[發明專利]一種去除揮發性有機污染物的活性炭-硅氣凝膠復合物

有效

• 申請號: 201110006571.2
• 申請日: 2011-01-13
• 公開（公告）號: CN102125821A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發明（設計）人: 郝鄭平;豆寶娟;李進軍;麻春艷;竇廣玉
• 申請（專利權）人: 中國科學院生態環境研究中心
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;B01D53/02
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技術領域

本發明涉及一種活性炭-硅氣凝膠復合物及其制備方法，同時也屬于揮發性有機污染物的去除領域。

背景技術

揮發性有機物(volatile?organic?compounds，簡稱VOCs)是指在常溫下飽和蒸氣壓超過70.91Pa、常壓下沸點小于260℃的有機化合物。近年來，VOCs所帶來的空氣污染問題日趨嚴峻，這些物質不僅可以生成光化學煙霧、破壞臭氧層，而且嚴重危害著人體健康。在眾多的VOCs治理技術中，吸附法以其低能耗、低操作成本等優點而得到廣泛的應用。用于處理VOCs的吸附劑應該具備高吸脫附速率、高吸附容量和吸附選擇性等特點。

硅氣凝膠是結構可調的非晶態固體孔材料，它的密度低，比表面積和孔隙率高，具有較好的吸附性能，且可以進行表面疏水化處理，但它結構脆弱，機械強度低。活性炭成本低廉，具有發達的微孔體系和比表面積，但吸附大分子物質時孔易堵塞，傳質阻力大，再生困難，且在工程應用中存在易燃的安全隱患問題。將活性炭作為骨架材料與疏水硅氣凝膠相結合，可使兩者優勢互補，復合物中的疏水硅氣凝膠能提高活性炭的疏水性，增強其中孔結構體系和易再生性能，并降低易燃的安全隱患；活性炭的加入可提高吸附能力，并降低吸附劑成本。

發明內容

本發明的目的是為了提供一種原料低廉、吸脫附性能良好的活性炭-硅氣凝膠復合物。本活性炭-硅氣凝膠復合物具有多級孔結構，對揮發性有機污染物氣體具有很高的選擇性和吸附容量，且再生容易。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。本發明提供的活性炭-硅氣凝膠復合物的合成方法是，以活性炭顆粒為骨架結構，以水玻璃為硅氣凝膠前軀體，在堿性催化劑的作用下通過溶膠-凝膠反應制備活性炭-硅氣凝膠復合物，經老化后采用表面改性劑進行疏水化處理，并在常壓下干燥制得。

所述的水玻璃為市售硅酸鈉水溶液，稀釋后與強酸性陽離子交換樹脂進行離子交換，以去除掉溶液中的鈉離子。

所述的堿性催化劑為氨水、氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。

所述的表面改性劑為三甲基氯硅烷、甲基三乙氧基硅烷或其他帶疏水官能團的硅烷偶聯劑。

所述的常壓干燥，是采用小表面張力的非極性溶劑將活性炭-硅氣凝膠復合物中的極性溶劑交換后，在空氣氣氛中常壓進行干燥。

所述的小表面張力的非極性溶劑為正己烷或三甲基氯硅烷。

本發明具有以下有益效果：

1)本發明合成的活性炭-硅氣凝膠復合物具有多級孔結構，同時含有發達的微孔和兩端開放的介孔，這對提高揮發性有機污染物的吸附量、降低傳質阻力和提高脫附效率非常有利。

2)本發明合成的活性炭-硅氣凝膠復合物原料(水玻璃和活性碳)低廉，作為揮發性有機污染物的吸附劑成本較低。

3)本發明合成的活性炭-硅氣凝膠復合物中的硅氣凝膠具有耐火性，可降低復合物吸附劑在熱脫附過程中的安全隱患。

4)本發明合成方法中采用常壓干燥，避免了常規超臨界干燥的復雜工藝，操作簡單、易實現工業化生產。

附圖說明

圖1為活性炭-硅氣凝膠復合物的氮氣吸脫附曲線。

圖2為活性炭-硅氣凝膠復合物的BJH孔徑分布。

圖3為活性炭-硅氣凝膠復合物CSA-2在不同溫度下對甲苯的吸脫附等溫線。

圖4為活性炭-硅氣凝膠復合物CSA-2在室溫下對甲苯的動態吸脫附穿透曲線與活性炭AC的對比。

圖5為活性炭-硅氣凝膠復合物CSA-2對甲苯的程序升溫熱脫附曲線與活性炭AC的對比。

具體實施方式

下面列舉實例，說明本發明活性炭-硅氣凝膠復合物的制備方法和合成的炭-硅氣凝膠復合物(CSA)的吸脫附性能。

實施例1：將10mL水玻璃用去離子水稀釋4倍后，與強酸型陽離子交換樹脂離子交換后得到硅酸溶液。在磁力攪拌條件下，向硅酸溶液逐滴加入1mol/L氨水至pH值升至5，攪拌后靜置。待即將形成凝膠之前加入1g活性炭粉末，攪拌均勻后靜置老化。依次采用無水乙醇、正己烷對濕凝膠進行溶劑交換，然后將含20％三甲基氯硅烷的正己烷溶液對其進行表面疏水化改性。所得凝膠依次在60℃，80℃，120℃和180℃常壓干燥6小時得到活性炭-硅氣凝膠復合物CSA-2。