一种硅改性凹凸棒粘土/瓦楞玻纤的复合材料及其制备方法与应用与流程

1.本发明涉及工业烟气净化领域，尤其涉及一种硅改性凹凸棒粘土 /瓦楞玻纤的复合材料及其制备方法与应用。


背景技术：

2.挥发性有机物(vocs)作为pm2.5和o3共同的关键前体物，其排放量的控制将有利于减少灰霾和光化学烟雾污染事件， vocs排放源非常复杂，涵盖了交通、工业、生活和农业四大类。据统计，化工、涂装、石化和印刷等工业源vocs排放最多，占总量的43％，其中低浓度vocs约占工业源vocs排放总量的50％。因此，如何有效控制低浓度vocs的排放是当前大气污染治理的关键。
3.吸附法、生物法、低温等离子体和光催化氧化适合处理低浓度 vocs废气，其中吸附法是最为经典和常用的气体净化技术，具有工艺成熟、易于操作、能耗低、成本低廉、去除率高等优点，是目前工业vocs治理的主流技术之一。常见的吸附材料主要为活性炭、分子筛等多孔材料。但工业vocs 废气呈现出大风量、高湿度、含高沸点有机物等特征，使用传统活性炭存在高背压、脱附温度超过120℃易自燃且不耐湿等问题，同时分子筛制备条件苛刻、价格昂贵，一般企业难以承受其过高的使用成本。
4.凹凸棒石是一种天然的一维纳米级含水富镁铝硅酸盐黏土矿物，发达的孔道结构，内外比表面积大，使其具有特殊的吸附性能，广泛应用于大气污染治理、水污染治理以及土壤修复等领域，是理想的环保材料。现有技术中，常将凹凸棒石作为粘结剂制备挤出式分子筛条、蜂窝陶瓷吸附剂等，如吴隆有等报道了将凹凸棒土和zsm-5分子筛原粉等混合制备苯系vocs气体吸附剂[cn202011129360.3]，陈新德等将凹凸棒石与生物炭复合制备了对vocs有机废气、高cod的有机废水、重金属废水均具有较好吸附效果的吸附剂[cn202210266518.4]，但这些材料依然难以同时满足大风量、低浓度、高湿度、含高沸点有机物等vocs废气的净化要求，急需进一步开发低廉、耐湿、抗风压的凹凸棒石吸附材料。


技术实现要素：

[0005]
本发明的一种硅改性凹凸棒粘土/瓦楞玻纤的复合材料及其制备方法与应用，用于解决背景技术中vocs吸附材料难以同时满足在大风量、低浓度、高湿度等场景下对vocs废气净化的技术问题。
[0006]
本发明提供的技术方案如下：一种复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]
s1、取凹凸棒粘土粉末放入马弗炉中进行焙烧；
[0008]
s2、取聚二甲基硅氧烷分散至分析纯为99.0％的氯仿溶液中，得到聚二甲基硅氧烷溶液；
[0009]
s3、取s1中焙烧后的凹凸棒粘土粉末加入到s2中得到的聚二甲基硅氧烷溶液中，常温下持续搅拌，得到混合液a；
[0010]
s4、取s3中的混合液a进行抽滤，并将获取的滤饼样品放入坩埚中焙烧，得到改性凹凸棒粘土；
[0011]
s5、取s4中得到的改性凹凸棒粘土超声分散于硅溶胶中，得到混合硅溶胶；
[0012]
s6、取瓦楞玻璃纤维纸胚体放入s5中的混合硅溶胶中，完全浸润后取出，并烘干后进行焙烧，得到复合材料。
[0013]
进一步的，步骤s1中马弗炉的升温速率为1～10℃/min，焙烧温度为300～500℃，时间为1-10h。
[0014]
进一步的，步骤s2中聚二甲基硅氧烷溶液中聚二甲基硅氧烷的浓度值为0.001～0.01g/ml。
[0015]
进一步的，步骤s3中凹凸棒粘土粉末与聚二甲基硅氧烷溶液配比为0.01～0.10g/ml，搅拌时间为60～600min。
[0016]
进一步的，步骤s4中坩埚的升温速率为1～10℃/min，焙烧温度为100～550℃，焙烧时间为1-10h。
[0017]
进一步的，步骤s5中硅溶胶的固含量为5％～50％；改性凹凸棒粘土和硅溶胶的配比为10～20g/l。
[0018]
进一步的，步骤s6中烘干的温度为60℃，烘干时间为12h；焙烧温度为300～550℃，焙烧时间为1-10h，升温速率为1～10℃/min。
[0019]
一种硅改性凹凸棒粘土/瓦楞玻纤的复合材料，通过上述任一项所述的复合材料的制备方法得到。
[0020]
上述的硅改性凹凸棒粘土/瓦楞玻纤的复合材料在vocs净化中的应用。
[0021]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0022]
(1)本发明硅改性凹凸棒粘土/瓦楞玻纤的复合材料，通过以凹凸棒石粘土为vocs吸附剂，原料廉价易得，操作简便，节约生产成本。
[0023]
(2)本发明硅改性凹凸棒粘土/瓦楞玻纤复合材料的制备方法，通过对凹凸棒粘土进行疏水改性，提高了其疏水能力，增加了对vocs 的吸附容量。
[0024]
(3)本发明硅改性凹凸棒粘土/瓦楞玻纤复合材料的制备方法，以瓦楞玻璃纤维为载体，突破了耐高温、耐风压技术，满足大风量、高湿度、低浓度高沸点环境下对vocs的吸附浓缩和高温脱附需求。
附图说明
[0025]
图1是本发明中硅改性凹凸棒粘土/瓦楞玻纤复合材料的sem图；
[0026]
图2是本发明硅改性凹凸棒粘土/瓦楞玻纤复合材料与非改性凹凸棒粘土/瓦楞玻纤复合材料的吸附性能对比图；
[0027]
图3是本发明硅改性凹凸棒粘土/瓦楞玻纤复合材料的制备方法流程图。
具体实施方式
[0028]
以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0029]
实施例1
[0030]
s1、取凹凸棒粘土粉末放入马弗炉中以5℃/min升温至350℃进行焙烧，并维持在350℃条件下2h。
[0031]
s2、取聚二甲基硅氧烷分散至分析纯为99.0％的氯仿溶液中，得到聚二甲基硅氧烷浓度为0.001g/ml的聚二甲基硅氧烷溶液。
[0032]
s3、取s1中焙烧后的凹凸棒粘土粉末加入到s2中得到的聚二甲基硅氧烷溶液中，持续搅拌30min，得到凹凸棒粘土粉末浓度为 0.01g/ml的混合液a。
[0033]
s4、取s3中的混合液a进行抽滤，并将获取的滤饼样品放入坩埚中以5℃/min升温至350℃焙烧2h，得到改性凹凸棒粘土。
[0034]
s5、取s4得到的改性凹凸棒粘土超声分散于固含量为20％的硅溶胶中，得到改性凹凸棒粘土浓度为10g/l的混合硅溶胶。
[0035]
s6、取圆柱瓦楞玻璃纤维胚体放入硅溶胶中，完全浸润后取出，放入马弗炉以5℃/min升温至450℃，焙烧3h，得到硅改性凹凸棒粘土/瓦楞玻纤的复合材料。
[0036]
实施例2
[0037]
s1、取凹凸棒粘土粉末放入马弗炉中以5℃/min升温至350℃进行焙烧，并维持在350℃条件下2h。
[0038]
s2、取聚二甲基硅氧烷分散至分析纯为99.0％的氯仿溶液中，得到聚二甲基硅氧烷浓度为0.005g/ml的聚二甲基硅氧烷溶液。
[0039]
s3、取s1中焙烧后的凹凸棒粘土粉末加入到s2中得到的聚二甲基硅氧烷溶液中，持续搅拌30min，得到凹凸棒粘土粉末浓度为 0.05g/ml的混合液a。
[0040]
s4、取s3中的混合液a进行抽滤，并将获取的滤饼样品放入坩埚中以5℃/min升温至350℃焙烧2h，得到改性凹凸棒粘土。
[0041]
s5、取s4得到的改性凹凸棒粘土超声分散于固含量为20％的硅溶胶中，得到改性凹凸棒粘土浓度为15g/l的混合硅溶胶。
[0042]
s6、取圆柱瓦楞玻璃纤维胚体放入硅溶胶中，完全浸润后取出，放入马弗炉以5℃/min升温至450℃，焙烧3h，得到硅改性凹凸棒粘土/瓦楞玻纤的复合材料。
[0043]
实施例3
[0044]
s1、取凹凸棒粘土粉末放入马弗炉中以5℃/min升温至350℃进行焙烧，并维持在350℃条件下2h。
[0045]
s2、取聚二甲基硅氧烷分散至分析纯为99.0％的氯仿溶液中，得到聚二甲基硅氧烷浓度为0.01g/ml的聚二甲基硅氧烷溶液。
[0046]
s3、取s1中焙烧后的凹凸棒粘土粉末加入到s2中得到的聚二甲基硅氧烷溶液中，持续搅拌30min，得到凹凸棒粘土粉末浓度为 0.1g/ml的混合液a。
[0047]
s4、取s3中的混合液a进行抽滤，并将获取的滤饼样品放入坩埚中以5℃/min升温至350℃焙烧2h，得到改性凹凸棒粘土。
[0048]
s5、取s4得到的改性凹凸棒粘土超声分散于固含量为20％的硅溶胶中，得到改性凹凸棒粘土浓度为20g/l的混合硅溶胶。
[0049]
s6、取圆柱瓦楞玻璃纤维胚体放入硅溶胶中，完全浸润后取出，放入马弗炉以5℃/min升温至450℃，焙烧3h，得到硅改性凹凸棒粘土/瓦楞玻纤的复合材料。
[0050]
参考图1，经sem表征，硅改性凹凸棒粘土/瓦楞玻纤的复合材料微观形貌呈现线状
结构，具有较高的过气能力。
[0051]
参考图2，实验结果表明：在50000h-1
空速、常温、饱和水蒸汽下(rh＝100％)下，实施例2的硅改性凹凸棒粘土/瓦楞玻纤的复合材料吸附了1000mg/m3甲苯，表现出优异的vocs矿化活性，具有较高甲苯吸附浓缩性能，同时，其高效吸附使用时间增加了约230min，说明其吸附容量得到了极大提升。