專利名稱：一種高效空氣凈化材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅鎂纖維復(fù)合礦物高性能吸附劑的制備技術(shù)，包括用半干法進(jìn)行礦物纖維表面的活化和表面有機(jī)化改性，通過(guò)制粒、結(jié)合微波造孔技術(shù)，焙燒定型工藝等技術(shù)方案。具體地說(shuō)就是利用預(yù)富集纖維結(jié)構(gòu)微孔礦物，通過(guò)酸活化、表面改性，制粒、造孔、 焙燒等工藝，制備成對(duì)室內(nèi)污染物如甲醛、氨、揮發(fā)性有機(jī)物具有高效吸附能力的硅鎂礦物復(fù)合吸附劑，用于填充室內(nèi)裝飾物，美化環(huán)境，凈化空氣。
背景技術(shù)：
人類至少70%以上的時(shí)間在室內(nèi)渡過(guò)，而城市人口，特別是嬰幼兒和老弱殘疾者， 在室內(nèi)度過(guò)的時(shí)間更長(zhǎng)，甚至超過(guò)了 90%。一般而言，室內(nèi)空氣污染物如甲醛、氨、有機(jī)氣體等污染物的濃度是室外大氣濃度的2 5倍，而對(duì)于新裝修，密閉性比較好的新型建筑，其室內(nèi)污染物的濃度甚至是室外大氣中的幾十到幾百倍。隨著我國(guó)人民生活水平的迅速提高，現(xiàn)代人對(duì)生活質(zhì)量和健康的追求越來(lái)越高， 結(jié)果是住房面積增大，裝修的越來(lái)越豪華、嚴(yán)密。但由于我國(guó)建筑裝飾材料的衛(wèi)生質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)督與管理等方面管理不到位，造成大量的劣質(zhì)裝修材料充斥著建材市場(chǎng)。 結(jié)果表明，由于裝修造成的室內(nèi)空氣污染，已成為導(dǎo)致居住者，尤其對(duì)兒童、老年人、孕婦以及職業(yè)接觸者身體健康的最大危害來(lái)源。調(diào)查表明，在室內(nèi)環(huán)境污染物中，甲醒、氨、苯(系物)和放射性物質(zhì)等四類是普遍存在，為害最嚴(yán)重的。如北京市抽查6座新樓，甲醛超標(biāo)數(shù)42%，NH3超標(biāo)數(shù)80%，其中北京現(xiàn)代城的NH3超標(biāo)量20倍。甲醛被稱為室內(nèi)環(huán)境的“第一殺手”。室內(nèi)甲醛主要來(lái)源有 建筑裝修用膠合板、細(xì)木工板、中密度纖維板和刨花板等人造板材；含有甲醛成分的各類涂料，如乳膠漆、合成纖維、粘合劑、油漆和內(nèi)墻涂料等；以及含有甲醛的裝飾紡織品，如床上用品、墻布、墻紙、化纖地毯、窗簾和布藝家居和衣服等。甲醛能與人體蛋白質(zhì)結(jié)合使蛋白質(zhì)凝固，屬原漿毒類，易造成局部皮膚甚至全身的過(guò)敏反應(yīng)。人對(duì)甲醛感受的個(gè)體差異較大， 眼睛最敏感，嗅覺(jué)和呼吸道(上呼吸道黏膜)刺激次之，然后是皮膚。有關(guān)污染空氣凈化的方法很多，其中利用吸附劑吸附方法使空氣中的污染物濃度減少，是空氣凈化的主要方法。如ZL. 200910017520. 2提出用沸石，海泡石，硅藻土，膨潤(rùn)土，活性炭，納米硅溶膠，有機(jī)胺聚合物，活性炭纖維，無(wú)紡布等混合，制成有害物質(zhì)的吸附材料。ZL. 200510032024. 6利用活性炭或木炭，添加劑硅膠體、次氯酸鈣、無(wú)水硫酸銅、無(wú)水氯化鈣或氧化鈣等混合制成空氣污染治理的新型吸附材料。CN101422722以活性炭為基礎(chǔ)材料，在活性炭上添加可溶性二價(jià)銅鹽和單質(zhì)碘元素，以消除氨、二氧化氮、臭氧、碘和硫化物等，使過(guò)濾后的空氣更加潔凈。常用的活性炭有木炭、竹炭、果核(殼)炭，煤質(zhì)炭，石墨及膨脹石墨及其相關(guān)的制品如碳纖維、炭黑等，總體來(lái)說(shuō)，這類吸附劑以活性炭為基礎(chǔ)，但多數(shù)活性炭的孔徑差異大，對(duì)污染物吸附的選擇性不好，價(jià)格也較高。其它材料如分子篩、活性氧化鋁、硅溶膠、硅藻土、蒙脫石、沸石等都具有一定的吸附性，但對(duì)污染物的吸附效果各不相同。如CN1554447公開(kāi)一種活化超細(xì)加工凹凸棒石或海泡石與沸石配比造粒，與顆粒狀活性炭混合而制成的超細(xì)活化復(fù)合吸附空氣凈化劑。 CN101138715公開(kāi)了一種TiO2柱撐膨潤(rùn)土吸附-光催化一體化催化劑的制備方法，利用具有光催化性能的TiO2使吸附濃縮到粘土顆粒中污染物，降解，形成無(wú)害的CO2和H2O,從而達(dá)到標(biāo)本兼治的目標(biāo)。但由于室內(nèi)光條件下不存在紫外線，TiO2的光催化作用發(fā)揮不出來(lái)，結(jié)果達(dá)不到清除的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過(guò)對(duì)天然礦物的酸活化處理和纖維束的解束分散，疏通礦物晶體中天然存在的結(jié)構(gòu)微孔，增加礦物纖維粉體的比表面積，再通過(guò)與表面活性劑反應(yīng)后制粒，借助微波爐進(jìn)行造孔，然后低溫焙燒使產(chǎn)品定型，從而制成對(duì)空氣污染物具有高效吸附性能的高效空氣凈化材料，解決了天然礦物對(duì)污染物的吸附能力弱的問(wèn)題。本發(fā)明提供的高效空氣凈化材料的制備方法包括第I、利用以硅鎂為主要成分的粘土礦物纖維為原料，包括經(jīng)預(yù)富集的海泡石、凹凸棒石和水鎂石；通過(guò)半干法酸活化溶蝕纖維顆粒間的碳酸鹽和氧化物，使纖維束易于被機(jī)械力解離分散，同時(shí)疏通礦物纖維晶體的結(jié)構(gòu)微孔，使礦物的比表面積大幅增加；第2、然后在第I步酸活化后的粘土礦物纖維表面加入表面活性劑，表面活性劑與礦物纖維的表面原子發(fā)生反應(yīng)，而在礦物纖維的表面接枝了有機(jī)官能團(tuán)，以增加礦物粉體對(duì)甲醛、氨氣以及其它揮發(fā)性有機(jī)污染物分子的吸附能力；第3、再經(jīng)制粒，低溫干燥后，利用微波爐產(chǎn)生的微波與礦物纖維晶體中的層間水、 結(jié)合水、結(jié)構(gòu)水等水分子特殊的作用進(jìn)行造孔，然后轉(zhuǎn)移到焙燒爐中，低溫焙燒使產(chǎn)品定型，以增加顆粒的強(qiáng)度，減少運(yùn)輸使用過(guò)程中的灰塵，從而制成對(duì)甲醛、氨氣以及其它揮發(fā)性有機(jī)污染物具有很強(qiáng)吸附能力的微孔結(jié)構(gòu)的空氣凈化材料，或稱礦物吸附功能高效吸附劑。本發(fā)明方法的具體操作過(guò)程如下I)將經(jīng)過(guò)預(yù)富集的高品位硅鎂礦物纖維加入到高速混合機(jī)中，攪拌速度低于 100轉(zhuǎn)/min(rpm),攪拌IOmin 30min,攪拌過(guò)程中，將稀釋后的酸溶液用噴壺,通過(guò)混合機(jī)的加液口噴灑到礦物粉體中，然后提高攪拌速度，保持在800轉(zhuǎn)/min(rpm)以上，分散 IOmin 30min,形成半干法酸活化處理；2)然后加入表面活性劑，繼續(xù)以800轉(zhuǎn)/min以上的攪拌速度高速分散20min 30min后，得到酸活化-有機(jī)改性的礦物纖維粉體；3)將第2)步得到的改性礦物粉體轉(zhuǎn)移到制粒機(jī)中，噴水制成粒徑為I. Omm IOmm的球型顆粒；4)然后105°C烘2h，或自然干燥后，送入微波爐中，在1200W的微波爐中加熱 3min IOmin ;然后轉(zhuǎn)移到焙燒爐中低溫焙燒，焙燒溫度為250°C 600°C，加熱時(shí)間 60min 120min,最后形成具有微孔結(jié)構(gòu)和高效吸附功能的空氣凈化材料。所述的預(yù)富集高品位硅鎂礦物，主要是指天然礦物海泡石、凹凸棒石、水鎂石等的原礦，使用之前經(jīng)過(guò)機(jī)械選礦富集，使其品位大幅提高。所述的高品位是指原料中相應(yīng)礦物的含量要求大于60%的海泡石、凹凸棒石、水鎂石等纖維結(jié)構(gòu)的粘土礦物。它們是具有納米微孔結(jié)構(gòu)的纖維礦物，可以是其中的一種、兩種或兩種以上的混合物。所述的酸為鹽酸或磷酸，用水稀釋成濃度為2.0mol/L(M) 5.0mol/L(M)的稀酸，然后將稀酸通過(guò)高速混合機(jī)的加液口噴霧加入，酸的加入量以酸液體積(L)/礦粉重量 (kg)表不為10% 15%。所述的半干法酸活化處理，是由于加入稀酸的體積相對(duì)于粘土礦物的吸水量來(lái)說(shuō)，不足以使粘土礦物完全潤(rùn)濕，形成粘泥或泥漿；僅為潮濕的分散狀態(tài)下進(jìn)行操作，故稱為半干法。所述的表面活性劑是指聚乙烯醇或聚丙烯酰胺，其加入重量為礦粉重量的2% 5%。所述的球型顆粒的粒徑為I. Omm 10mm。所述的微波造孔，是指在球型顆粒干燥后，利用微波爐作為熱源，微波輻射被水分子吸收后形成的強(qiáng)烈反應(yīng)，進(jìn)行造孔。所述的低溫焙燒是指在溫度為250°C 600°C的溫度下加熱60min 120min。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本發(fā)明利用預(yù)富集硅鎂粘土礦物纖維，加工成礦物吸附功能復(fù)合材料。即通過(guò)半干法酸活化處理，一方面溶蝕纖維顆粒間的碳酸鹽、氧化物等膠結(jié)物，使纖維束易于被機(jī)械力解離分散，達(dá)到疏通纖維晶體中被膠結(jié)物封閉的結(jié)構(gòu)微孔，擴(kuò)大內(nèi)、外比表面積，結(jié)合有機(jī)試劑進(jìn)行表面改性，形成與有機(jī)污染物具有親和性的基體，增加對(duì)甲醛、氨氣以及其它揮發(fā)性有機(jī)污染物分子的吸附能力；再經(jīng)制粒，在干燥過(guò)程中利用微波與水分子特殊的作用進(jìn)行造孔，然后焙燒定型，既減少運(yùn)輸、使用過(guò)程中的灰塵，又強(qiáng)化吸附劑對(duì)甲醛、氨氣及其它揮發(fā)性有機(jī)污染物等的吸附能力，制成對(duì)甲醛、氨氣、揮發(fā)性有機(jī)物等室內(nèi)空氣污染物具有很強(qiáng)吸附能力的多微孔球型顆粒吸附劑。然后，安放于中空帶有氣孔的花瓶、花盆，或織物包裹物等不同類型工藝品等室內(nèi)裝飾物中，在美化環(huán)境的同時(shí)，降低室內(nèi)污染物甲醛、氨氣等有害氣體的濃度，達(dá)到凈化室內(nèi)空氣，預(yù)防裝修病，提高居住者的健康水平的目標(biāo)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的高效室內(nèi)空氣凈化材料的制備方法的具體操作步驟如下第一步、稱量礦物粉體(硅鎂礦物纖維)的重量，加入到轉(zhuǎn)速低于IOOrpm的高速混合機(jī)中，蓋好蓋使其密封，攪拌時(shí)間IOmin 30min,攪拌過(guò)程中，將稀釋后的酸溶液用噴壺，通過(guò)混合機(jī)的加液口噴灑到礦物粉體中，然后提高攪拌速度，保持在800轉(zhuǎn)/min(rpm) 以上，分散IOmin 30min，形成半干法酸活化處理；第二步、降低攪拌速度為IOOrpm以下，打開(kāi)密封蓋，定量加入表面活性劑，再次密封并調(diào)整轉(zhuǎn)速為800rpm以上，繼續(xù)攪拌20min 30min后，得到酸活化-有機(jī)改性的礦物纖維粉體。第三步、將第二步得到的改性礦物纖維粉體倒入制粒機(jī)中，啟動(dòng)制粒機(jī)，噴入水霧，使改性礦物纖維粉體自然形成顆粒，根據(jù)需要制成粒徑為I. Omm IOmm的球型顆粒。第四步、將第三步得到的球型顆粒自然晾干，然后在微波爐中進(jìn)行加熱，在1200W 條件下加熱3min IOmin后，轉(zhuǎn)入回轉(zhuǎn)窯中焙燒，焙燒溫度為250°C 600°C，加熱時(shí)間 60min 120mino
第五步、將第三步得到的焙燒顆粒自然冷卻后，立即裝入帶有密封層的編織袋中， 入庫(kù)密封保存。最終得到一種高性能吸附甲醛、氨氣等室內(nèi)污染物的空氣凈化材料。實(shí)施例I第一步稱量海泡石礦物粉體50kg和凹凸棒石礦物粉體50kg，加入到轉(zhuǎn)速為 IOOrpm的高速混合機(jī)中，蓋好蓋使其密封，攪拌時(shí)間lOmin，攪拌過(guò)程中，通過(guò)加液口噴入濃度為3. OM的磷酸12L ;然后，調(diào)整轉(zhuǎn)速為lOOOrpm，繼續(xù)高速攪拌20min ；調(diào)整轉(zhuǎn)速為80rpm，打開(kāi)密封蓋，加入聚丙烯酰胺2. 5kg，再次密封并調(diào)整轉(zhuǎn)速為 1200rpm，繼續(xù)攪拌30min后，得到酸活化聚丙烯酰胺改性的海泡石、凹凸棒石礦物粉體。第二步將酸活化聚丙烯酰胺改性海泡石、凹凸棒石礦物粉體倒入制粒機(jī)中，啟動(dòng)制粒機(jī)，噴入水霧，使改性粘土自然形成顆粒，根據(jù)需要制成粒徑為5mm的球型顆粒。第三步將第二步得到的球型顆粒晾干后，用微波爐在1200W下加熱lOmin，得到孔隙度很好的顆粒，然后轉(zhuǎn)入回轉(zhuǎn)窯中焙燒，焙燒溫度為350°C，加熱時(shí)間120min。第四步將第三步得到的焙燒顆粒自然冷卻后，立即裝入帶有密封層的編織袋中， 入庫(kù)密封保存。最終得到一種高性能吸附甲醛、氨氣等室內(nèi)污染物的空氣凈化材料。應(yīng)用實(shí)驗(yàn)在一間25m2的新裝修的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，首先關(guān)閉門(mén)窗，5h后，在室內(nèi)不同區(qū)域采樣測(cè)試室內(nèi)甲醛、氨及揮發(fā)性有機(jī)物總量(Tvres)為初始含量。然后將裝有上述復(fù)合吸附劑顆粒500g的放入底部及周邊帶有孔道裝飾圖案的工藝花卉，至于實(shí)驗(yàn)臺(tái)的中部；分別在4h、 24h、48h后按初始采樣方法同樣測(cè)試室內(nèi)甲醛、氨及TVQCs。結(jié)果變化如表I :表I :應(yīng)用實(shí)施例I實(shí)測(cè)測(cè)試結(jié)果的平均值(每個(gè)測(cè)試項(xiàng)有3個(gè)采樣測(cè)試點(diǎn))
權(quán)利要求
1.一種高效空氣凈化材料的制備方法，其特征在于該方法包括第I、利用以硅鎂為主要成分的粘土礦物纖維為原料，包括經(jīng)預(yù)富集的海泡石、凹凸棒石和水鎂石；通過(guò)半干法酸活化溶蝕纖維顆粒間的碳酸鹽和氧化物，使纖維束易于被機(jī)械力解離分散，同時(shí)疏通礦物纖維晶體的結(jié)構(gòu)微孔，使礦物的比表面積大幅增加；第2、然后在第I步酸活化后的粘土礦物纖維表面加入表面活性劑，表面活性劑與礦物纖維的表面原子發(fā)生反應(yīng)，而在礦物纖維的表面接枝了有機(jī)官能團(tuán)，以增加礦物粉體對(duì)甲醛、氨氣以及其它揮發(fā)性有機(jī)污染物分子的吸附能力；第3、再經(jīng)制粒，低溫干燥后，利用微波爐產(chǎn)生的微波與礦物纖維晶體中的層間水、結(jié)合水和結(jié)構(gòu)水分子特殊的作用進(jìn)行造孔，然后轉(zhuǎn)移到焙燒爐中，低溫焙燒使產(chǎn)品定型，以增加顆粒的強(qiáng)度，減少運(yùn)輸使用過(guò)程中的灰塵，從而制成對(duì)甲醛、氨氣以及其它揮發(fā)性有機(jī)污染物具有很強(qiáng)吸附能力的微孔結(jié)構(gòu)的空氣凈化材料，或稱礦物吸附功能吸附劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于該方法的具體操作過(guò)程及條件如下.1)將經(jīng)過(guò)預(yù)富集的高品位硅鎂礦物纖維加入到高速混合機(jī)中，以低于100轉(zhuǎn)/ min(rpm)速度攪拌IOmin 30min,攪拌過(guò)程中，將稀釋后的酸溶液用噴壺,通過(guò)混合機(jī)的加液口噴灑到礦物粉體中，然后提高攪拌速度，保持在800轉(zhuǎn)/min(rpm)以上，分散 IOmin 30min,形成半干法酸活化處理；.2)然后加入表面活性劑，繼續(xù)以800轉(zhuǎn)/min以上的攪拌速度高速分散20min 30min 后，得到酸活化-有機(jī)改性的礦物纖維粉體；.3)將第2)步得到的改性礦物粉體轉(zhuǎn)移到制粒機(jī)中，噴水制成粒徑為I.Omm 10_的球型顆粒；.4)然后105°C烘2h，或自然干燥后，送入微波爐中，在1200W的微波爐中加熱3min IOmin ;然后轉(zhuǎn)移到焙燒爐中低溫焙燒，焙燒溫度為250°C 600°C，加熱時(shí)間60min 120min，最后形成具有微孔結(jié)構(gòu)和高效吸附功能的空氣凈化材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于所述的高品位硅鎂礦物纖維是指原料中相應(yīng)礦物的含量要求大于60% ;所述原料是海泡石、凹凸棒石和水鎂石中的一種或兩種以上的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于所述的酸為鹽酸或磷酸，用水稀釋成濃度為2. OmoI/L 5. OmoI/L的稀酸，然后將稀酸通過(guò)高速混合機(jī)的加液口噴霧加入，酸的加入量以酸液體積L/礦粉重量kg表示為10% 15%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于所述的表面活性劑是聚乙烯醇或聚丙烯酰胺，加入重量為礦粉重量的2% 5%。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于第4)步利用微波爐加熱法對(duì)球型顆粒進(jìn)行造孔，指利用微波爐作為熱源，通過(guò)微波輻射被水分子吸收后形成的強(qiáng)烈反應(yīng)，進(jìn)行造孔。
全文摘要
一種高效空氣凈化材料的制備方法。該方法以硅鎂為主要成分的粘土礦物纖維為原料，通過(guò)半干法酸活化溶蝕纖維顆粒間的碳酸鹽和氧化物，使纖維束易于被機(jī)械力解離分散，同時(shí)疏通礦物纖維晶體的結(jié)構(gòu)微孔，使礦物的比表面積大幅增加；然后加入表面活性劑，增加礦物粉體對(duì)甲醛、氨氣以及其它揮發(fā)性有機(jī)污染物分子的吸附能力；再經(jīng)制粒，并進(jìn)行造孔后，低溫焙燒使產(chǎn)品定型，從而制成高效室內(nèi)空氣凈化材料。將該材料安放于中空帶有氣孔的花瓶、花盆，或紡織物包裹等不同類型室內(nèi)裝飾物中，可以在美化環(huán)境的同時(shí)，降低室內(nèi)污染物甲醛、氨氣等有害氣體的濃度，達(dá)到凈化室內(nèi)空氣，預(yù)防裝修病，提高居住者的健康水平的目標(biāo)。
文檔編號(hào)B01J20/16GK102580703SQ20121007182
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者張國(guó)強(qiáng), 湯慶國(guó) 申請(qǐng)人:張國(guó)強(qiáng), 湯慶國(guó)