一种废气吸附材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及吸附材料，具体涉及一种废气吸附材料及其制备方法。


背景技术：

2.随着国家对污染管控的越来越严，vocs排放监管也越来越规范。低浓度、大风量vocs的排放列入监管处理的范围。vocs是一种有机挥发化合物，在石油化工、制药、印刷、喷涂等行业的生产过程中会被大量地排放。vocs不仅污染空气，而且危害身体健康。吸附法是工业中处理vocs中常用的一种技术，固体吸附剂最为常见。分子筛是很好的固体吸附剂，高硅铝比的zsm
‑
5沸石分子筛具有疏水性好，水热稳定性高，比表面积高和耐高温等特点，它常作为一种处理vocs的吸附剂。
3.在工业应用中，分子筛处理有机挥发污染物也存在一定不足。在工程应用中，常将粉末状的分子筛负载于一载体上制成吸附材料，但是由于分子筛与载体之间粘结力的问题，使其在吸附脱附过程中分子筛的丢失大，寿命大大减少。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种废气吸附材料及其制备方法和应用。
5.本发明的技术解决方案如下：
6.一种废气吸附材料，包括以下原料：分子筛、润滑剂、粘结剂、溶剂和载体，其中，所述载体至少包括基体材料，所述基体材料通过溶液a使其表面带上正电荷。
7.优选地，所述溶液a为阳离子表面活性剂溶液。
8.优选地，所述润滑剂为乳酸。
9.优选地，所述分子筛、润滑剂、粘结剂、溶剂和载体的质量比为1:0.01
‑
0.5:1
‑
4：1
‑
10：0.03
‑
0.2。
10.优选地，所述粘结剂为无机粘结剂。
11.本发明还提供了一种废气吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
12.步骤一：将分子筛、润滑剂与粘结剂先进行混合，再加入溶剂，搅拌均匀，得到混合浆料；
13.步骤二：取阳离子表面活性剂配制成溶液a，将基体材料加入溶液a中浸渍，取出，得到基体材料前驱体；
14.步骤三：将步骤二中的基体材料前驱体浸渍于步骤一中的混合浆料中，使基体材料表面负载混合浆料，制得吸附体；
15.步骤四：对步骤三中的吸附体进行重复涂覆和干燥，得到吸附材料。
16.优选地，所述步骤一中，在将分子筛、润滑剂与粘结剂混合之前包括对分子筛进行活化处理，具体为对分子筛进行加热处理，加热温度控制在440
±
10℃，时间不少于12小时。
17.优选地，所述步骤二中，基体材料在溶液a中浸渍之前，还包括附加步骤，具体为将
基体材料放在酸溶液中腐蚀使其表面出现腐蚀纹路。
18.优选地，所述步骤二和/或步骤三中的浸渍采用超声浸渍。
19.优选地，所述步骤四中，以1
‑
2℃/min的升温速率升温干燥4
‑
5h。
20.本发明至少具有以下有益效果之一：
21.本发明的一种废气吸附材料，由于分子筛是一类具有多孔性的铝硅酸钠盐.分子筛晶体中的骨架是由sio4四面体和alo4四面体通过顶角的氧原子连接而成的，alo4四面体带一个单位负电荷，可知，分子筛表面带负电荷，通过在基体材料表面带上正电荷，在两者混合时，异性电荷的吸附力使其结合更加牢固；同时结合在基体材料表面腐蚀纹路，增大摩擦力，使得粘结剂附着力更强，再结合上述的电性吸附力，分子筛能够更加牢固地附着在基体材料上，从而使得吸附材料的寿命延长，经得起多次脱附再生，利用率更高，另外，通过加入的润滑剂，使得其制得吸附材料在后续加工时更加方便，减少加工产生的裂纹。
具体实施方式
22.本发明公开一种废气吸附材料，包括以下原料：分子筛、润滑剂、粘结剂、溶剂和载体，其中，所述载体至少包括基体材料，所述基体材料通过溶液a使其表面带上正电荷，由于分子筛是一类具有多孔性的铝硅酸钠盐.分子筛晶体中的骨架是由sio4四面体和alo4四面体通过顶角的氧原子连接而成的，alo4四面体带一个单位负电荷，可知，分子筛表面带负电荷，通过在基体材料表面带上正电荷，在两者混合时，异性电荷的吸附力使其结合更加牢固。具体地，所述基体材料为不锈钢基体或基体材料，基体材料可以为有机非金属材料。
23.优选地，所述溶液a为阳离子表面活性剂溶液，由于阳离子表面活性剂在水溶液中电离时生成的表面活性离子带正电荷，从而使得基体材料表面带上正电荷，具体地，阳离子表面活性剂采用聚丙烯酰胺，也可以是选自从十四烷基到二十烷基疏水链的三头季胺盐阳离子，但并不局限于此。
24.优选地，所述润滑剂为乳酸。
25.优选地，所述分子筛、润滑剂、粘结剂、溶剂和载体的质量比为1:0.01
‑
0.5:1
‑
4：1
‑
10：0.03
‑
0.2。
26.优选地，所述粘结剂为无机粘结剂，所述无机粘结剂为凹凸棒土、高岭土和碱性硅溶胶中的一种或几种；也不局限于无机粘结剂，如采用有机胶黏剂中的羟丙基甲基纤维素。
27.本发明还提供了一种废气吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
28.步骤一：将分子筛、润滑剂与粘结剂先进行混合，再加入溶剂，搅拌均匀，得到混合浆料；
29.步骤二：取阳离子表面活性剂配制成溶液a，将基体材料加入溶液a中浸渍，取出，得到基体材料前驱体；
30.步骤三：将步骤二中的基体材料前驱体浸渍于步骤一中的混合浆料中，使基体材料表面负载混合浆料，制得吸附体；
31.步骤四：对步骤三中的吸附体进行重复涂覆和干燥，得到吸附材料。
32.优选地，所述步骤一中，在将分子筛、润滑剂与粘结剂混合之前包括对分子筛进行活化处理，具体为对分子筛进行加热处理，加热温度控制在440
±
10℃，时间不少于12小时。
33.优选地，所述步骤二中，基体材料在溶液a中浸渍之前，还包括附加步骤，具体为将
基体材料放在酸溶液中腐蚀使其表面出现腐蚀纹路，增大摩擦力，使得粘结剂附着力更强，再结合上述的电性吸附力，分子筛能够更加牢固地附着在基体材料上，从而使得吸附材料的寿命延长，经得起多次脱附再生，利用率更高。
34.优选地，所述步骤二和/或步骤三中的浸渍采用超声浸渍，浸渍更加充分均匀。
35.优选地，所述步骤四中，以1
‑
2℃/min的升温速率升温干燥4
‑
5h。
36.以下对上述技术方案作进一步说明。
37.以下实施例中分子筛采用zsm
‑
5分子筛，其具体为沸石分子筛。
38.实施例1
39.一种废气吸附材料，包括以下原料：1份分子筛、0.01份润滑剂、1份粘结剂、3份溶剂和0.05份载体，其中，所述载体为基体材料，具体为硅橡胶基体，所述基体材料通过溶液a使其表面带上正电荷，所述溶液a为阳离子表面活性剂溶液，具体是十六烷基三甲基溴化铵。所述润滑剂为乳酸。所述粘结剂为丙烯酸树脂，溶剂采用乙醇溶液。
40.上述吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
41.步骤一：将分子筛、润滑剂与粘结剂先进行混合，再加入溶剂，搅拌均匀，得到混合浆料；
42.步骤二：取阳离子表面活性剂配制成溶液a，将基体材料加入溶液a中超声浸渍3h，取出，得到基体材料前驱体；
43.步骤三：将步骤二中的基体材料前驱体超声浸渍于步骤一中的混合浆料中，浸渍3h，使基体材料表面负载混合浆料，制得吸附体；
44.步骤四：对步骤三中的吸附体进行重复涂覆和干燥，得到吸附材料，以1℃/min的升温速率升温至105℃，干燥4h。
45.实施例2
46.一种废气吸附材料，包括以下原料：1份分子筛、0.2份润滑剂、2份粘结剂、3份溶剂和0.06份载体，其中，所述载体为基体材料，具体为不锈钢球基体，所述基体材料通过溶液a使其表面带上正电荷，所述溶液a为阳离子表面活性剂溶液，具体是四正丁基溴化铵。所述润滑剂为乳酸。所述粘结剂为丙烯酸树脂，溶剂采用乙醇溶液。
47.上述吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
48.步骤一：将分子筛、润滑剂与粘结剂先进行混合，再加入溶剂，搅拌均匀，得到混合浆料；
49.步骤二：取阳离子表面活性剂配制成溶液a，将基体材料加入溶液a中超声浸渍3h，取出，得到基体材料前驱体；
50.步骤三：将步骤二中的基体材料前驱体超声浸渍于步骤一中的混合浆料中，浸渍3h，使基体材料表面负载混合浆料，制得吸附体；
51.步骤四：对步骤三中的吸附体进行重复涂覆和干燥，得到吸附材料，以1℃/min的升温速率升温至95℃，干燥1h。
52.实施例3
53.一种废气吸附材料，包括以下原料：1份分子筛、0.5份润滑剂、3份粘结剂、9份溶剂和0.2份载体，其中，所述载体为基体材料，具体为不锈钢球，所述基体材料通过溶液a使其表面带上正电荷，所述溶液a为阳离子表面活性剂溶液，具体是四正丁基溴化铵。所述润滑
剂为乳酸。所述粘结剂为丙烯酸树脂。
54.上述吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
55.步骤一：将分子筛、润滑剂与粘结剂先进行混合，再加入溶剂，搅拌均匀，得到混合浆料；
56.步骤二：取阳离子表面活性剂配制成溶液a，将基体材料加入溶液a中超声浸渍3h，取出，得到基体材料前驱体；
57.步骤三：将步骤二中的基体材料前驱体超声浸渍于步骤一中的混合浆料中，浸渍3h，使基体材料表面负载混合浆料，制得吸附体；
58.步骤四：对步骤三中的吸附体进行重复涂覆和干燥，得到吸附材料，以1℃/min的升温速率升温至102℃，焙烧1.5h。
59.实施例4
60.本实施例是在实施例2的基础上进行的变化，具体是所述步骤二中，基体材料在溶液a中浸渍之前，还包括附加步骤，具体为将基体材料放在浓度为1mol/l的盐酸溶液中腐蚀20min，使其表面出现腐蚀纹路。
61.实施例5
62.本实施例是在实施例2的基础上进行的变化，具体是所述步骤一中，在将分子筛、润滑剂与粘结剂混合之前包括对分子筛进行活化处理，具体为对分子筛进行加热处理，加热温度控制在440
±
10℃，时间为14小时。
63.对比例1(无润滑剂)
64.一种废气吸附材料，包括以下原料：1份分子筛、2份粘结剂、3份溶剂和0.06份载体，其中，所述载体为基体材料，具体为，硅橡胶基体，所述基体材料通过溶液a使其表面带上正电荷，所述溶液a为阳离子表面活性剂溶液，具体是四正丁基溴化铵。所述润滑剂为乳酸。分子筛、润滑剂、粘结剂、溶剂和载体的质量比为1：0.01：1：3：0.05。所述粘结剂为丙烯酸树脂。
65.上述吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
66.步骤一：将分子筛与粘结剂的混合物中加入溶剂，搅拌均匀，得到混合浆料；
67.步骤二：取阳离子表面活性剂配制成溶液a，将基体材料加入溶液a中超声浸渍3h，取出，得到基体材料前驱体；
68.步骤三：将步骤二中的基体材料前驱体超声浸渍于步骤一中的混合浆料中，浸渍3h，使基体材料表面负载混合浆料，制得吸附体；
69.步骤四：对步骤三中的吸附体进行重复涂覆和干燥，得到吸附材料，以1℃/min的升温速率升温至100℃，干燥4h。
70.对比例2(无溶液a)
71.一种废气吸附材料，包括以下原料：1份分子筛、0.2份润滑剂、2份粘结剂、3份溶剂和0.06份载体，其中，所述载体为基体材料，所述润滑剂为乳酸，所述粘结剂为丙烯酸树脂。
72.上述吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
73.步骤一：将分子筛、润滑剂与粘结剂的混合物中加入溶剂，搅拌均匀，得到混合浆料；
74.步骤二：将基体材料超声浸渍于步骤一中的混合浆料中，浸渍3h，使基体材料表面
负载混合浆料，制得吸附体；
75.步骤三：对吸附体进行重复涂覆和干燥，得到吸附材料，以1℃/min的升温速率升温至100℃，干燥2h。
76.对上述实施例和对比例进行有机气体(正十五烷气体)进行首次吸附量测试以及吸附脱附100次后在对其进行有机气体吸附量测试，测试值见表1。对吸附材料进行切割断面，观察其切割边界情况。
77.吸附性能评价：各取100g实施例和对比例制备的吸附材料放入50ml烧杯中，在水浴温度为25℃的条件下置于气体发生器中静态吸附有机气体(正十五烷气体)；待吸附饱和后称重，测试其首次吸附容量。
78.脱附性能：将吸附饱和后的吸附材料放入真空烘箱中，先在真空度不低于95kpa条件下的脱附1小时，然后将烘箱温度调到70℃，再进行加热及真空下脱附2小时。最后，将烘箱温度调到室温，吸附材料冷却后，将烘箱压力升到常压，称重吸附材料，循环进行脱吸附100次后的吸附材料的吸附容量。
79.吸附材料的吸附容量(qe)由下式计算：
80.qe＝(m2
‑
m1)/m1
81.其中：qe为单位质量吸附材料所吸附的油气质量，g/g；m1为吸附前吸附材料质量(g)；m2为吸附饱和后吸附材料质量(g)。
82.表1实施例和对比例的性能测试值
[0083][0084]
从上表可以看出，实施例和对比例首次吸附量差异较小，但是经吸
‑
脱附100次后的实施例对正十五烷的吸附量优于对比例，尤其是对比例2，主要存在的原因可能是实施例通过在基体材料表面带上正电荷，在两者混合时，异性电荷的吸附力使其结合更加牢固；同时结合在基体材料表面腐蚀纹路，增大摩擦力，使得粘结剂附着力更强，再结合上述的电性吸附力，分子筛能够更加牢固地附着在基体材料上，从而使得吸附材料的寿命延长，经得起多次脱附再生，利用率更高。另对比例1的分析，还可以知道，实施例中添加的润滑剂，便于其在后续对吸附材料进行加工，边界处无裂纹，残次品较少。
[0085]
在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，
“‑”
和“～”表示的是两个数值之同的
范围，并且该范围包括端点。例如：“a
‑
b”表示大于或等于a，且小于或等于b的范围。“a～b”表示大于或等于a，且小于或等于b的范围。
[0086]
在本发明的实施例的描述中，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0087]
以上所述仅为本发明的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。