本發明專利技術公開了一種用于吸附低濃度無機氣態污染物的纖維活性炭及其制備方法，以竹纖維、粘膠纖維或棉花為碳源，經預處理、同步碳化活化、酸洗等工藝，制得纖維活性炭，該材料微孔豐富，比表面積大，能在室溫下同時吸附低濃度的二氧化硫、氮氧化物等多種無機氣態污染物，適用于道路兩側建筑物、隧道、地下停車場、路邊收費站等建筑的室內空氣凈化。
【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術公開了，以竹纖維、粘膠纖維或棉花為碳源，經預處理、同步碳化活化、酸洗等工藝，制得纖維活性炭，該材料微孔豐富，比表面積大，能在室溫下同時吸附低濃度的二氧化硫、氮氧化物等多種無機氣態污染物，適用于道路兩側建筑物、隧道、地下停車場、路邊收費站等建筑的室內空氣凈化。【專利說明】
本專利技術涉及，屬于空氣凈化領域。
技術介紹
燃煤、機動車尾氣排放的大氣污染物是造成我國大氣污染嚴重的主要原因，其中二氧化硫、氮氧化物等無機氣態污染物廣泛存在于大氣環境中。此類污染物具有較強的氣體擴散性，在道路兩側建筑物、隧道、地下停車場、路邊收費站等建筑的室內聚集，危害人體健康。目前，圍繞室內空氣凈化已進行了大量研究，多種類型的空氣凈化器也已問世，但主要針對的污染物是顆粒物、微生物、甲醛和苯系物之類的揮發性有機化合物，有關室內低濃度無機氣態污染物凈化的研究較少。活性炭材料是空氣凈化中常用的吸附劑，但是普通顆粒活性炭孔徑分布較寬，吸附選擇性差，凈化見效慢；而纖維活性炭不同于顆粒活性炭，其孔隙直接開口于表面，具有豐富的微孔及較窄的孔徑分布，吸附路徑短，速率快，適用于室溫下低濃度無機氣態污染物的凈化。另外，纖維活性炭表面豐富的官能團結構對吸附也有重要影響，尤其是含氮官能團和含氧官能團，增加含氮官能團可增強表面極性和堿性，利于酸性氣體的吸附，減少含氧官能團可增加SO2活性位，增強纖維活性炭對SO2的吸附效果，尤其是熱解時釋放CO的含氧官能團是影響SO2吸附的重要因素。纖維活性炭的制備流程包括預處理、碳化、活化及后期處理，工業上常用氣體活化的方法，此法操作簡單、成本低，但是制得的纖維活性炭比表面積較小，而采用化學試劑活化的方法可獲得高比表面積的纖維活性炭，且孔徑分布更為集中，但是具有一定的腐蝕性。研究表明，當前研制的纖維活性炭對單一無機氣態污染物的吸附效果較好，但是當二氧化硫和氮氧化物等多種污染物同時存在時，不能獲得很好的脫除效果。若在纖維活性炭表面負載金屬或其氧化物，可增強吸附效果，但是具有制備工藝復雜化、成本提高等弊端。
技術實現思路
為了克服上述不足，本專利技術提供了一種能在室溫下同時吸附多種低濃度無機氣態污染物的纖維活性炭及其制備方法，所述纖維活性炭具有豐富的微孔結構，比表面積大，表面含氮官能團和SO2活性位豐富，特別適用于道路兩側建筑物、隧道、地下停車場、路邊收費站等建筑的室內空氣凈化。本專利技術還提供了該纖維活性炭的制備方法，本制備方法以竹纖維、粘膠纖維或棉花為碳源，經預處理、同步碳化活化、酸洗制備出纖維活性炭，制備工藝簡單，所得纖維活性炭吸附性能優良，能在室溫下同時吸附低濃度的二氧化硫、氮氧化物等無機氣態污染物。本專利技術提供的用于吸附低濃度無機氣態污染物的纖維活性炭表面微孔豐富，且微孔孔徑約為無機氣態污染物分子動力學直徑的2倍，比表面積大，表面含有含氮官能團和SO2S性位。所述制備方法具體步驟如下:( I)將原料纖維用質量百分比濃度為10%的銨鹽溶液浸潰6h，浙干水分，烘干，在氮氣氛圍中加熱至400?500 °C半碳化處理。(2)半碳化處理后的纖維用氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液浸潰6h，浙干水分，烘干，在氮氣氛圍中加熱至800?900°C同步碳化活化。(3)同步碳化活化后的纖維先浸潰稀鹽酸或稀硫酸溶液lh，再用蒸餾水洗滌至中性，浙干水分，烘干，得到纖維活性炭。上述步驟(I)中，所述原料纖維為竹纖維、粘膠纖維或棉花，銨鹽為氯化銨、磷酸銨、磷酸二氫銨中的一種，以10°c /min的升溫速率加熱至400?500°C，然后在此溫度下保溫 60min。上述步驟(2)中，氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液的質量百分比濃度為5%?20%，烘干后的半碳化纖維以10°c /min的升溫速率加熱至800?900°C，然后在此溫度下保溫40min。上述步驟(3)中，所述稀鹽酸或稀硫酸的質量百分比濃度為10%。本專利技術的有益效果:本專利技術以來源廣泛的竹纖維、粘膠纖維或棉花為原材料，經預處理、同步碳化活化、酸洗制得纖維活性炭，且未在表面負載金屬或其化合物，制備工藝簡單，操作方便，成本較低。該纖維活性炭表面微孔豐富，且多數微孔的孔徑為二氧化硫、氮氧化物等無機氣態污染物分子動力學直徑2倍左右，表面含氮官能團和SO2活性位豐富，在室溫下對多種無機氣態污染物均有較強的吸附能力，吸附速率快，吸附容量大，適用于含有低濃度無機氣態污染物的空氣凈化。【具體實施方式】下面通過具體的實施例對本專利技術進行詳細說明，但此實施方式并非對本專利技術的實際保護范圍構成任何形式的任何限定。實施例1( I)取原料竹纖維5g用質量百分比濃度為10%的氯化銨溶液浸潰6h，浙干水分，烘干，在氮氣氛圍中以10°c /min的升溫速率加熱至450°C，恒溫60min。(2)半碳化后的纖維用質量百分比濃度為5%的氫氧化鉀溶液浸潰6h，浙干水分，烘干，在氮氣氛圍中以10°c /min的升溫速率加熱至850°C，恒溫40min。(3)活化后的纖維先用質量百分比濃度為10%的稀鹽酸溶液浸潰lh，再用蒸餾水洗滌至中性，浙干水分，烘干，即得本專利技術纖維活性炭。實施例2( I)取原料粘膠纖維5g用質量百分比濃度為10%的磷酸銨溶液浸潰6h，浙干水分，烘干，在氮氣氛圍中以10°c /min的升溫速率加熱至400°C，恒溫60min。(2)半碳化后的纖維用質量百分比濃度為5%的氫氧化鉀溶液浸潰6h，浙干水分，烘干，在氮氣氛圍中以10°c /min的升溫速率加熱至800°C，恒溫40min。(3)活化后的纖維先用質量百分比濃度為10%的稀硫酸溶液浸潰lh，再用蒸餾水洗滌至中性，浙干水分，烘干，即得本專利技術纖維活性炭。實施例3(I)取原料棉花纖維5g用質量百分比濃度為10%的磷酸二氫銨溶液浸潰6h，浙干水分，烘干，在氮氣氛圍中以10°C /min的升溫速率加熱至500°C，恒溫60min。(2)半碳化后的纖維用質量百分比濃度為5%的氫氧化鈉溶液浸潰6h，浙干水分，烘干，在氮氣氛圍中以10°c /min的升溫速率加熱至900°C，恒溫40min。(3)活化后的纖維先用質量百分比濃度為10%的稀鹽酸溶液浸潰lh，再用蒸餾水洗滌至中性，浙干水分，烘干，即得本專利技術纖維活性炭。實施例4除步驟(2)中氫氧化鉀溶液的質量濃度改為10%外，其余同實施例1。實施例5除步驟(2)中氫氧化鉀溶液的質量濃度改為15%外，其余同實施例1。實施例6除步驟(2)中氫氧化鉀溶液的質量濃度改為20%外，其余同實施例1。對比例1:市場銷售的一種纖維活性炭。吸附性能測試實驗:測試環境的空氣中的無機氣態污染物種類繁多，主要以SO2和NO2為主，現取SO2和NO2兩種污染物為研究對象。根據《環境空氣質量標準》(GB3095-2012) II級，SO2的I小時平均濃度限值為0.5mg/m3,N02的I小時平均濃度限值為0.2mg/m3，根據該標準的10倍配氣。混合氣由SO2標氣(274mg/m3)、N02標氣(411mg/m3)和壓縮空氣組成，其中SO2標氣流量為15.5mL/min, NO2標氣流量為4.lmL/min，壓縮空氣流量為0.83L/min。將所制得的纖維活性炭剪碎至長度在1-2_后，稱取適量，置于U型反應管中，控制填裝高度在Icm左右。待三路氣完全混合本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于吸附低濃度無機氣態污染物的纖維活性炭的制備方法，其特征在于：所述制備方法包括如下步驟，第一步，將原料纖維用質量百分比濃度為10%的銨鹽溶液浸漬6h，瀝干水分，烘干，在氮氣氛圍中加熱至400～500℃半碳化處理。第二步，半碳化處理后的纖維用氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液浸漬6h，瀝干水分，烘干，在氮氣氛圍中加熱至800～900℃同步碳化活化。第三步，同步碳化活化后的纖維先浸漬稀鹽酸或稀硫酸溶液1h，再用蒸餾水洗滌至中性，瀝干水分，烘干，得到纖維活性炭。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：朱天樂，韓穎潔，王紅妍，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：
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