吸附反应型甲醛去除剂的研制

吸附反应型甲醛去除剂的研制 吸附反应型甲醛去除剂的研制 环境与健康杂志2007年1月第24卷第1期JEndmnHealth,January2007,Vo1.24,No.1 文章编号:1001—5914(2007)01-0026-03 吸附反应型甲醛去除剂的研制 郭光美,李淑芳,段惠敏,李景印,王云清 【论着】 摘要:目的研究一种能有效去除室内空气中甲醛的去除剂.方法以活性炭为原料, ,通过活化, 以KOH为活化剂 浸渍,研究了活性炭的粒度,活化时间,活化温度,浸渍时间等对甲醛去除剂吸附量的影响.结果确定了制备甲醛去除剂 的最适宜工艺条件以及吸附甲醛的最佳条件(粒度为100目,碱炭质量比为3:1,活化温度为600?,活化时间为1.5h,浸 渍时间为2h).甲醛去除剂对甲醛的质量吸附率达到49.6%,比面积1591m2/g,孔容1.01cm3/g,因此经过改性处理的 活性炭其质量吸附率,比表面积均大于未处理的活性炭.结论该甲醛去除剂可有效去除甲醛. 关键词:空气污染,室内;活性炭;甲醛 中圈分类号:R122.2文献标识码:A StudyonAdsorption-ReactionFormaldehydeRemoverGUOGuang-mei,LIShu-fang,D ?Hui-mir~etDepartmentof ScienceandTechnology,HebeiUniversity,批IzJI獬%肭O50018,Cldna Abstract:ObjectiveTodeveloparemoverofformaldehydeinindoorair.MethodsActivatedc arbonwasusedagtheraw materials.potassiumhydroxideastheactivator.Theactivatedcarbonwa8modifiedthrougha ctivationandimpregnation.The influencefactorsfortheformaldehydeadsorptionpropertyofactivatedcarbonswereevahate d,suchasthesize,activation temperature.activationtimeandimpregnationtime.Results1'IIeoptimumtechnicsconditio nsfordevelopingtheformaldehyde removerandtheoptimumconditionstoabsorbformaldehyrdewereconfirmed.Themassads orptioncapacityoftheadsorbentWas 49.,theBETsurfaceareawasabout1591m2/gandthetotalporevolumeWasl-olcmVg.Concl usion1hem哪adsorption capacityofformaldehydeandtheBETsurfaceareaofthemodifiedactivatedcarboninthepres entpaperarebetterthanthoseof unmodifiedactivatedcarbon. Keywords:Airpollution,indoonActivatedcarbon;FormMdehyde 装修材料中大多含有脲醛树脂,酚醛树脂,三聚 氰胺甲醛树脂等【11,当这些物质遇热时,就会分解出甲 醛.国家制定室内甲醛质量浓度限值为0.08mg/m3.据 有关报道,新装修的居室大多存在着甲醛超标,有的 质量浓度高达0.81mg/m3,对人体健康构成了极大的 威胁.因此对室内甲醛污染的治理已经引起了人们的 普遍关注,通常采用治理甲醛的方法有氧化还原法, 催化燃烧法,生化处理法,物理化学吸附法等[21,但是 这些方法大多处理成本高,存在二次污染.笔者利用 价廉的活性炭作为原料,经活化,浸渍等制备了吸附 反应型甲醛去除剂,考察碱碳比,吸附时间,吸附温 度,吸附极限容量等对甲醛去除剂吸附量的影响,确 定制备甲醛去除剂最适宜的工艺条件以及吸附甲醛 的最佳条件. l材料与方法 1.1仪器及试剂 NOVA-2000型比表面测定仪(美国康塔公司), 1012型干燥箱(上海市实验仪器厂),pHS.2型酸度计 (上海雷磁仪器厂),722型分光光度计(上海分析仪器 厂),马弗炉.活性炭(上海化学试剂厂),盐酸溶液,氢 基金项目:河北省教育厅科研基金资助项目(2003215) 作者单位:河北科技大学理学院分析化学教研室(河北石家庄050018) 作者筒介:郭光美(1962-),女,硕士,从事分析化学教学和科研工作. 氧化钾,氯化铵,甲醛均为AR级. 1.2活性炭的表征 1.2.1甲醛吸附量的测试采用静态干燥器法,在室 温下,准确称取活性炭,放在表面皿上,放置于真空干 燥器中;同时,在真空干燥器中放置36%甲醛,密闭保 存24h后,再次称重,可计算出活性炭吸附甲醛的量. 1.2.2碘吸附值嘲参照GB/T7702.7—1997《煤质活 性炭检验方法碘吸附值测定》进行测定. 1.2.3比表面积的测定阄.采用NOVA.2000型比表 面测定仪(美国)测定其比表面积与孔径,孔容. L3实验方法 1.3.1原料活性炭的比表面积为562mVg,甲醛质 量吸附量(质量分数)为17.1%. 1.3.2活性炭的预处理研磨筛分:活性炭用筛 按筛孔大小顺序进行筛分,取30-60目,60-80目,80- 120目,120-150目分别收集,密封放置,待用.水洗: 将一定量活性炭放入烧杯中,加去离子水,浸洗30min 后,在100?下,烘干,密封备用. 1_3_3甲醛去除剂的制备取一定量不同粒度的原料 (活性炭),按碱炭质量比为3:1,氮气保护;以10~C/min 的升温速率升温至6OO?,待温度恒定后,活化1.5h; 冷却,于NH4C1溶液中浸渍2h,取出,置于干燥箱中 烘干,打包,即为吸附反应型甲醛去除剂产品.具体工 艺如图l: 环境与健康杂志2007年1月第24卷第1期 JEnvironHealth,January2007,Vo1.24,No.1 活性炭H活化 图1制备甲醛去除剂的工艺流程 产品 2结果与讨论 2.1活性炭的粒度对吸附性能的影响 以活性炭作为吸附剂,经研磨,筛分,水洗等预处 理,将活性炭分成不同粒度,在相同实验条件下,进行 活化,浸渍制成改性活性炭,测定不同粒度改性活性炭 对甲醛的吸附性能,见图2.由图2可知,随着活性炭 颗粒度的减小,甲醛吸附量逐渐增大.因为颗粒度越 小,比表面积越大,但颗粒度过小,粉状活性炭难以处 理,因此选100目左右的活性炭较适宜. 颗粒度(目) 圈2活性炭的粒度对吸附容量的影响 2.2活化剂的用量对吸附性能的影响 以100目活性炭为原料,分别采用碱炭质量比为 1:1,2:1,3:1,4:1,5:1进行活化,活化温度为600?,活 化时间为1.5h,考察活化剂与活性炭配比对甲醛去除 剂吸附性能的影响,见图3.随着KOH用量的增加,甲 醛吸附量先逐渐增大后降低.当碱炭质量比为3:1时, 吸附量最大;当碱炭质量比大于3后,再继续增大,吸 附量则下降,可能由于KOH用量大,腐蚀严重,微孔 被破坏,导致吸附量下降,而且KOH用量大,成本高, 故选择碱炭质量比为3:1. 礴I炭质量比 图3活化剂与活性炭配比对吸附容量的影响 2.3活化温度对吸附性能的影响 以100目活性炭为原料,碱炭质量比为3:1,在不 同活化温度下活化1.5h,考察活化温度对甲醛去除剂 吸附性能的影响,见图4.随着活化温度的升高,甲醛 吸附量增大,当超过600aI=后,甲醛吸附量逐渐减小. 可能由于活化温度低,不足以产生大量微孔,但活化温 度高,C骨架被破坏,产生微孔结构破坏,导致吸附量 下降.因而选活化温度为600aI=. 活化温度t/*C 圈4活化温度对吸附容量的影响 2.4活化时间对吸附性能的影响 以100目活性炭为原料,碱炭质量比为3:1,活化 温度为600?,考察活化时间对甲醛去除剂吸附性能 的影响,见图5.随着活化时间的增加,甲醛吸附景增 大,当达到1.5h时,吸附量最大,随后随着活化时间的 增加,甲醛吸附量逐渐减小.因为活化时间过短,活化 不充分,微孑L产生的少;活化时间过长,产生的微孔被 破坏.因此活化时间以1.5h为宜. 活化时间t/h 圈5活化时间对吸附容量的影响 2.5反应剂浸渍时间的选择 由于活性炭本身在常温下易吸附,若对活性炭添 加适当的化学试剂阎,使得活性炭既有物理吸附,又有 化学吸附;同时添加化学试剂与甲醛反应,使得甲醛吸 附,反应变成一种无污染的物质,从根本上去除甲醛的 污染,经过筛选拟采用NI-I,C1作为反应剂.配制浓度 为1moUL的NI-I,C1反应液5OOml,将2.5g活性炭浸 渍在NH4Cl溶液中,然后在100?下干燥1h,测定其 吸附效果并作平行试验.由实验得知,随着浸渍时间的 延长,甲醛吸附率增大;达到2h时,甲醛吸附率最大; 当继续增大到3h后,甲醛吸附率反而下降,可能由于 浸渍时间过长,有一部分孔被堵塞,从而造成比表面积 的减小,因此选择浸渍时间为2h. 环境与健康杂志2007年1月第24卷第1期 JEnvironHealth,January2007,Vo1.24,No.1 2.6甲醛去除剂的性能参数 以100目活性炭为原料,碱炭质量比为3:1,氮气 气氛中,活化温度为600oC,活化时间为1.5h,冷却, 浸渍于1mol/LNH4Cl溶液中,浸渍2h,烘干,制备出 改性处理的活性炭——吸附反应型甲醛去除剂.同时 将未处理活性炭与甲醛去除剂一同置于放有39%甲 醛溶液的直径300mm干燥器中,温度为26?,湿度 为18%,密闭保存24h后,在实验条件下,测试其对甲 醛的吸附性能,见表1. 表1处理和未处理活性炭的吸附参数 由表1可知,吸附反应型甲醛去除剂(处理活性 炭)的质量吸附量,比表面积都比未处理活性炭的高. 2.7甲醛在吸附剂上的极限容量 为了测试吸附反应型甲醛去除剂最大吸附量及有 效吸附时间,为此做了下面的30d静态吸附性能实 验,将未处理活性炭与处理活性炭一同置于放有39% 甲醛溶液的直径300mill干燥器中,温度为26?,湿 度为18%,密闭保存24h后,在该实验条件下测试其 对甲醛的静态吸附性能,见图6.图6可见,处理后的 活性炭对甲醛的吸附量明显高于未处理的活性炭对甲 醛的吸附量,处理后的活性炭对甲醛的最高吸附容量 约为68.6%,达到未处理的活性炭的最高吸附容量近 2倍.0-20d,甲醛吸附量随吸附时间的增加而增加, 在15d内能快速吸附甲醛,当吸附时间达到20d时, 吸附甲醛基本达到饱和. 由图6可以看出,该吸附反应型甲醛去除剂的有 效去除时间大约为20d左右,超过20d后..去除效果 已经很不理想需要进行脱附和再生. 时间t/d 图6甲醛在吸附剂上的极限容量 2.8吸附剂的分离,回收对甲醛吸附率的影响 吸附反应型甲醛去除剂在经过20d后已基本失 效,需要对其进行回收再生,反应剂与甲醛反应生成的 六亚甲基四胺溶于水,因而可先把失效的去除剂在去 离子水中浸泡8h,然后用去离子水洗涤2-3次,以除 去活性炭上甲醛与反应剂反应而生成的六亚甲基四 胺.经过洗涤后,活f生炭在反应液中浸泡2h,经100oC 烘干又成为了新的去除剂,经过再生处理后测定甲醛 吸附率,其第1次使用吸附率为53.8%;使用过的吸附 反应型甲醛去除剂经过浸泡,洗涤,烘干,在相同的条 件下,第二次使用,吸附率为52.1%,再经过第3次,第 4次,第5次使用,其吸附率变化不大.因此甲醛去除 剂经再生后其吸附效果受影响不是很大,是可以再生 利用的.故吸附反应型甲醛去除剂可以重复使用,这样 既可大幅度降低成本,又省时,省力. 参考文献: [1]李艳莉,尹诗,钟理.室内甲醛污染治理技术研究[J]|环境污染治 理技术与设备,2003,8(4):78—80. 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