一种腐蚀气氛吸收材料、制备方法及其应用与流程

1.本发明涉及包装箱内腐蚀气氛处理技术，具体涉及一种腐蚀气氛吸收材料、制备方法及其应用。


背景技术：

2.武器装备、电子元器件等含金属材料的产品通常都会置于包装箱内进行贮存、运输甚至使用，特别是在贮存过程中，包装箱内的产品易受水蒸气和腐蚀气氛(so2、nox、hcl、h2s等)的协同作用而产生不可逆的腐蚀性破坏，尽管包装箱内的腐蚀气氛浓度较低，但其属于产品腐蚀性破坏的关键因素。目前，绝大多数场合都是在包装箱内放置干燥剂来防止产品腐蚀损坏，通过吸附包装箱内的水蒸气来减缓腐蚀，很少有通过吸附腐蚀气氛来防止产品腐蚀损坏的材料。
3.现有关于腐蚀气氛吸附相关的技术主要是空气治理/处理领域的污染气体处理，如活性炭纤维吸附材料，负载了光触媒的硅酸盐或硅基吸附材料、硅藻土、胶凝材料、无机填料、无机环保颜料、无机骨架材料。然而，现有这些材料主要是将待处理区域的高浓度有害气体、粉尘进行达标处理，如常规活性炭纤维吸附材料对腐蚀气氛的吸附容量较低(例如，对so2、no2、no的吸附容量通常不超过65mg/g)，并不适用于在包装箱内吸附腐蚀气氛。
4.研究表明，将含有聚乙烯醇、钠石灰、黏合剂、水等物质的吸附材料应用于密闭空间中能够对比较典型的有害气体起到较好的吸附作用，平均吸附能力达到97.1％。但是，将该材料用于贮存武器、弹药的包装箱内时，还存在危险系数大的问题，安全性差。


技术实现要素：

5.针对背景技术中提到的技术问题，本发明目的在于提供一种对腐蚀气氛的吸附容量高且安全性好的腐蚀气氛吸收材料，并提供了该材料的制备方法和应用。
6.本发明采用的技术方案如下。
7.一种腐蚀气氛吸收材料，它是由活性炭纤维经双氧水、硝酸盐溶液浸渍处理后再烘干焙烧制得，其中，活性炭纤维由粘胶基活性炭纤维、pan基活性炭纤维、酚醛树脂基活性炭纤维、沥青基活性炭纤维中的一种或多种组合而成，双氧水溶液浓度为10wt％～35wt％，硝酸盐溶液中的金属离子浓度为5wt％～25wt％。
8.作为优选，所述硝酸盐溶液由按照重量份比计的硝酸铜0.5份～10份和硝酸铁0.5份～10份混合而成。
9.作为更优选，所述活性炭纤维由按照重量份比计的粘胶基活性炭纤维1份、pan基活性炭纤维1份、酚醛树脂基活性炭纤维1份和沥青基活性炭纤维1份组合而成。
10.作为更优选，所述双氧水溶液浓度为30wt％，所述硝酸盐溶液中的金属离子浓度为10wt％，所述硝酸盐溶液由按照重量份比计的硝酸铜1份和硝酸铁1份混合而成。
11.前述腐蚀气氛吸收材料的制备方法，步骤包括：步骤1，先将粘胶基活性炭纤维、pan基活性炭纤维、酚醛树脂基活性炭纤维、沥青
基活性炭纤维分别置于100℃沸水中煮0.45-0.55h，然后将各活性炭纤维置于100℃的真空干燥箱内干燥12
±
1h，再自然冷却备用；步骤2，经步骤1处理后的活性炭纤维按前述比例组合后置于双氧水溶液中浸渍24
±
1h，浸渍过程中进行超声处理30
±
5min，浸渍结束后过滤并用蒸馏水冲洗；步骤3，将经步骤2处理后的活性炭纤维置于硝酸盐溶液中浸渍24
±
1h，浸渍过程中进行超声处理30
±
5min，浸渍结束后过滤并收取纤维材料；步骤4，将所得纤维材料先置于50
±
5℃的氛围中干燥6h，然后置于100
±
5℃的氛围中干燥6h，最后置于温度为250
±
5℃的氮气气氛中焙烧2
±
0.2h，得腐蚀气氛吸收材料。
12.作为优选，每10g活性炭纤维至少配置200ml浸渍液。
13.进一步地，组合活性炭纤维时，面层采用粘胶基活性炭纤维，其余层自上往下为pan基活性炭纤维、酚醛树脂基活性炭纤维、沥青基活性炭纤维，每层活性炭纤维在自由状态下的厚度不超过15mm。
14.本发明制得的腐蚀气氛吸收材料的应用，将所述腐蚀气氛吸收材料放置在包装箱内。
15.作为优选应用，所述包装箱的规格为，所述包装箱内的腐蚀气氛不高于20ppm。
16.作为优选应用，所述腐蚀气氛吸收材料贴壁设置在贮存易燃易爆品的包装箱内壁。
17.有益效果：本发明制得的腐蚀气氛吸收材料对多种腐蚀气氛都具有较高的吸附容量，其对so2、no2、no、hcl、h2s的吸附容量分别能够达到110mg/g、153mg/g、128mg/g、215mg/g、210mg/g，远高于现有常规活性炭纤维吸附材料的吸附容量；本发明制得的腐蚀气氛吸收材料能够有效吸收浓度在10ppm以内的腐蚀气氛，尤其适用于在包装箱内吸附腐蚀气氛，不仅安全性好，而且腐蚀气氛吸收效果好。
附图说明
18.图1是实施例中活性炭纤维表面形貌图，其中，图中的形貌图(a)为粘胶基活性炭纤维形貌，形貌图(b)为实施例3中制备的腐蚀气氛吸收材料(粘胶基活性炭纤维)形貌图；图2-4分别是实施例1、实施例2、实施例3中腐蚀气氛吸收材料的吸附曲线图；图5是实施例1-3对应的包装箱内腐蚀气氛浓度变化情况。
具体实施方式
19.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但以下实施例的说明只是用于帮助理解本发明的原理及其核心思想，并非对本发明保护范围的限定。应当指出，对于本技术领域普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，针对本发明进行的改进也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明中，粘胶基活性炭纤维(购自江苏苏通碳纤维有限公司，sft-1300)、pan基活性炭纤维(购自南通森友炭纤维有限公司，sy-acf-1001)、酚醛树脂基活性炭纤维(南通金恒环保科技有限公司(定制)，总孔容1.25(ml.g-1
)，总比表面积1200m2.g-1
，平均孔径15-20nm)，沥青基活性炭纤维(自制)，各活性炭纤维厚度均为10mm；沥青基活性炭纤维制备工艺：将沥青纤维布经蒸馏水清洗后在丙酮中浸泡5小时后晾干；将沥青纤维布置于200℃的氧气环境中，并升温至400℃保持4小时后取出冷却，将冷却的沥青纤
维布放入磷酸盐溶液浸渍7小时，对磷酸盐溶液加热到120～125℃的温度保持3h后取出沥青纤维布烘干将沥青纤维布送入通有氮气的碳化设备，升温至810
±
5℃后通二氧化碳，然后停止通二氧化碳，通水蒸气并升温至900
±
5℃；停止加热，自然冷却后取出进行风冷后水洗至中性并烘干，切成所需规格。实施例1
20.一种腐蚀气氛吸收材料，由活性炭纤维经双氧水、硝酸铜溶液浸渍处理后再烘干焙烧制得，其中，活性炭纤维采用粘胶基活性炭纤维，双氧水溶液浓度为10wt％，硝酸铜溶液中的金属离子浓度为5wt％。
21.本实施例中腐蚀气氛吸收材料的制备方法，步骤包括：步骤1，先将粘胶基活性炭纤维(其形貌图如图1中的(a)部分所示)置于100℃沸水中煮0.5h，然后将各活性炭纤维置于100℃的真空干燥箱内干燥12h，再自然冷却备用；步骤2，经步骤1处理后的粘胶基活性炭纤维置于双氧水溶液中浸渍24h，浸渍过程中进行超声处理30min，浸渍结束后过滤并用蒸馏水冲洗；步骤3，将经步骤2处理后的活性炭纤维置于硝酸铜溶液中浸渍24h，浸渍过程中进行超声处理30min，浸渍结束后过滤并收取纤维材料；步骤4，将所得纤维材料先置于50℃的氛围中干燥6h，然后置于100℃的氛围中干燥6h，最后置于温度为250℃的氮气气氛中焙烧2h，得腐蚀气氛吸收材料。实施例2
22.一种腐蚀气氛吸收材料，它是由活性炭纤维经双氧水、硝酸铜溶液浸渍处理后再烘干焙烧制得，其中，活性炭纤维由1份粘胶基活性炭纤维、1份pan基活性炭纤维、1份酚醛树脂基活性炭纤维、1份沥青基活性炭纤维组合而成，双氧水溶液浓度为10wt％，硝酸铜溶液中的金属离子浓度为10wt％。
23.本实施例中腐蚀气氛吸收材料的制备方法，步骤包括：步骤1，先将1份粘胶基活性炭纤维、1份pan基活性炭纤维、1份酚醛树脂基活性炭纤维、1份沥青基活性炭纤维分别置于100℃沸水中煮0.5h，然后将各活性炭纤维置于100℃的真空干燥箱内干燥12h，再自然冷却备用；步骤2，经步骤1处理后的活性炭纤维置于双氧水溶液中浸渍24h，浸渍过程中进行超声处理30min，浸渍结束后过滤并用蒸馏水冲洗；步骤3，将经步骤2处理后的活性炭纤维置于硝酸铜溶液中浸渍24h，浸渍过程中进行超声处理30min，浸渍结束后过滤并收取纤维材料；步骤4，将所得纤维材料先置于50℃的氛围中干燥6h，然后置于100℃的氛围中干燥6h，最后置于温度为250℃的氮气气氛中焙烧2h，得腐蚀气氛吸收材料。实施例3
24.一种腐蚀气氛吸收材料，它是由活性炭纤维经双氧水、硝酸盐溶液浸渍处理后再烘干焙烧制得，其中，活性炭纤维由1份粘胶基活性炭纤维、1份pan基活性炭纤维、1份酚醛树脂基活性炭纤维、1份沥青基活性炭纤维组合而成，双氧水溶液浓度为30wt％，硝酸盐溶液中的金属离子浓度为10wt％，硝酸盐溶液由按照重量份比计的硝酸铜1份和硝酸铁1份混合而成。
25.本实施例中腐蚀气氛吸收材料的制备方法，步骤包括：
步骤1，先将1份粘胶基活性炭纤维、1份pan基活性炭纤维、1份酚醛树脂基活性炭纤维、1份沥青基活性炭纤维分别置于100℃沸水中煮0.5h，然后将各活性炭纤维置于100℃的真空干燥箱内干燥12h，再自然冷却备用；步骤2，经步骤1处理后的活性炭纤维置于双氧水溶液中浸渍24h，浸渍过程中进行超声处理30min，浸渍结束后过滤并用蒸馏水冲洗；步骤3，将经步骤2处理后的活性炭纤维置于硝酸盐溶液中浸渍24h，浸渍过程中进行超声处理30min，浸渍结束后过滤并收取纤维材料；步骤4，将所得纤维材料先置于50℃的氛围中干燥6h，然后置于100℃的氛围中干燥6h，最后置于温度为250℃的氮气气氛中焙烧2h，得腐蚀气氛吸收材料，该腐蚀气氛吸收材料的形貌如图1中的(b)部分所示，每根粘胶基活性炭纤维上可见明显的条形槽。对比实施例1
26.一种腐蚀气氛吸收材料，直接采用市售的粘胶基活性炭纤维。对比实施例2
27.一种腐蚀气氛吸收材料，直接采用市售的粘沥青基活性炭纤维。
28.对各实施例中制得的腐蚀气氛吸收材料取样，并进行吸附容量测试，测试结果见表1和图2至图5。其中，实施例1、对比实施例1和对比实施例2中的腐蚀气氛吸收材料试样均为50mm(长)*50mm(宽)*10mm(厚)的四层相同材料叠放结构，即采用四层活性炭纤维叠放成试样，实施例2和实施例3中的腐蚀气氛吸收材料试样均为四层不同材料叠放结构，面层采用粘胶基活性炭纤维，其余层自上往下依序为pan基活性炭纤维、酚醛树脂基活性炭纤维、沥青基活性炭纤维，每层活性炭纤维的规格为50mm(长)*50mm(宽)*10mm(厚)。
29.so2、no
x
吸附性能计算方法：(1)配浓度约1000ppm的二氧化硫/二氧化氮/一氧化氦气氛，测试并记录初始浓度为c，关闭气阀；(2)实时调节使反应容器内气压、温度、湿度分别为标准大气压、25℃、40％rh；(3)试验前对吸附材料试样进行称重，记为m(精确至0.001g)，然后放置于吸附柱内(备注:此操作过程中，试样不允许长时间接触空气)；(4)打开气阀，测量出口气体浓度，每分钟记录一次气氛浓度c1、c2……cn
；(5)当出口腐蚀气氛浓度与入口腐蚀气氛浓度相同时，测试停止并按如下公式计算吸附容量；式中，q为气体吸附容量，单位mg/g；c为吸附气体的实时浓度，单位ppm；q为气体流量，单位ml/min，m为吸附气体相对分子质量，单位g/mol；v为标准状态摩尔体积，22.4ml/mol；m
acf
为活性炭纤维质量，单位g；t为吸附时间，min。
30.hc1、h2s吸附性能计算方法：(1)试验前对吸附材料试样进行称重，记为m1(精确至0.001g)，然后放置于吸附柱内(备注:此操作过程中，试样不允许长时间接触空气)；(2)打开气阀，通入浓度约1000ppm的h2s/hc1气氛，测试12小时停止试验，再对吸
附材料试样进行称重，记为m2，并按如下公式计算吸附容量；式中，q为气体吸附容量，单位mg/g；m1为试验前干燥的吸附材料试样质量，单位g；m2为吸附腐蚀气氛后的吸附材料试样质量，单位g。表1腐蚀气氛吸附容量检测结果
31.可见，实施例制得的腐蚀气氛吸收材料吸附容量高，其对so2、no2、no、hcl、h2s的吸附容量分别能够达到110mg/g、153mg/g、128mg/g、215mg/g、210mg/g，远高于现有常规活性炭纤维吸附材料的吸附容量。
32.对实施例1-3中制得的腐蚀气氛吸收材料取样，并进行吸附容量测试。其中，实施例1中腐蚀气氛吸收材料试样均为50mm(长)*50mm(宽)*10mm(厚)的四层相同材料叠放结构，实施例2和实施例3中腐蚀气氛吸收材料试样均为四层不同材料叠放结构，面层采用粘胶基活性炭纤维，其余层自上往下依序为pan基活性炭纤维、酚醛树脂基活性炭纤维、沥青基活性炭纤维，每层活性炭纤维的规格为50mm(长)*50mm(宽)*10mm(厚)。所得腐蚀气氛吸收材料试样取100
±
0.3g，分别贴放在带有检测传感器的某型包装箱(外形尺寸：2100mm
×
900mm
×
750mm)内壁，密封好包装箱后往包装箱内通入设定量的试验气体，并定时记录腐蚀气氛浓度，结果见图1。结果表明，制得的腐蚀气氛吸收材料能够有效吸收浓度在10ppm以内的腐蚀气氛，尤其适用于在包装箱内吸附腐蚀气氛，不仅安全性好，而且腐蚀气氛吸收效果好。