一種有效提高活性炭對微量氨氣吸附性能的改性方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種有效提高活性炭對微量氨氣吸附性能的改性方法，是將活性炭經(jīng)過多步驟的化學處理，所述該材料的制備方法為：首先將待改性活性炭置于反應容器中，加入硝酸溶液，于恒溫條件下攪拌反應；將經(jīng)過初步處理的活性炭過濾洗滌后烘干，加入裝有檸檬酸溶液的恒溫反應容器中，攪拌反應一定時間后，過濾出活性炭并用去離子水洗滌；將經(jīng)過處理的活性炭加入到裝丁烷四羧酸水溶液的反應容器中，于恒溫條件下攪拌反應；通過過濾分離出活性炭，用去離子水洗滌并自然烘干，處理完成后的活性炭真空封裝備用。該活性炭改性過程簡單，可操作性強，成本低，按照此方法制備的活性炭能夠有效提高活性炭對空氣中微量氨氣的吸附性能。
【專利說明】一種有效提高活性炭對微量氨氣吸附性能的改性方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境空氣凈化領(lǐng)域。具體涉及一種有效提高活性炭對微量氨氣吸附性能的改性方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟的發(fā)展，追求工作、生活質(zhì)量日益成為人們關(guān)心的焦點。而室內(nèi)裝修的興起及各類現(xiàn)代化生活用品的引入使室內(nèi)空氣污染日趨嚴重，其中氨氣的超標率較高，位居污染的首位。室內(nèi)的氨氣主要是從建筑材料和裝修材料中散發(fā)出來。如混凝土中的高堿膨脹劑和防凍劑等，隨著環(huán)境因素的變化會還原為氨氣，并從墻體釋放出來。此外裝飾用的木制板材中因含有尿素，涂飾添加劑和增白劑因含有氨水，也會釋放氨(劉霞，李靜，徐方園.博物館室內(nèi)微環(huán)境中堿性氣體的被動采樣方法研究[J].環(huán)境監(jiān)測管理與技，2009，21(2):13?17)。特殊行業(yè)等對所處環(huán)境氣體的質(zhì)量也提出了更高的要求?？諝庵械奈⒘堪睔獾拇嬖?，往往對一些行業(yè)造成危害。如:氨氣作為一種堿性氣體，它的存在使保存文物的PH平衡環(huán)境受到破壞，影響文物的壽命。當氨氣與空氣中微量的水汽、SO2, SO3或臭氧結(jié)合，更具備了一定的腐蝕性，對顏料、動物膠的色澤產(chǎn)生影響。
[0003]活性炭是一種廣泛使用的吸附劑，因為它具有許多優(yōu)良的性能，如比表面積大、優(yōu)良的孔結(jié)構(gòu)和獨特的表面化學，廣泛應用在多種氣體的分離和凈化過程中。普通活性炭呈非極性和疏水性，對非極性有機物有較好的吸附效果，但是對于甲醛、氨氣等極性物質(zhì)的吸附效果并不理想(S Haydar, M A Ferro-Garcia, J Rivera-Utfilia, etal,Adsorpt1n of pnitrophenol on an activated carbon with different oxidat1ns[J],Carbon, 41 (2003)，3，387?395)。當前市面上針對氨氣超標，主要采用通過改性的活性炭或其他吸附劑凈化，但對于室內(nèi)空氣中低濃度氨氣，市售普通活性炭僅僅通過物理吸附的凈化效果有限，很難達到《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》(GB/T 18883-2002)中氨氣濃度標準值0.2mg/m3 (—小時平均)，對于上述博物館等文物保護環(huán)境對微量氨氣去除的要求，更加難以滿足。因此，研發(fā)高效、適用的去除微量氨氣的吸附材料，能夠填補行業(yè)技術(shù)空白具有重大的實際意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對當前技術(shù)和產(chǎn)品存在缺點和不足，旨在解決當前各種行業(yè)對空氣中低濃度氨氣的污染控制問題，發(fā)明了一種有效提高活性炭對微量氨氣吸附性能的改性方法。
[0005]本發(fā)明提出的一種有效提高活性炭對微量氨氣吸附性能的改性方法，是將活性炭經(jīng)過多步驟的化學處理，具體步驟如下:
(1)取活性炭置于第一反應容器中，并加入硝酸溶液，采用水浴方式在恒溫條件下攪拌反應；活性炭和硝酸的質(zhì)量比為1:2?1:5，硝酸的質(zhì)量濃度為109Γ50%，恒溫條件下反應溫度為5(T80°C，反應時間l?3h，反應過程充分攪拌；
(2)通過過濾分離出經(jīng)過處理的活性炭，用去離子水洗滌，活性炭洗滌到洗滌液pH值為5?7，于100°C以下烘干；
(3)將步驟(2)得到的經(jīng)過初步處理的活性炭加入裝有檸檬酸的水溶液的第二反應容器內(nèi)，采用油浴方式于恒溫條件下攪拌反應；活性炭和檸檬酸的水溶液的質(zhì)量比為1:2?1: 5，檸檬酸的質(zhì)量濃度為10%?40%，恒溫反應溫度為10(Tl7(TC，反應2?6h，反應過程充分攪拌；
(4)通過過濾分離出步驟(3)得到的經(jīng)過處理的活性炭，用去離子水洗滌，活性炭洗滌到洗滌液PH值為5?7，于100°C以下烘干；
(5)將步驟(4)得到的經(jīng)過處理的活性炭加入裝有丁烷四羧酸的水溶液的第三反應容器中，采用油浴方式恒溫條件下攪拌反應；活性炭和丁烷四羧酸的水溶液的質(zhì)量比為1:2?1: 5，丁烷四羧酸的質(zhì)量濃度為10%?45%，恒溫反應溫度為10(Tl7(TC，反應2?6h，反應過程充分攪拌；
(6)通過過濾分離出經(jīng)過處理的活性炭，用去離子水洗滌，活性炭洗滌到洗滌液pH為5^7,活性炭烘干所處的環(huán)境是真空、純氮氣或者氧氣體積分數(shù)低于5%的狀態(tài)，于100°C以下烘干。
[0006]本發(fā)明與現(xiàn)有處理空氣中微量氨氣污染的方案和技術(shù)相比，具有以下創(chuàng)新和優(yōu)勢:
(I)本發(fā)明中所涉及的活性炭改性方法創(chuàng)新在于采用的改性材料是活性炭，改性藥劑是硝酸、檸檬酸和丁烷四羧酸。改性藥劑簡單易得，通過利用該藥劑的特有的物理化學性質(zhì)，通過氧化反應和酯化反應，有效提高活性炭表面酸性基團數(shù)目，增強活性炭對氨氣的吸附性能。
[0007](2)本發(fā)明中所涉及的活性炭改性方法優(yōu)勢在于采用的活性炭改性過程簡單，可操作性強，成本低，具有重要的環(huán)保性和極佳的市場前景。
[0008](3)普通活性炭表面所含的眾多基團能夠?qū)Π睔猱a(chǎn)生一定化學吸附，但處理的堿性氣體濃度較高才能達到一定的處理效果。本發(fā)明中所涉及的改性活性炭，優(yōu)勢在于能夠凈化含微量氨氣的濃度(低至0.2 mg/m3)的空氣，而且凈化過程無二次污染物產(chǎn)生。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的中所涉及的改性活性炭改性流程圖。
[0010]圖2為本發(fā)明改性原理圖示。

【具體實施方式】
[0011]以下結(jié)合附圖和發(fā)明人依本發(fā)明的技術(shù)方案所完成的具體實例，對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
[0012]實施例1
取150g活性炭顆粒，將其置于反應容器I中，加入質(zhì)量濃度為10%的硝酸溶液500mL，采用水浴方式保持恒溫反應環(huán)境，溫度為60°C，攪拌反應時間為2h ;通過過濾分離出經(jīng)過處理的活性炭，用去離子水洗滌，使洗滌液的PH達到5飛，然后于80°C烘干；將經(jīng)過初步處理的活性炭加入反應容器2中，向反應容器中加入檸檬酸的水溶液500mL，檸檬酸的質(zhì)量濃度為10%，采用油浴方式保持恒溫反應環(huán)境，溫度為120°C，攪拌反應4h ;過濾出經(jīng)過初步處理的活性炭，用去離子水洗滌，使洗滌液的pH達到5飛；將活性炭加入反應容器3中，加入丁烷四羧酸的水溶液500mL，丁烷四羧酸的質(zhì)量濃度為10%，采用油浴方式保持恒溫反應環(huán)境，溫度為120°C，攪拌反應4h ;通過過濾分離出經(jīng)過處理的活性炭，用去離子水洗滌，直到洗滌液PH為5飛，在真空條件下于80°C烘干，得到的活性炭樣品I成品真空封存以備用。
[0013]實施例2
取150g活性炭顆粒，將其置于第一反應容器中，加入質(zhì)量濃度為40%的硝酸溶液500mL，采用水浴方式保持恒溫反應環(huán)境，溫度為60°C，攪拌反應時間為2h ;通過過濾分離出經(jīng)過處理的活性炭，用去離子水洗滌，使洗滌液的pH達到5飛，然后于80°C烘干；將經(jīng)過初步處理的活性炭加入第二反應容器中，向反應容器中加入檸檬酸的水溶液500mL，檸檬酸的質(zhì)量濃度為10%，采用油浴方式保持恒溫反應環(huán)境，溫度為120°C，攪拌反應，4h ;過濾出經(jīng)過初步處理的活性炭，用去離子水洗滌，使洗滌液的PH達到5飛；將活性炭加入第三反應容器中，加入丁烷四羧酸的水溶液500mL，丁烷四羧酸的質(zhì)量濃度為10%，采用油浴方式保持恒溫反應環(huán)境，溫度為120°C，攪拌反應4h ;通過過濾分離出經(jīng)過處理的活性炭，用去離子水洗滌，直到洗滌液PH為5飛，在真空條件下于80°C烘干，得到的活性炭樣品2成品真空封存以備用。
[0014]實施例3
取150g活性炭顆粒，將其置于第一反應容器中，加入質(zhì)量濃度為40%的硝酸溶液500mL，采用水浴方式保持恒溫反應環(huán)境，溫度為60°C，攪拌反應時間為2h ;通過過濾分離出經(jīng)過處理的活性炭，用去離子水洗滌，使洗滌液的pH達到5飛，然后于80°C烘干；將經(jīng)過初步處理的活性炭加入第二反應容器中，向反應容器中加入檸檬酸的水溶液500mL，檸檬酸的質(zhì)量濃度為25%，采用油浴方式保持恒溫反應環(huán)境，溫度為120°C，攪拌反應，4h ;過濾出經(jīng)過初步處理的活性炭，用去離子水洗滌，使洗滌液的PH達到5飛；將活性炭加入第三反應容器中，加入丁烷四羧酸的水溶液500mL，丁烷四羧酸的質(zhì)量濃度為25%，采用油浴方式保持恒溫反應環(huán)境，溫度為120°C，攪拌反應4h ;通過過濾分離出經(jīng)過處理的活性炭，用去離子水洗滌，直到洗滌液PH為5飛，在真空條件下烘干，得到的活性炭樣品3成品真空封存以備用。
[0015]采用空氣罐儲存含一定濃度的氨氣的壓縮空氣，使得取制得的活性炭樣品1、樣品
2、樣品3以及未經(jīng)改性處理的活性炭空白樣品4，進行靜態(tài)吸附試驗，以測試其凈化效果。主要考量改性后的活性炭對空氣中氨氣的吸附效率。吸附柱的尺寸為cp35mmX 150mm,空氣氣流量為110mL/min，實驗溫度為3(T35°C。通過測定通過吸附柱前后的氨氣的濃度，計算去除效率，具體實驗數(shù)據(jù)見表I。
[0016]表I改性后活性炭的凈化吸附效率表Γ~~Π Ζ~mnmrn*Ξ?■藤處理萬法吸_?

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實施例1 — 活牲炭樣品10.WUM5flJ
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實施例3 活性炭ft品30.W0 01887 I
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【權(quán)利要求】
1.一種有效提高活性炭對微量氨氣吸附性能的改性方法，是將活性炭經(jīng)過多步驟的化學處理，其特征在于具體步驟如下: (1)取活性炭置于第一反應容器中，并加入硝酸溶液，采用水浴方式在恒溫條件下攪拌反應；活性炭和硝酸的質(zhì)量比為1:2?1:5，硝酸的質(zhì)量濃度為109Γ50%，恒溫條件下反應溫度為5(T80°C，反應時間l?3h，反應過程充分攪拌； (2)通過過濾分離出經(jīng)過處理的活性炭，用去離子水洗滌，活性炭洗滌到洗滌液pH值為5?7，于100°C以下烘干； (3)將步驟(2)得到的經(jīng)過初步處理的活性炭加入裝有檸檬酸的水溶液的第二反應容器內(nèi)，采用油浴方式于恒溫條件下攪拌反應；活性炭和檸檬酸的水溶液的質(zhì)量比為1:2?1: 5，檸檬酸的質(zhì)量濃度為10%?40%，恒溫反應溫度為10(Tl7(TC，反應2?6h，反應過程充分攪拌； (4)通過過濾分離出步驟(3)得到的經(jīng)過處理的活性炭，用去離子水洗滌，活性炭洗滌到洗滌液PH值為5?7，于100°C以下烘干； (5)將步驟(4)得到的經(jīng)過處理的活性炭加入裝有丁烷四羧酸的水溶液的第三反應容器中，采用油浴方式恒溫條件下攪拌反應；活性炭和丁烷四羧酸的水溶液的質(zhì)量比為1:2?1: 5，丁烷四羧酸的質(zhì)量濃度為10%?45%，恒溫反應溫度為10(Tl7(TC，反應2?6h，反應過程充分攪拌； (6)通過過濾分離出經(jīng)過處理的活性炭，用去離子水洗滌，活性炭洗滌到洗滌液PH為5^7,活性炭烘干所處的環(huán)境是真空、純氮氣或者氧氣體積分數(shù)低于5%的狀態(tài)，于100°C以下烘干。
【文檔編號】B01J20/22GK104162409SQ201410422466
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】徐斌, 吳婭 申請人:同濟大學