專利名稱：可去除空氣中有機(jī)氣體的凈化材料及其制備方法
隨著技術(shù)進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展，由于工業(yè)釋放、家庭裝修所帶來(lái)的空氣污染，已經(jīng)成為世界性的問(wèn)題。在寫字間、家庭居室的空氣中，經(jīng)常含有超過(guò)國(guó)家允許的甲醛、丙酮、苯類、氨等有害的有機(jī)污染物。凈化空氣成為許多環(huán)保產(chǎn)品的賣點(diǎn)，各類環(huán)保空調(diào)和空氣清洗機(jī)等應(yīng)運(yùn)而生。去除空氣中有害氣體的傳統(tǒng)方法是開門開窗，這種方法解決不了居室內(nèi)不斷釋放有害污染物的問(wèn)題。去除空氣中有害氣體的現(xiàn)有技術(shù)中的方法有1.向空氣中添加某種物質(zhì)，使之分解、吸附空氣中的有機(jī)污染物，例如負(fù)離子型、臭氧型空氣凈化技術(shù)。這種方法的弱點(diǎn)是，臭氧或向離子本身就是一種危害人體健康的污染物，國(guó)家以及全世界多數(shù)國(guó)家對(duì)空氣中允許的臭氧濃度為0.1mg/m3，采用這種方法凈化空氣，時(shí)時(shí)要考慮臭氧濃度不能過(guò)高，凈化效果如何還是次要的。
2.采用物理吸附、過(guò)濾的方法，使居室內(nèi)空氣強(qiáng)制通過(guò)某些材料過(guò)濾，借以將空氣中的有機(jī)污染物過(guò)濾出來(lái)，例如各種過(guò)濾網(wǎng)、高效過(guò)濾網(wǎng)(HEPA)、活性炭、分子篩、哇藻土等。物理吸附和過(guò)濾的效果，受到采用的材料的吸附容量、吸附能力的限制。采用的過(guò)濾材料，一般在3-6個(gè)月就需要處理或者更換一次。
3.采用靜電吸收的方法，讓空氣強(qiáng)行通過(guò)一個(gè)電場(chǎng)，將空氣中的有機(jī)污染物去除。這種方法的去除效果有很大限制。
本發(fā)明的目的是公開一種可去除空氣中有機(jī)氣體的凈化材料及其制備方法，可以分解多種有機(jī)污染物，本發(fā)明方法制備的合成凈化材料(簡(jiǎn)稱合成材料，下同)的優(yōu)點(diǎn)是1.能力強(qiáng)如果通過(guò)換氣的方法來(lái)過(guò)濾居室內(nèi)的空氣，本合成材料對(duì)空氣中的苯、甲醛、乙醛、乙酸和氨等有機(jī)污染物，都有良好的吸附分解作用。
2.使用壽命長(zhǎng)本材料如果用于裝修后的普通居室(裝填到空調(diào)或空氣清洗機(jī)中)，每公斤的分解能力，可以使用2年以上不需要更換或處理。
3.容易再生本材料在使用一段時(shí)間后，吸附分解能力會(huì)逐漸下降。只要在夏天的晴朗天氣里，將去除能力下降的本材料、或者裝填本材料的過(guò)濾器放在陽(yáng)光下晾篩0.5-1小時(shí)，就基本恢復(fù)原來(lái)的能力。
4.成本較低日本出的可以分解甲醛的兩種觸媒(即催化劑的“日文”寫法)，一種的商品名叫LTG-M2，主要萬(wàn)分是活性碳、酸化酞、陶瓷纖維等，以靜電纖維紙漿網(wǎng)為載體；一處以二氧化鈦、鉑為主要原料。這些材料的成本要昂貴得多，而本發(fā)明的合成材料比之前者成本要低得多。
5.易于工業(yè)化本發(fā)明的合成凈化材料，已經(jīng)在25公斤的活化爐上多次生產(chǎn)。
本發(fā)明是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明是根據(jù)負(fù)載型催化劑的制備原理，將多種金屬鹽通過(guò)浸漬，負(fù)載到惰性無(wú)機(jī)載體的表面；之后通過(guò)高溫活化，將金屬鹽分解為金屬或金屬氧化物，附著于載體的表面，形成可以分解有機(jī)物分子的氧化型和還原型的活性中心。本合成凈化材料的活性組份中，同時(shí)包括多種類型的金屬或金屬氧化物，形成多種活性中心，通過(guò)氧化、還原和吸附作用，這些活性中心對(duì)空氣中多種有害的有機(jī)氣體分子有廣譜的去除作用。一種可以去除空氣中有機(jī)氣體的凈化材料，它是一種以多孔惰性無(wú)機(jī)材料為載體，以金屬和金屬氧化物為活性組份附著于載體表面，形成各種多金屬的活性中心，其特征在于所述的載體是分子篩、活性炭、氧化鋁、高嶺土、膨潤(rùn)土、硅藻土中任選一種，載體顆粒的尺寸規(guī)格可以是粉末、球形、圓柱型或其他異型，載體顆粒的尺寸最好采用直徑1-5mm的球形或直徑1-5mm的圓柱形顆粒。所述的活性組份的金屬可以是鉻、鋅、錳、銅、鎳、鐵、鈷過(guò)渡金屬，還可以包括銀、金、鉑貴金屬，還可以包括鈰、釹、鑭等稀土金屬，采用過(guò)渡金屬應(yīng)在二種以上，最好在三種以上，采用貴金屬至少有一種，采用稀土至少有一種；一種可以去除空氣中有機(jī)氣體的凈化材料的制備方法，所述的各種活性組份金屬，以無(wú)機(jī)鹽或有機(jī)鹽的形式溶解于水中，配成一定濃度的浸漬液，各種金屬鹽的水溶液，可以單獨(dú)也可以混合在一起與一定量的載體混合，攪拌均勻，形成濕的載體，然后在一定溫度下加熱活化，使金屬鹽轉(zhuǎn)化為金屬和金屬氧化物，其特征在于金屬鹽可以在硝酸鹽、碳酸鹽、乙酸鹽或草酸鹽中選取，金屬鹽與載體攪拌混合時(shí)體積比為浸漬液總體積與載體總體積之比在0.8-1.5，鋅、錳、銅、鎳、鐵、鈷過(guò)渡金屬鹽至少二種以上，金屬鹽與載體的重量比是每種的重量為5-40％(占載體重量比，下同)；銀、金、鉑貴金屬鹽每種重量在0.1-5％，量佳在1-2％；鈰、釹、鑭稀土金屬鹽每種重量0.5-8％，最佳在1-3％，加熱活化溫度在300--800℃，最好在550--650℃，活化時(shí)間在3-8小時(shí)，最好在4-5小時(shí)。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明制備方法的步驟為1.載體選取的載體稱重量100份，放置；2.活性組份各種活性組份按照要求的重量稱取，分別、完全溶解于去離子水中，配成浸漬液。各種浸漬液的總體積，不要超過(guò)載體體積的1.1倍；3.浸漬液將各種金屬鹽的浸漬液小心、緩慢混合到一起，攪拌均勻，注意不同浸漬液混合時(shí)會(huì)有熱量、氣體發(fā)生，要邊混合邊攪拌；4.浸漬將混合好的浸漬液慢慢倒入載體中，邊倒邊攪拌，制備成濕載體。注意浸漬液與載體混合時(shí)會(huì)放熱、放出氣體；5.放置濕載體要蓋上蓋子，4-12放置小時(shí)，使各種金屬鹽之間在載體表面內(nèi)分散均勻，能夠完全吸附到載體的內(nèi)外孔中；6.活化放置后的載體在300--800℃下加熱活化，使各種金屬鹽分解成金屬或金屬氧化物，可以牢固附著在載體表面中，形成各種多金屬的活性中心。
附圖
為本發(fā)明實(shí)施例的檢測(cè)裝置流程圖，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
(1)實(shí)施例1合成材料I的制備稱取圓柱形活性炭I(Ф1.53-5mm)100g(體積為171ml)，作為本合成材料的載體，其比表面為800-1200m2/g，堆比重0.6g/ml。
稱取硝酸銅15份、硝酸鎳10份、硝酸鉻5份、硝酸錳5份、硝酸鈰1份、硝酸釹1份，分別加入去離子水完全溶解，混合，攪拌均勻；最后加入硝酸銀3份，攪拌均勻，最后加水到170ml，攪拌均勻，制成浸漬液。
將浸漬液慢慢倒入稱好的活性炭載體中，邊倒邊攪拌；浸漬液倒完后，繼續(xù)攪拌30分鐘到1小時(shí)，制成濕載體。蓋上蓋子，放置8小時(shí)。
放置后的濕載體在600℃活化。本專利采用的是攪拌式小型活化器，自動(dòng)控溫，邊加熱、邊攪拌，到600℃繼續(xù)攪拌，恒溫6小時(shí)；停止加熱，繼續(xù)攪拌，到120時(shí)出爐，得合成材料產(chǎn)品1。
(2)實(shí)施例2合成材料II的制備稱取圓柱形活性炭II(Ф35-8mm)100g(體積為185ml)，作為本合成材料的載體，其比表面為800-1000m2/g，堆比重0.65g/ml。
稱取硝酸銅15份、硝酸鎳10份、硝酸鉻5份、硝酸錳5份、硝酸鈰1份、硝酸釹1份，分別加入去離子水完全溶解，混合，攪拌均勻；最后加入硝酸銀3份，攪拌均勻，最后加入到180ml，攪拌均勻，制成浸漬液。
將浸漬液慢慢倒入稱好的活性炭載體中，邊倒邊攪拌；浸漬液倒完后，繼續(xù)攪拌30分鐘到1小時(shí)，制成濕載體。蓋上蓋子，放置10小時(shí)。
放置后的濕載體在650℃活化?？梢圆捎脭嚢枋叫⌒突罨鳎詣?dòng)控溫，邊加熱、邊攪拌，到650℃繼續(xù)攪拌，恒溫7小時(shí)；停止加熱，繼續(xù)攪拌，到120時(shí)出爐，得合成材料產(chǎn)品II。
(3)實(shí)施例3合成材料1去除甲醛的效果取合成材料1重量為10.8克，裝填在體積為10ml的檢測(cè)管中。甲醛取35％--37％的水溶液3-4毫升，裝于10-20毫升刻度試管中，準(zhǔn)確記錄加入甲醛的體積；用氣泵以每分鐘0.5-0.8升的速度向甲醛溶液鼓泡，吹入的空氣流經(jīng)過(guò)甲醛溶液時(shí)，攜帶甲醛經(jīng)過(guò)盛放本材料的容器；容器用膠管通入水中，水中放有甲醛指示劑(玫瑰酸紅)，在沒(méi)有甲醛時(shí)是無(wú)色的。檢測(cè)裝置參見附圖。
凈化材料對(duì)甲醛失去凈化能力時(shí)，透過(guò)凈化材料的甲醛進(jìn)入水中，與指示劑反應(yīng)生成紅色。記錄剩余甲醛溶液的量。
將剩余的甲醛溶液放置過(guò)夜，直到其中甲醛完全揮發(fā)干凈，將得到凈化材料處理甲醛的量去除甲醛的體積＝總量-剩余量-揮發(fā)量(ml) 說(shuō)明甲醛溶液的濃度為37-40％，以37％計(jì)，甲醛溶液比重按1.1計(jì)。
本凈化材料對(duì)甲醛的去除能力多次檢測(cè)結(jié)果取平均值，10-12克凈化材料，可以去除的甲醛溶液體積為1.7-2.0毫升，相當(dāng)于每克凈化材料可以去除純甲醛70-80毫克。
(4)實(shí)施例4合成材料1去除苯的效果裝填本凈化材料1的量為10-12克，裝填在體積為10ml的檢測(cè)管中。苯4-6毫升裝于10-20毫升刻度試管中，準(zhǔn)確記錄加入苯的總量；用氣泵以每分鐘0.1-0.2升的速度向苯鼓泡，吹入的空氣流攜帶苯，經(jīng)過(guò)盛放本材料的容器；容器用膠管通入檢測(cè)液中，檢測(cè)液由無(wú)水氯仿和無(wú)水三氯化鋁配制，無(wú)色，有苯時(shí)變?yōu)樯铑伾?br> 本材料凈化苯的能力如下式計(jì)算 說(shuō)明苯的比重按0.88計(jì)。
多次檢測(cè)結(jié)果取平均值，20-22克凈化材料，可以凈化苯的體積為2.0-2.2毫升，相當(dāng)于每克凈化材料可以凈化苯80-100毫克。
(5)實(shí)施例5合成材料1去除氨的效果裝填本凈化材料1的量為10-12克，裝填在體積為10ml的檢測(cè)管中。28％氨水溶液2-3亳裝于10-20毫升刻度試管中，準(zhǔn)確記錄加入氨水的總量；用氣泵以每分鐘0.1-0.2升的速度向氨水鼓泡，吹入的空氣流攜帶氨，經(jīng)過(guò)盛 放本材料的容器；容器用膠管通入酚酞指示液中；本指示液無(wú)色，氨氣進(jìn)入時(shí)變?yōu)樯铑伾?br> 本材料凈化氨的能力如下式計(jì)算 說(shuō)明氨的比重按0.91計(jì)。
多次檢測(cè)結(jié)果取平均值，10-12克凈化材料，可以凈化氨的體積為0.8-1.0毫升，相當(dāng)于每克凈化材料可以凈化氨70-80毫克。
(6)比較例1載體I(活性炭)去除甲醛的效果取制備合成材料I的載體I--圓柱形活性炭(Ф1.5 3-5mm)6.4-6.5克，裝填在體積為10ml的檢測(cè)管中。甲醛取35％--37％的水溶液2-3毫升裝于10-20毫升刻度試管中，準(zhǔn)確記錄加入甲醛的體積；氣泵以每分鐘0.5-0.8升的速度向甲醛溶液鼓泡，吹入的空氣流經(jīng)過(guò)甲醛溶液時(shí)，攜帶甲醛經(jīng)過(guò)盛放活性炭載體1的檢測(cè)管；檢測(cè)管用膠管通入水中，水中放有甲醛指示劑(玫瑰酸紅)，無(wú)色，甲醛進(jìn)入時(shí)呈紅色。檢測(cè)裝置參見附圖。
活性炭載體對(duì)甲醛失去凈化能力時(shí)，透過(guò)凈化材料的甲醛進(jìn)入水中，與指示劑反應(yīng)生成紅色。記錄剩余甲醛溶液的量。
將剩余的甲醛溶液放置過(guò)夜，直到其中甲醛完全揮發(fā)干凈，凈得到活性炭載體I處理甲醛的量去除甲醛的體積＝總量-剩余量-揮發(fā)量(ml) 說(shuō)明甲醛溶液的濃度為37-40％，以37％計(jì)，甲醛溶液比重按1.1計(jì)。
載體活性炭I對(duì)甲醛的去除能力多次檢測(cè)結(jié)果取平均值，6.4克載體，可以去除的甲醛溶液體積為0.25毫升，相當(dāng)于每克載體I可以去除純甲醛42毫克。
參考實(shí)施例(3)，合成材料去除甲醛的能力為每克材料可去除甲醛70-80毫克，去除效果即使用壽命為載體的1.7-2倍。
(7)比較例2載體I(活性炭)去除苯的效果取制備合成材料I的載體I--圓柱形活性炭(Ф1.5 3-5mm)6.6克，裝填在體積為10ml的檢測(cè)管中。苯4-5毫升裝于30-50毫升刻度試管中，準(zhǔn)確記錄加入苯的總量；用氣泵以每分鐘0.1-0.2升的速度向苯鼓泡，吹入的空氣流攜帶苯，經(jīng)過(guò)盛放活性炭載體的容器；容器用膠管通入檢測(cè)液中，檢測(cè)液由無(wú)水氯仿和無(wú)水三氯化鋁配制，無(wú)色，有苯時(shí)變?yōu)樯铑伾?br> 載體I凈化苯的能力如下式計(jì)算 說(shuō)明苯的比重按0.88計(jì)。
載體I對(duì)苯的去除能力多次檢測(cè)結(jié)果取平均值，6.4-6.5克載體，可以去除的苯體積小于0.05毫升，相當(dāng)于每克載體I可以去除苯小于0.8毫克。
參考實(shí)施例(4)，合成材料去除苯的能力為每克合成材料I可去除苯80-100毫克。對(duì)苯的去除效果即使用壽命，合成材料I為載體I的10-12倍以上。
(8)比較例3載體I(活性炭)去除氨的效果取制備合成材料I的載體I---圓柱形活性炭(Ф1.5 3-5mm)6.6克，裝填在體積為10ml的檢測(cè)管中。28％氨水溶液2-3毫升裝于10-20毫升刻度試管中，準(zhǔn)確記錄加入氨水的總量；用氣泵以每分鐘0.1-0.2升的速度向氨水鼓泡，吹入的空氣流攜帶氨，經(jīng)過(guò)盛放載體I的容器；容器用膠管通入酚酞指示液中；本指示液無(wú)色，氨氣進(jìn)入時(shí)變?yōu)樯铑伾?br> 本載體活性炭?jī)艋钡哪芰θ缦率接?jì)算
說(shuō)明氨的比重按0.91計(jì)。
本載體I對(duì)氨的去除能力多次檢測(cè)結(jié)果取平均值，6.4-6.5克載體，可以去除的氨體積小于0.12毫升，相當(dāng)于每克載體I可以去除氨20毫克。
參考實(shí)施例(5)，合成材料去除氨的能力為每克材料可去除70-80毫克。對(duì)氨的去除效果即使用壽命，合成材料I的3.5-4倍。
(9)實(shí)施例6合成材料II對(duì)甲醛、苯和氨的去除效果取合成材料II，按照與實(shí)施例3相同的方法檢測(cè)去除甲醛的效果，按照與實(shí)施例4相同的方法檢測(cè)去除苯的效果，按照與實(shí)施例5的方法檢測(cè)去除氨的效果。得到結(jié)果分別是合成材料去除效果，每克材料可去除75-82甲醛毫克，去除苯95-102毫克，去除氨65-75毫克。
以上結(jié)果列表如表1。
表1 合成材料I和合成材料II的物理性能
本凈化材料去除甲醛、苯和氨的能力，受溫濕度的影響很小。
(10)實(shí)施例7合成材料I再生后對(duì)甲醛的去除效果將實(shí)施例(3)去除甲醛用過(guò)的合成材料I放在陽(yáng)光下(20--30℃)下晾曬1小時(shí)，之后裝填檢測(cè)管中，測(cè)定對(duì)甲醛的去除效果。
結(jié)果為，晾曬過(guò)的合成材料I對(duì)甲醛的去除能力為，每克可以去除65-70甲醛毫克。去除能力仍然在新鮮材料的90％以上。
本發(fā)明所獲得的產(chǎn)品，由于采取上述技術(shù)措施，使各種金屬鹽分解完全，分散均勻，對(duì)甲醛、苯類、乙醛、己酸、甲酸、氨等有機(jī)分子，具有廣譜的去除效果。
權(quán)利要求
1.一種可以去除空氣中有機(jī)氣體的凈化材料，它是一種以多孔惰性無(wú)機(jī)材料為載體，以金屬和金屬氧化物為活性組份附著于載體表面，形成各種多金屬的活性中心，其特征在于所述的載體是分子篩、活性炭、氧化鋁、高嶺土、膨潤(rùn)土、硅藻土中任選一種，載體顆粒的尺寸規(guī)格可以是粉末、球形、圓柱型或其他異型，所述的活性組份的金屬可以是鉻、鋅、錳、銅、鎳、鐵、鈷過(guò)渡金屬，還可以包括銀、金、鉑貴金屬，還可以包括鈰、釹、鑭稀土金屬，采用過(guò)渡金屬應(yīng)在二種以上，最好在三種以上，采用貴金屬至少有一種，采用稀土至少有一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可以去除空氣中有機(jī)氣體的凈化材料，其特征在于載體材料最好采用分子篩、活性碳和氧化鋁，載體顆粒的尺寸最好采用直徑1-5mm的球形或直徑1-5mm的圓柱形顆粒。
3.一種如權(quán)利要求1所述的一種可以去除空氣中有機(jī)氣體的凈化材料的制備方法，所述的各種活性組份金屬，以無(wú)機(jī)鹽或有機(jī)鹽的形式溶解于水中，配成一定濃度的浸漬液，各種金屬鹽的水溶液，可以單獨(dú)也可以混合在一起與一定量的載體混合，攪拌均勻，形成濕的載體，然后在一定溫度下加熱活化，使金屬鹽轉(zhuǎn)化為金屬和金屬氧化物，其特征在于金屬鹽可以在硝酸鹽、碳酸鹽、乙酸鹽或草酸鹽中選取，金屬鹽與載體攪拌混合時(shí)體積比為浸漬液總體積與載體總體積之比在0.8-1.5，鋅、錳、銅、鎳、鐵、鈷過(guò)渡金屬鹽至少二種以上，金屬鹽與載體的重量比是每種的重量為5-40％(占載體重量比，下同)；銀、金、鉑貴金屬鹽至少一種，每種的重量為0.1-5％；鈰、釹、鑭稀土金屬鹽至少一種，每種重量為0.5-8％(占載體重量比)，加熱活化溫度在300--800℃，活化時(shí)間在3-8小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的凈化材料的制備方法，其特征在于所述的金屬鹽浸漬液總體與載體總體積之比在1.0-1.1；過(guò)渡金屬鹽，每種重量最佳在25-30％；貴金屬鹽每種重量最佳在1-2％；稀土金屬鹽每種重量最佳在1-3％，活化溫度最好在550--650℃，活化時(shí)間最好在4-5小時(shí)。
全文摘要
一種可以去除空氣中有機(jī)氣體的凈化材料,它是一種以多孔惰性無(wú)機(jī)材料為載體,以金屬和金屬氧化物為活性組份附著于載體表面,制備中,各種活性組份金屬,以無(wú)機(jī)鹽或有機(jī)鹽溶解于水中,配成一定濃度的浸漬液,將載體浸濕然后加熱活化,使金屬鹽轉(zhuǎn)化為金屬和金屬氧化物附著在載體上,這種材料對(duì)空氣中的甲醛、乙醛、苯類、氮、乙酸、甲酸等有機(jī)污染物具有廣譜的去除效果。
文檔編號(hào)B01J37/00GK1377729SQ0110586
公開日2002年11月6日 申請(qǐng)日期2001年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月5日
發(fā)明者趙德超, 李在海 申請(qǐng)人:上海歐臣環(huán)境高科技有限責(zé)任公司