一种用于空气净化的活性炭吸附材料及其制备方法与流程

1.本发明属于活性炭吸附材料制备技术领域，具体涉及一种用于空气净化的活性炭吸附材料及其制备方法。


背景技术：

2.室内污染主要是由于室内空气中存在的多种挥发性有机物而对室内环境造成污染的现象。室内环境污染问题成为现代社会影响人们身体健康和安全的主要问题。为此，人们研制出多种空气净化器，以期解决室内污染问题。
3.最常用的空气净化技术为活性炭吸附技术，活性炭吸附技术具有脱除效率高、富集功能强等优点。但是，活性炭吸附技术并不能去除环境中的挥发性有机物，其仅仅是将空气中的挥发性有机物“转移”至活性炭中，为此有研究人员将活性炭吸附技术与tio2光催化技术复合，通过tio2光催化去除“转移”至活性炭中的挥发性有机物。
4.然而，现有的活性炭吸附复合tio2光催化技术tio2与活性炭之间产生的协同效应较差，这就导致了光催化降解速度低，去除污染物效果差的问题。而且，在tio2光催化降解过程中会不可避免地产生o3，过量的o3会导致呼吸道以及肺的损伤。因此，如何将活性炭吸附技术与tio2光催化技术复合，增强两者的协同效应，以及如何减少tio2光催化产生的o3成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种用于空气净化的活性炭吸附材料及其制备方法。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
7.本发明技术方案之一：一种用于空气净化的活性炭吸附材料，包括以下重量份原料：
[0008][0009]
进一步地，所述改性活性炭的制备方法为：
[0010]
(1)将活性炭用水洗涤至洗涤液澄清，得到纯化活性炭；
[0011]
(2)将步骤(1)得到的纯化活性炭在盐酸溶液中酸改性，之后用水洗涤至洗涤液ph＝7，得到盐酸改性活性炭；
[0012]
(3)将步骤(2)得到的盐酸改性活性炭在高锰酸钾溶液中氧化改性，之后用水洗涤至洗涤液无色，得到高锰酸钾-盐酸改性活性炭即所述改性活性炭。
[0013]
更进一步地，步骤(2)中，所述纯化活性炭与所述盐酸溶液的质量体积比为1g：(5～10)ml；所述盐酸溶液的质量分数为5％～8％；所述酸改性的温度为30～50℃，时间为2～3h。
[0014]
更进一步地，步骤(3)中，所述盐酸改性活性炭与所述高锰酸钾溶液的质量体积比为1g：(5～10)ml；所述高锰酸钾溶液的浓度为0.10～0.12mol
·
l-1
；所述氧化改性的温度为70～90℃，时间为30～60min。
[0015]
进一步地，所述改性tio2的制备方法为：将tio2在fe
3+
溶液中浸渍改性，之后用水洗涤至洗涤液无色，得到改性tio2。
[0016]
更进一步地，所述tio2与所述fe
3+
溶液的质量体积比为1g：(5～10)ml；所述fe
3+
溶液中fe
3+
的浓度为0.25～0.5mol
·
l-1
；所述浸渍改性的温度为20～30℃，时间为2～3h。
[0017]
进一步地，所述贵金属为pt、ag或au。
[0018]
本发明技术方案之二：上述活性炭吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
[0019]
(1)将改性活性炭、改性tio2、fe3o4、贵金属和压片粘合剂混合得到混合固体；
[0020]
(2)将步骤(1)得到的混合固体置于压片机中压片，得到所述活性炭吸附材料。
[0021]
进一步地，步骤(1)中，所述混合的混合时间为10～20min；步骤(2)中所述压片机压片至活性炭吸附材料的硬度达到95％。
[0022]
本发明技术方案之三：上述活性炭吸附材料在空气净化方面的应用
[0023]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0024]
(1)本发明制备的活性炭吸附材料对甲醛、苯和四氯化碳具有良好的吸附性能，对甲醛具有良好的去除性能，其对甲醛的吸附率高达420mg/g，对苯的吸附率高达483mg/g，对四氯化碳的吸附率高达60mg/g，对甲醛的去除率高达99.48％。
[0025]
(2)本发明利用盐酸和高锰酸钾对活性炭进行复合改性，增加了活性炭粉末表面的含氧官能团，且增加了活性炭的中孔数目以及微孔孔容，提高了活性炭对空气中甲醛、苯和四氯化碳的吸附能力；
[0026]
(3)本发明在盐酸和高锰酸钾复合改性时，先利用盐酸对活性炭进行改性，在增加含氧官能团的同时，对活性炭表面进行进一步的刻蚀，增加中孔数目以及总表面积，之后再利用高锰酸钾进行氧化改性，使活性炭表面含有较多含氧官能团，从而利于对空气中甲醛、苯和四氯化碳的吸附；
[0027]
(4)本发明利用fe
3+
对tio2进行改性，将fe
3+
负载于tio2表面，促进了tio2对甲醛、苯和四氯化碳的光分解；
[0028]
(5)本发明在活性炭吸附材料中增加的fe3o4中的fe2o3增强了活性炭的吸附能力，提高了tio2对甲醛、苯和四氯化碳的光分解的能力，同时，活性炭的吸附以及tio2光分解能够同时通过fe2o3表面进行，提高了活性炭吸附以及光分解的协同效应；
[0029]
(6)本发明在活性炭吸附材料中增加的fe3o4中的feo具有一定的还原性，能够同光催化产生的臭氧以及空气中的臭氧进行氧化还原反应，而且三价铁氧化物(氧化产物)还能进一步促进光催化的进行；
[0030]
(7)本发明在活性炭吸附材料中增加的贵金属与fe3o4具有协同作用，能够共同促
进tio2对甲醛、苯和四氯化碳的光分解。
具体实施方式
[0031]
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。
[0032]
另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
[0033]
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
[0034]
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
[0035]
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
[0036]
以下实施例中，所述粉末状活性炭为购自江苏鑫昌活性炭有限公司，货号为0007的粉状活性炭(325目)；所述压片粘合剂为购自山东萍聚生物科技有限公司的萍聚压片粘合剂；
[0037]
以下实施例中由于纯化活性炭的制备过程中以及盐酸改性活性炭的制备过程中活性炭质量变化较小，故盐酸以及高锰酸钾的用量计算以粉末状活性炭的质量进行计算。
[0038]
以下实施例中，压片粘合剂的目的在于保证最终活性炭吸附材料的硬度，其添加量依据活性炭吸附材料的硬度进行适量添加。
[0039]
实施例1
[0040]
一、活性炭的改性：
[0041]
(1)将5g粉末状活性炭用去离子水洗涤，直至洗涤液澄清，之后将粉末状活性炭置于烘干机中，于120℃烘干1h，得到纯化活性炭；
[0042]
(2)将步骤(1)得到的纯化活性炭置于25ml质量分数为5％的盐酸溶液中，于30℃下改性2h，之后用去离子水洗涤，直至洗涤液的ph＝7，得到盐酸改性活性炭；
[0043]
(3)将步骤(2)得到的盐酸改性活性炭置于25ml浓度为0.10mol
·
l-1
的高锰酸钾溶液中，于70℃下改性30min，之后用水洗涤至洗涤液无色，得到高锰酸钾-盐酸改性活性炭，即改性活性炭；
[0044]
二、tio2的改性：
[0045]
将1g粉末状tio2置于5ml0.25mol
·
l-1
的fecl3中，于20℃下浸渍改性2h，得到改性tio2；
[0046]
三、吸附材料的制备：
[0047]
(1)将5g步骤一得到的改性活性炭、1g步骤二得到的改性tio2、0.6g粉末状fe3o4和0.05g粉末状pt混合10min得到混合固体；
[0048]
(2)将步骤(1)得到的混合固体置于压片机中压片，直至混合固体的硬度达到95％，得到活性炭吸附材料。
[0049]
实施例2
[0050]
一、活性炭的改性：
[0051]
(1)将6.3g粉末状活性炭用去离子水洗涤，直至洗涤液澄清，之后将粉末状活性炭置于烘干机中，于120℃烘干1h，得到纯化活性炭；
[0052]
(2)将步骤(1)得到的纯化活性炭置于50.4ml质量分数为7％的盐酸溶液中，于40℃下改性2.5h，之后用去离子水洗涤，直至洗涤液的ph＝7，得到盐酸改性活性炭；
[0053]
(3)将步骤(2)得到的盐酸改性活性炭置于50.4ml浓度为0.11mol
·
l-1
的高锰酸钾溶液中，于80℃下改性45min，之后用水洗涤至洗涤液无色，得到高锰酸钾-盐酸改性活性炭，即改性活性炭；
[0054]
二、tio2的改性：
[0055]
将1.2g粉末状tio2置于9.6ml0.4mol
·
l-1
的fecl3中，于25℃下浸渍改性2.5h，得到改性tio2；
[0056]
三、吸附材料的制备：
[0057]
(1)将6.3g步骤一得到的改性活性炭、1.2g步骤二得到的改性tio2、0.75g粉末状fe3o4、0.07g粉末状ag和0.02g压片粘合剂混合15min得到混合固体；
[0058]
(2)将步骤(1)得到的混合固体置于压片机中压片，直至混合固体的硬度达到95％，得到活性炭吸附材料。
[0059]
实施例3
[0060]
一、活性炭的改性：
[0061]
(1)将7.5g粉末状活性炭用去离子水洗涤，直至洗涤液澄清，之后将粉末状活性炭置于烘干机中，于120℃烘干1h，得到纯化活性炭；
[0062]
(2)将步骤(1)得到的纯化活性炭置于75ml质量分数为8％的盐酸溶液中，于50℃下改性3h，之后用去离子水洗涤，直至洗涤液的ph＝7，得到盐酸改性活性炭；
[0063]
(3)将步骤(2)得到的盐酸改性活性炭置于75ml浓度为0.12mol
·
l-1
的高锰酸钾溶液中，于90℃下改性60min，之后用水洗涤至洗涤液无色，得到高锰酸钾-盐酸改性活性炭，即改性活性炭；
[0064]
二、tio2的改性：
[0065]
将1.5g粉末状tio2置于15ml0.5mol
·
l-1
的fecl3中，于30℃下浸渍改性3h，得到改性tio2；
[0066]
三、吸附材料的制备：
[0067]
(1)将7.5g步骤一得到的改性活性炭、1.5g步骤二得到的改性tio2、0.9g粉末状fe3o4、0.1g粉末状au和0.02g压片粘合剂混合20min得到混合固体；
[0068]
(2)将步骤(1)得到的混合固体置于压片机中压片，直至混合固体的硬度达到95％，得到活性炭吸附材料。
[0069]
对比例1
[0070]
同实施例3，区别在于，步骤一活性炭的改性为：
[0071]
(1)将7.5g粉末状活性炭用去离子水洗涤，直至洗涤液澄清，之后将粉末状活性炭置于烘干机中，于120℃烘干1h，得到纯化活性炭；
[0072]
(2)将步骤(1)得到的纯化活性炭置于75ml浓度为0.12mol
·
l-1
的高锰酸钾溶液中，于90℃下改性60min，之后用水洗涤至洗涤液无色，得到高锰酸钾改性活性炭；
[0073]
(3)将步骤(2)得到的高锰酸钾改性活性炭置于75ml质量分数为8％的盐酸溶液中，于50℃下改性3h，之后用去离子水洗涤，直至洗涤液的ph＝7，得到高锰酸钾-盐酸改性活性炭，即改性活性炭。
[0074]
对比例2
[0075]
同实施例3，区别在于，步骤一活性炭的改性为：
[0076]
(1)将7.5g粉末状活性炭用去离子水洗涤，直至洗涤液澄清，之后将粉末状活性炭置于烘干机中，于120℃烘干1h，得到纯化活性炭；
[0077]
(2)将步骤(1)得到的纯化活性炭置于75ml质量分数为8％的盐酸溶液中，于50℃下改性3h，之后用去离子水洗涤，直至洗涤液的ph＝7，得到盐酸改性活性炭，即改性活性炭。
[0078]
对比例3
[0079]
同实施例3，区别在于，步骤一活性炭的改性为：
[0080]
(1)将7.5g粉末状活性炭用去离子水洗涤，直至洗涤液澄清，之后将粉末状活性炭置于烘干机中，于120℃烘干1h，得到纯化活性炭；
[0081]
(2)将步骤(1)得到的纯化活性炭置于75ml浓度为0.12mol
·
l-1
的高锰酸钾溶液中，于90℃下改性60min，之后用水洗涤至洗涤液无色，得到高锰酸钾改性活性炭，即改性活性炭。
[0082]
对比例4
[0083]
同实施例3，区别在于，省略步骤一，步骤三吸附材料的制备中的步骤(1)为将7.5g活性炭、1.5g步骤二得到的改性tio2、0.9g粉末状fe3o4、0.1g粉末状au和0.02g压片粘合剂混合20min得到混合固体。
[0084]
对比例5
[0085]
同实施例3，区别在于，省略步骤二，步骤三吸附材料的制备中的步骤(1)为将7.5g步骤一得到的改性活性炭、1.5g粉末状tio2、0.9g粉末状fe3o4、0.1g粉末状au和0.02g压片粘合剂混合20min得到混合固体。
[0086]
对比例6
[0087]
同实施例3，区别在于，步骤三吸附材料的制备中的步骤(1)为将7.5g步骤一得到的改性活性炭、1.5g步骤二得到的改性tio2、0.1g粉末状au和0.02g压片粘合剂混合20min得到混合固体。
[0088]
对比例7
[0089]
同实施例3，区别在于，步骤三吸附材料的制备中的步骤(1)为将7.5g步骤一得到的改性活性炭、1.5g步骤二得到的改性tio2、0.9g粉末状fe3o4和0.02g压片粘合剂混合20min得到混合固体。
[0090]
对比例8
[0091]
同实施例3，区别在于，步骤三吸附材料的制备中的步骤(1)为将7.5g步骤一得到的改性活性炭、1.5g步骤二得到的改性tio2、0.9g粉末状fe3o4和0.1g粉末状au0.02g混合20min得到混合固体。
[0092]
效果验证：
[0093]
对实施例1～3以及对比例1～8制备的活性炭吸附材料依据行业标准ly/t 3012-2018《室内空气净化用活性炭》进行甲醛、苯和四氯化碳的吸附能力测试，测试结果如表1所示；
[0094]
表1吸附能力
[0095] 甲醛吸附率(mg/g)苯吸附率(mg/g)四氯化碳吸附率(mg/g)实施例140846257实施例241247659实施例342048360对比例138241249对比例236738343对比例335537845对比例433834733对比例539245855对比例637940852对比例737639748对比例837139044
[0096]
待实施例1～3以及对比例1～8制备的活性炭吸附材料吸附饱和后，取1g吸附饱和的活性炭吸附材料置于真空度为0.02mpa的真空容器中，控制真空容器内部温度为50℃进行脱附，5h后测定空气中甲醛的含量，并计算甲醛去除率，其测定结果如表2所示；
[0097]
表2甲醛去除率
[0098][0099][0100]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发
明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种用于空气净化的活性炭吸附材料，其特征在于，包括以下重量份原料：2.根据权利要求1所述的活性炭吸附材料，其特征在于，所述改性活性炭的制备方法为：(1)将活性炭用水洗涤至洗涤液澄清，得到纯化活性炭；(2)将步骤(1)得到的纯化活性炭在盐酸溶液中酸改性，之后用水洗涤至洗涤液ph＝7，得到盐酸改性活性炭；(3)将步骤(2)得到的盐酸改性活性炭在高锰酸钾溶液中氧化改性，之后用水洗涤至洗涤液无色，得到高锰酸钾-盐酸改性活性炭，即所述改性活性炭。3.根据权利要求2所述的活性炭吸附材料，其特征在于，步骤(2)中，所述纯化活性炭与所述盐酸溶液的质量体积比为1g：(5～10)ml；所述盐酸溶液的质量分数为5％～8％；所述酸改性的温度为30～50℃，时间为2～3h。4.根据权利要求2所述的活性炭吸附材料，其特征在于，步骤(3)中，所述盐酸改性活性炭与所述高锰酸钾溶液的质量体积比为1g：(5～10)ml；所述高锰酸钾溶液的浓度为0.10～0.12mol
·
l-1
；所述氧化改性的温度为70～90℃，时间为30～60min。5.根据权利要求1所述的活性炭吸附材料，其特征在于，所述改性tio2的制备方法为：将tio2在fe
3+
溶液中浸渍改性，之后用水洗涤至洗涤液无色，得到改性tio2。6.根据权利要求5所述的活性炭吸附材料，其特征在于，所述tio2与所述fe
3+
溶液的质量体积比为1g：(5～10)ml；所述fe
3+
溶液中fe
3+
的浓度为0.25～0.5mol
·
l-1
；所述浸渍改性的温度为20～30℃，时间为2～3h。7.根据权利要求1所述的活性炭吸附材料，其特征在于，所述贵金属为pt、ag或au。8.一种权利要求1～7任一项所述活性炭吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将改性活性炭、改性tio2、fe3o4、贵金属和压片粘合剂混合得到混合固体；(2)将步骤(1)得到的混合固体置于压片机中压片，得到所述活性炭吸附材料。9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述混合的混合时间为10～20min；步骤(2)中所述压片机压片至活性炭吸附材料的硬度达到95％。10.一种权利要求1～7任一项所述活性炭吸附材料在空气净化方面的应用。

技术总结
本发明公开了一种用于空气净化的活性炭吸附材料及其制备方法，属于活性炭吸附材料制备技术领域。本发明公开的活性炭吸附材料包括以下重量份原料：改性活性炭50～75份、改性TiO210～15份、Fe3O46～9份、贵金属0.5～1份和压片粘合剂0～2份。本发明公开的活性炭吸附材料对甲醛、苯和四氯化碳具有良好的吸附性能，对甲醛具有良好的去除性能，其对甲醛的吸附率高达420mg/g，对苯的吸附率高达483mg/g，对四氯化碳的吸附率高达60mg/g，对甲醛的去除率高达99.48％。达99.48％。


技术研发人员：杨燕
受保护的技术使用者：山东省临沂生态环境监测中心
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/8/9