦、5a沸石、改性粉煤灰的重量比为120-180：130-150：220-2650：100-140。

优选的，所述5a沸石粒径为200~350μm。

优选的，所述改性粉煤灰粒径为180~250μm。

b）将步骤a）所得的混合原料在自动喷雾器加水湿润的条件下，通过造球机滚成球，再经过干燥烧制固结成为具有一定强度和吸附性能的球状滤料。

优选的，球状滤料直径为1.5-2mm。

优选的，加水量占粉状物料的重量百分比为25%-58%。

优选的，球形滤料坯通过梯度升温的方式实现制孔和固化，制孔固化温度为120-260℃，烘燥时间为2-4小时。

在本发明中，高岭土是一种以高岭石族粘土矿物为主要成分的细粒粘土，其理想结构是化学式为al4[si4o10](oh)8的1：1型层状结构，层间由氢键连结，其化学组成包括al2o3、sio2、h2o及少量的fe2o3、cao、mgo、tio2、k2o、nao、so3、mno等。在本发明中，高岭土主要起粘结剂的作用，同时，也具备一定的吸附性能。高岭土无毒无害，在自然界中可以降解，不会对环境造成任何污染。

本发明优选采用粒径为290~380μm的高岭土。

活性焦——活性炭类吸咐剂，属于无定形炭或微晶炭，是由多环芳香族组成的层面晶格，属于纯炭结晶的一种，其结构与石墨相类似，但比石墨的结构缺乏完整性。活性焦和活性炭、活性炭纤维等一样，也是一种多孔活性炭质材料。活性焦是用弱粘性煤和粘结剂混和成型后，经热解、活化、氧沉积及热脱附等改性制得的碳基吸附剂。与活性炭的区别在于其强度高、比表面积低(100~350m²/g)，活性焦虽然比表面积低于活性炭，但由于在活性焦制备过程中形成了大量的含氧活性位，使气体分子在活性焦表面的吸附以催化氧化为主，因此其吸附氧化性能并不低于活性炭，同时由于活性焦比表面积比较低，其强度远远高于活性炭。

活性焦脱硫主要是通过活性焦表面带有的分氧官能团作为氧化吸附so2的活化中心，空气中的o吸附到活性焦表面形成化学吸附态o可以使so2氧化成so3，在有水分的条件下形成硫酸而易被脱除。

从活性焦表面的扫描及元素分析来看。活性焦表面除了占绝大数比例的c元素之外，还存在不少其他元素，如o，s，cl等等。这些元素有可能是在活性炭表面活化过程中以基团或者其他形式存在于活性焦表面孔结构中的，其中o元素的含量较多，这是因为活性焦经过活化后大量o元素与表面c元素及其他元素形成了各种官能团，从后文分析可知，这些含氧官能团对so2的吸附氯化起到了关键作用。

采用浸渍法制备了改性活性焦吸附剂——ceo2／ac催化吸附剂，通过bet、xrd、sem等吸附剂表征，发现制备的吸附剂具有较大的比表面积，其中负载5％ceo2的活性焦表面负载的ce分散度较高，活性组分与载体之问相互作用较强。负载过程可以氧化ac表面，生成更多内醣和羰基官能团。改性后的活性焦即使在低浓度氧的情况下也能保有较高so2吸附效率。主要是因为ceo2有着很强的储存和释放o的能力。

本发明优选采用粒径为210~330μm的活性焦。

沸石是一种呈结晶阴离子型架状结构的多孔硅铝酸盐矿物质，其化学通式可以写作：m2/no·al2o3·xsio2·yh2o式中，m为沸石中的金属离子；n为金属离子的价数；x为sio2的摩尔数；y为结晶水的摩尔数。沸石的基本结构特征表现为三个部分：骨架结构、孔道体系、阳离子和水。

沸石晶体结构中存在大量空穴，空穴内分布着可移动的水分子和阳离子。这些阳离子使得沸石在溶液中很容易和外界阳离子进行离子交换，具有优良的离子交换性能。同时，其骨架也搭起了一个内部空旷、充满孔隙与相互联通的孔道与笼的结构，提供反应的场所以及分子传输的通道。沸石的微孔与一般物质的分子大小相当，由此形成了沸石的选择吸附特性，能将比孔径小的分子吸附到空穴内部，而把比孔径大的分子排斥在外面，起到筛分分子的作用，特别是人工制备的沸石，孔径均匀，筛分能力更强，所以沸石也被称做沸石分子筛。沸石孔穴中含有阳离子，骨架氧含有负电荷，这样在阳离子的周围形成强大的场，因此沸石不仅色散力很大，还有较大的静电力，两者加和产生了沸石的强吸附力。也正是由于这种静电力和沸石晶穴内部强大的库仑场和极性作用，处于分子筛孔穴中的被吸附分子受到孔壁四周叠加的相互作用力，使得沸石对极性、不饱和及易极化分子具有优先的强选择吸附作用。沸石吸附选择性的主要表现：根据分子大小和形状的不同选择吸附；根据分子极性、不饱和度和极化率的不同选择吸附。

此外，沸石还具有耐酸、耐高温、耐辐射等性能，这些物化性能赋予了沸石独特的环境属性，也奠定了它在环境治理方面的重要地位。因5a沸石具有吸附量大，穿透时间和吸附平衡时间长的特点，在本发明中，优选5a沸石，所述5a沸石的表面积优选不低于700m²/g，粒径为200~350um。

原状粉煤灰属于火山类物质，能发生火山类反应，其主要成份是sio2，al2o3，cao，fe2o3等。粉煤灰外观类似水泥，颜色在乳白色到灰黑色之间变化。粉煤灰的颜色是一项重要的质量指标，可以反映含碳量的多少和差异。在一定程度上也可以反映粉煤灰的细度，颜色越深粉煤灰粒度越细，含碳量越高。粉煤灰就有低钙粉煤灰和高钙粉煤灰之分。通常高钙粉煤灰的颜色偏黄,低钙粉煤灰的颜色偏灰。粉煤灰颗粒呈多孔型蜂窝状组织，比表面积较大，具有较高的吸附活性。

在本发明中，采用改性粉煤灰为原料，对二氧化硫有很好的吸附效果。改性方法为，取30g原状粉煤灰在850℃下加入6g的碳酸钠煅烧2h，投加10g氢氧化钙放入烧杯，再加入700ml蒸馏水，在70℃的恒温水浴锅中高速搅拌8h进行消化，最后过滤并在110℃下干燥备用。用这种碱溶——消化法制成的改性粉煤灰，提高了它的活性、增加了比表面积、使可溶出的硅铝含量增加等。其参数性能与原状粉煤灰、市售一级活性炭比较，改性粉煤灰的比表面积间于原状粉煤灰与市售活性炭，其真密度达到了1．67g／ml，而假密度却只有0．36g／ml，这充分说明了改性粉煤灰的内表面空隙率很高，空隙率达到78．22％，是一种良好的吸附剂。同时，改性后的粉煤灰主要是水合硅铝酸钙，其分子式为：(cao)x(sio2)y(h2o)z，(cao)x(al2o3)y(h2o)z和(cao)x(a12o3)y(sio2)z(h2o)w”这些化合物是多孔晶体且有较高的表面积。

本发明优选采用粒径为180~250μm的改性粉煤灰。

在本发明中，对于上述原料的来源和纯度没有特殊限制，优选为市售。原料粒度越细，越趋于均匀，成球性越好，球团强度越高。

在本发明中，对于上述原料的混合没有任何限制，可以为任何不会显著改变粉体粒径和粒度分布的低剪切混合器或搅拌器，优选可以为钝的叶轮叶片的搅拌器、滚筒式混合器、螺旋式搅拌器等。对于上述混合器和搅拌器的转速要视混合器的类型而定，对此不进行限制，优选为避免扬起粉尘。

与现有技术相比，本发明提供了一种除二氧化硫的球形滤料、和使用该原料的过滤盒、口鼻罩。在上述原料协同作用下，配合特定的球团成型工艺，本发明具有以下优点：（1）能耗低，吸附单位质量so2费用低，吸附效率符合环保要求；（2）工艺过程简单，易于操作；（3）将多种吸附材料实现功能复合，空气经过本发明所述的球形滤料后，so2都降到极低水平。（4）本专利发明的球形滤料构成的口鼻罩在高效过滤二氧化硫的同时，降低了呼吸阻力，使使用者感到舒适。

在本发明中，所有的原料，包括高岭土粉、活性焦、5a沸石和改性粉煤灰粉，均为无毒无害、与环境友好的矿物质材料，制成的球形滤料达到使用寿命后即可丢弃，有效防止了对环境造成的二次污染。

本发明提供了一种过滤盒，过滤盒内填充由上述技术方案所述的除二氧化硫的球形滤料。

本发明提供了一种口鼻罩，由上述技术方案所述的过滤盒构成。

本发明一较佳实施所述的一种用于除二氧化硫的口鼻罩，包括口鼻罩面罩主体，过滤盒，进出气孔，鼻梁夹，弹性耳带。所述面罩主体可折叠，过滤盒安装在面罩主体开孔处，所述过滤盒由上下零部件组成，所述上下零部件通过内螺纹外螺纹连接，连接后，上下零部件的外边缘可将过滤盒固定面罩主体。所述上零件的内腔填充本发明中吸附二氧化硫的球形滤料，上零部件的上下表面有进出气孔。所述鼻梁夹为可调节设计，确保与面部贴合。所述弹力耳带为棉质高回弹力头带，长时间佩戴舒适感好。该口鼻罩能高效去除二氧化硫，且呼吸阻力小，进出气顺畅，佩戴更舒适。

附图说明

图1是本发明口鼻罩的结构示意图。

图2是本发明过滤盒的结构示意图。

图3是本发明过滤盒的上零件的结构示意图。

图4是本发明过滤盒的下零件的结构示意图。

具体实施方式

为了进一步说明本发明，以下结合相关附图和实施例对本发明提供的一种用于除二氧化硫的球形滤料的制备方法、和使用该球形滤料的口鼻罩进行详细描述。

参见图1、图2、图3和图4，本发明一较佳实施所述的一种用于除二氧化硫的口鼻罩，包括口鼻罩面罩主体1，过滤盒2，进出气孔3，鼻梁夹4，弹性耳带5。所述面罩主体1可折叠，过滤盒5安装在面罩主体1开孔处，所述过滤盒5由上下零部件组成，所述上下零部件通过内螺纹6外螺纹7连接，连接后，上下零部件的外边缘可将过滤盒固定面罩主体1。所述上零件的内腔填充本发明中吸附二氧化硫的球形滤料8，上零部件的上下表面有进出气孔3。所述鼻梁夹4为可调节设计，确保与面部贴合。所述弹力耳带5为棉质高回弹力头带，长时间佩戴舒适感好。该口鼻罩能高效防护二氧化硫，且呼吸阻力小，进出气顺畅，佩戴更舒适。

实施例1

高岭土粉（300目）90g活性焦（230目）110g5a沸石（210目）150g改性粉煤灰（190目）80g其制备方法如下：

按配方量称取各原料，混合搅拌均匀之后，在自动喷雾器加水湿润的条件下，加水量总量占粉状物料的重量百分比为26%，通过造球机滚成球，在130℃下烧制3小时后，即成为多孔球形滤料，将滤料填充在过滤盒，作为口鼻罩的过滤元件，组装成口鼻罩。

实施例2

高岭土粉（340目）130g活性焦（270目）130g5a沸石（260目）230g改性粉煤灰（210目）100g其制备方法如下：

按配方量称取各原料，混合搅拌均匀之后，在自动喷雾器加水湿润的条件下，加水量总量占粉状物料的重量百分比为50%，通过造球机滚成球，在180℃下烧制2.5小时后，即成为多孔球形滤料，将滤料填充在过滤盒，作为口鼻罩的过滤元件，组装成口鼻罩。

实施例3

高岭土粉（350目）180g活性焦（300目）160g5a沸石（320目）320g改性粉煤灰（230目）140g其制备方法如下：

按配方量称取各原料，混合搅拌均匀之后，在自动喷雾器加水湿润的条件下，加水量总量占粉状物料的重量百分比为35%，通过造球机滚成球，在240℃下烧制2小时后，即成为多孔球形滤料，将滤料填充在过滤盒，作为口鼻罩的过滤元件，组装成口鼻罩。

表1使用本发明的口鼻罩处理前后二氧化硫，单位：ppm。

从表1可以看出，使用本发明的球形滤料的口鼻罩对去除空气中so2有很好的效果。

以上对本发明所提供的一种用于除二氧化硫的球形滤料、及使用该球形滤料的口鼻罩以及制备方法进行了介绍。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。