無(wú)機(jī)硅納米吸附劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及有害氣體吸附材料，具體是一種吸附空氣中的有毒有害氣體（甲醛、 氨、苯、TV0C等)、異味、水份的無(wú)機(jī)硅納米吸附劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，對(duì)有害氣體的處理有化學(xué)吸附和物理吸附等手段，化學(xué)吸附較常見(jiàn)的是高 錳酸鉀負(fù)載的活性氧化鋁材料，以氧化鋁為載體，以高錳酸鉀為活性物質(zhì)，但是高錳酸鉀本 身具有腐蝕性，對(duì)組織有刺激性，易污染皮膚致黑色，口服黏膜黑染，胃出血，肝腎損害等， 高錳酸鉀致死量約為10克。物理吸附以活性炭及其衍生產(chǎn)品為主要代表，但是活性炭易 燃，屬于危險(xiǎn)品，并且攜帶大量黑色粉塵，會(huì)污染室內(nèi)、車內(nèi)環(huán)境，帶來(lái)安全隱患。
[0003] 現(xiàn)有的空氣凈化器，主要采用臭氧凈化技術(shù)、負(fù)離子除塵技術(shù)和高壓靜電技術(shù)，臭 氧技術(shù)具有殺菌、除臭作用，但對(duì)有機(jī)污染物的去除效率低；另外，臭氧本身對(duì)人體和環(huán)境 有害。負(fù)離子和高壓靜電技術(shù)是一種物理作用，能去除空氣中的煙塵，但對(duì)化學(xué)、生物、微生 物等造成的污染無(wú)法去除凈化。在空氣凈化器產(chǎn)品構(gòu)造中，內(nèi)部填充的活性炭承擔(dān)吸附甲 醛的主要功能，但是因活性炭本身存在吸附飽和值，并且吸附前后無(wú)變化，讓使用者無(wú)法做 出正確辨別，電子元件又不方便拆卸更換，久而久之，產(chǎn)品會(huì)成為一件高價(jià)購(gòu)買的裝飾品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種含有大量納米級(jí)微孔結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī) 硅納米吸附劑及其制備方法，主要解決室內(nèi)、車內(nèi)等相對(duì)封閉環(huán)境中有毒有害氣體（甲醛、 氨、苯、TV0C等)、異味及潮氣對(duì)人類生活中的危害，具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、吸附性能高、熱穩(wěn)定 性好、機(jī)械強(qiáng)度較高的特點(diǎn)。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種無(wú)機(jī)硅納米吸附劑，所述吸附劑的化學(xué)組成及其質(zhì)量百分比是：Fe2 0 3 : 0· 020-0. 024%，A1 2 0 3 :0· 11-0. 15%，CaO:0· 022-0. 026%，SiO2 :95· 10-95. 30%，余量為燒 失量；所述吸附劑的比表面積為200m2 /g-2000m2 /g，平均孔徑為0. 5nm-20nm，總孔容為 0·lml/g-10ml/g〇
[0006] 優(yōu)選地，所述吸附劑的化學(xué)組成及其質(zhì)量百分比是：Fe2 0 3 :0. 022%，A1 2 0 3 : 0. 13%，CaO:0. 024%，SiO2 :95. 18%，燒失量：4. 644% ;所述吸附劑的比表面積為 750-900m2 /g，平均孔徑為1. 0-2. 5nm，總孔容為(λ35-0. 5ml/g。
[0007] 上述無(wú)機(jī)硅納米吸附劑無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)色或白色，固體球形、半球形、塊狀、不規(guī)則 塊狀、粉狀，不可燃、不溶于水、不揮發(fā)。
[0008] 上述無(wú)機(jī)娃納米吸附劑的制備方法，按下述步驟進(jìn)行： (1)原料制備：以特殊工藝制備硫酸溶液，其中硫酸質(zhì)量比濃度為5-40%，以特殊工藝 制備硅酸鈉溶液，其中硅酸鈉質(zhì)量比濃度為5-50%。在5°C_80°C的環(huán)境下，在l_15MPa的壓 力下噴出，在空氣中造粒，進(jìn)行霧化； (2) 霧化：將配比溶液噴出至常溫空氣環(huán)境中，溶液凝結(jié)霧化，撒入接收器，接收器中水 含酸的質(zhì)量比濃度為10 8·5%-ι〇3% ; (3) 變溫靜置：無(wú)機(jī)硅納米吸附劑的靜置時(shí)間為4. 5min-15h，靜置溫度為5-85Γ，分階 段逐漸加溫靜置，以更好的使產(chǎn)品配合活化完成產(chǎn)品技術(shù)要求； (4) 活化： A. 酸活化：使用交換酸進(jìn)行酸泡，酸泡溫度10_90°C，酸泡時(shí)間l_12h，交換酸的質(zhì)量比 濃度為〇. 02%_10%，交換酸的最高液面高出凝膠最高面的高度為5-60cm; B. 水活化：采用純凈水浸泡，并且鼓氣使無(wú)機(jī)硅與水充分接觸，溫度為20-90°C; C. 酸浸泡：水含酸的質(zhì)量比濃度為10 \-0. 001% ; D. 高溫活化：在溫度為50-200°C高溫活化，加熱減量過(guò)程中環(huán)境的濕度0. 1%-99%。
[0009] (5)加強(qiáng)：重復(fù)步驟（4)A、（4)B，加強(qiáng)制備環(huán)節(jié)中指標(biāo)及數(shù)據(jù)控制精度，使無(wú)機(jī)硅 納米吸附劑比表面積為200m2/g-2000m2/g，平均孔徑為0. 5nm-20nm，總孔容為0.lml/ g-10ml/g〇
[0010] 優(yōu)選地，步驟（1)中硅酸鈉模數(shù)為3· 25-3. 45。
[0011] 優(yōu)選地，步驟（2)中酸含量的質(zhì)量濃度比為10 5%-10 s·5%。
[0012] 優(yōu)選地，所述步驟（4)A中交換酸的質(zhì)量比濃度為0. 8%-6%，酸泡溫度為40-50°C， 酸泡時(shí)間2-8h。
[0013] 優(yōu)選地，所述步驟（4)A中交換酸為鹽酸、硫酸、硝酸、草酸或檸檬酸中的一種或幾 種，酸的質(zhì)量比濃度為〇. 〇2%-6%。
[0014] 優(yōu)選地，所述步驟（4)B中一次擴(kuò)孔的溫度為40-60°C。
[0015] 優(yōu)選地，所述步驟（4)C中酸的質(zhì)量比濃度為10 7%-10 5%。
[0016] 優(yōu)選地，所述步驟（4)D中烘干溫度為70-140°C，濕度為0. 5%-80%。
[0017] 采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是： 本發(fā)明所述的活性硅納米吸附劑，無(wú)毒無(wú)害、無(wú)色無(wú)味，內(nèi)部具有大量孔隙，能夠吸附 空氣中甲醛、甲苯、苯、氨、T0VC、異味、潮氣等有毒有害氣體，可用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、汽車業(yè)、房 地產(chǎn)業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域及行業(yè)。通過(guò)國(guó)家室內(nèi)車內(nèi)環(huán)境及環(huán)保產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心相關(guān)測(cè) 試，24小時(shí)內(nèi)對(duì)甲醛除去率達(dá)到93%，氨去除率達(dá)到91%，苯除去率達(dá)到70%，TV0C除去率達(dá) 到80%，符合食品藥品安全標(biāo)準(zhǔn)，其中二氧化硅含量達(dá)到99. 5%。
[0018] 下述試驗(yàn)可證明本發(fā)明所述的活性硅納米吸附劑吸附凈化效果。
[0019] 試驗(yàn)一，在兩個(gè)相同密閉的容積均為1. 5m3的測(cè)試艙中進(jìn)行，一個(gè)為樣品艙，另一 個(gè)為空白艙，將一定數(shù)量樣品放在樣品艙內(nèi)；將相同的甲醛釋放源(不間斷緩慢釋放）分別 放入兩個(gè)艙內(nèi)，使釋放源與艙內(nèi)空氣混合均勻，趨于平衡，采樣檢測(cè)艙內(nèi)空氣中甲醛濃度為 初始濃度值；24h后分別采樣測(cè)定兩艙內(nèi)空氣中甲醛濃度值。
[0020] 去除效果計(jì)算公式：y=(Ca_Cb)/Ca*100% 式中：y=除去率；Ca=24h空白艙污染物濃度值；Cb=樣品艙污染物濃度值。
[0021] 試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)下表：
試驗(yàn)二，在兩個(gè)相同密閉的容積均為1. 5m3的測(cè)試艙中進(jìn)行，一個(gè)為樣品艙，另一個(gè)為 空白艙，將一定數(shù)量樣品放在樣品艙內(nèi)；將相同的氨釋放源(不間斷緩慢釋放）分別放入兩 個(gè)艙內(nèi)，使釋放源與艙內(nèi)空氣混合均勻，趨于平衡，采樣檢測(cè)艙內(nèi)空氣中氨濃度為初始濃度 值；24h后分別采樣測(cè)定兩艙內(nèi)空氣中氨濃度值。
[0022] 去除效果計(jì)算公式：y=(Ca_Cb)/Ca*100% 式中：y=除去率；Ca=24h空白艙污染物濃度值；Cb=樣品艙污染物濃度值。
[0023] 試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)下表：
試驗(yàn)三，在兩個(gè)相同密閉的容積均為1. 5m3的測(cè)試艙中進(jìn)行，一個(gè)為樣品艙，另一個(gè)為 空白艙，將一定數(shù)量樣品放在樣品艙內(nèi)；將相同的苯釋放源(不間斷緩慢釋放）分別放入兩 個(gè)艙內(nèi)，使釋放源與艙內(nèi)空氣混合均勻，趨于平衡，采樣檢測(cè)艙內(nèi)空氣中苯濃度為初始濃度 值；24h后分別采樣測(cè)定兩艙內(nèi)空氣中苯濃度值。
[0024] 去除效果計(jì)算公式：y=(Ca_Cb)/Ca*100% 式中：y=除去率；Ca=24h空白艙污染物濃度值；Cb=樣品艙污染物濃度值。
[0025] 試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)下表：
試驗(yàn)四，在兩個(gè)相同密閉的容積均為1. 5m3的測(cè)試艙中進(jìn)行，一個(gè)為樣品艙，另一個(gè)為 空白艙，將一定數(shù)量樣品放在樣品艙內(nèi)；將相同的TV0C釋放源(不間斷緩慢釋放）分別放入 兩個(gè)艙內(nèi)，使釋放源與艙內(nèi)空氣混合均勻，趨于平衡，采樣檢測(cè)艙內(nèi)空氣中TV0C濃度為初 始濃度值；24h后分別采樣測(cè)定兩艙內(nèi)空氣中TV0C濃度值。
[0026] 去除效果計(jì)算公式：y=(Ca_Cb)/Ca*100% 式中：y=除去率；Ca=24h空白艙污染物濃度值；Cb=樣品艙污染物濃度值。
[0027]試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)下表：

【具體實(shí)施方式】
[0028] 以下通過(guò)實(shí)施例詳述本發(fā)明，目的僅在于更好地理解本
【發(fā)明內(nèi)容】
，所舉之例并非 限制本發(fā)明技術(shù)方案所記載的保護(hù)范圍。
[0029] 實(shí)施例1，在一定壓力下噴出反應(yīng)溶液，參與反應(yīng)的原料分別有H2SO4、Na2C0 3、 Η2 0等，在空氣中凝結(jié)造粒，得到球形、半球形、橢圓形顆粒其粒徑范圍為0.Imm-lOmm。
[0030] (1)原料制備： 在30°C的環(huán)境下，利用硅酸鈉溶液和硫酸溶液反應(yīng)，所述硅酸鈉溶液中硅酸鈉質(zhì)量比 濃度為18. 25%，硫酸溶液中硫酸的質(zhì)量比濃度為22%。
[0031] (2)霧化： 將配比溶液噴出至常溫空氣環(huán)境中，溶液凝結(jié)霧化，撒入接收器，接收器中水含酸的質(zhì) 量比濃度為10 6·5%。
[0032] (3)變溫靜置： 無(wú)機(jī)硅的靜置時(shí)間為lh，靜置溫度為30 °C，31 °C，33 °C，36 °C，40 °C，45 °C，50 °C。
[0033] (4)活化： A.酸活化：使用交換酸進(jìn)行酸泡，酸泡溫度30°C，酸泡時(shí)間2h，所述交換酸的質(zhì)量比濃 度為4. 5%，交換酸的最高液面高出凝膠最高面的高度為40cm。
[0034] B.水活化：采用純凈水浸泡，并且鼓氣使無(wú)機(jī)硅與水充分接觸，溫度為30°C。
[0035] C.酸浸泡：水含酸的質(zhì)量比濃度為0· 0001%。
[0036] D.高溫活化：在溫度為120°C條件下高溫活化，加熱減量過(guò)程中環(huán)境的濕度7%。
[0037] (5)加強(qiáng)： A. 重復(fù)（4) -A工藝步驟，二次交換酸酸的質(zhì)量比濃度為1. 0% ;酸泡3h; B.