一种用于去除VOCs废气的高机能吸附膜的制作方法

本发明属于防护用品领域，尤其涉及一种用于去除VOCs废气的高机能吸附膜。
背景技术：
：近年来，因吸入VOCs(volatileorganiccompounds，挥发性有机物)导致的不良住宅症候群等诸多引起神经系统过敏的症状在不断增加，这主要是由各类涂料、溶剂、树脂、粘着剂、稀释剂等散发大量的VOCs造成环境污染所致，尤其在为节能而气密性高的环境(如喷漆间、高档家具住宅等)中，这种影响更为严重。为解决上述问题，本领域技术人员已研制出很多具有吸附机能的废气吸附膜，如化学结合型膜、物理吸附机构膜、触媒分解机构膜等。物理吸附机构膜中所包括的活性炭等多孔质体表面物理吸附机构膜因其吸附效果、吸附速度更优，可对应的VOCs成分最广而得到广泛应用。这种滤材上附着吸附剂粒子如活性炭粒子的方法通常是在无纺布等膜之间夹持吸附剂粒子，然后用热可塑性粘接剂固定在膜上。然而，用热可塑性粘接剂固定化时多采用比较大面积的线状、条状或块状涂刷方式。在滤材上附着活性炭等粒子时，因使用的热可塑性粘接剂的量和粒子大小、种类等不同，粘接剂往往包覆在活性炭粒子表面造成吸附性能低减。这主要是因为粘接剂涂刷的部位覆盖滤材吸附剂表面而使其不能产生去除废气成分的反应。特别是粘接剂长时间暴露在废气中的酸性物质中时会被逐渐溶解，溶解的粘接剂向未涂刷粘接剂部位扩散进而扩大覆盖吸附剂表面面积，这使得为减少废气风阻而制成的蜂窝状吸附膜成形体的吸附性能大大减低。因此，现有技术存在缺陷，急需改进。技术实现要素：为解决上述技术问题，本发明提供一种用于去除VOCs废气的高机能吸附膜。本发明是这样实现的，一种用于去除VOCs废气的高机能吸附膜，所述高机能吸附膜包括活性炭纤维型无纺布膜及吸附剂粒子，所述吸附剂粒子夹持于所述活性炭纤维型无纺布膜之间，并通过粘接剂粒子固定在所述活性炭纤维型无纺布膜上；所述吸附剂粒子的粒径为200-500μm，所述粘接剂的粒径为所述吸附剂粒子的粒径的1/4-1/3。进一步地，所述粘接剂的成分包括甲基丙烯树脂和聚异氰酸酯，所述甲基丙烯树脂和聚异氰酸酯的摩尔比为1:0.6-0.8。进一步地，所述吸附剂粒子为沸石。进一步地，所述活性炭纤维型无纺布膜的纤维径为8-20μm。进一步地，所述活性炭纤维型无纺布膜的纤维细孔比表面积大于1000m2/g。进一步地，所述吸附剂粒子通过粘接剂采用间隔点着方法固定于所述活性炭纤维型无纺布膜上。进一步地，所述高机能吸附膜中的吸附剂粒子与活性炭纤维型无纺布膜组成的形状为半蜂窝状。本发明实施例还提供了一种上述所述的高机能吸附膜的制备方法，包括以下步骤：利用间隔点着方法通过粘接剂粒子将粒径为200-500μm的吸附剂粒子固定在活性炭纤维型无纺布膜上制成平板型和波纹型两种膜制品；其中，所述粘接剂的粒径为所述吸附剂粒子的粒径的1/4-1/3；将所述平板型和波纹型两种膜制品制成半蜂窝状膜制品，然后将所述半蜂窝状膜制品进行层叠，获得所述高机能吸附膜。进一步地，所述间隔点着方法为：在一活性炭纤维型无纺布上利用专用梳齿点着工具按5-8mm间隔点着粘接剂；4-6分钟后，在所述粘结剂上撒落吸附剂粒子，静置8-12分钟；盖上另一块活性炭纤维型无纺布，用力碾压使两块活性炭纤维型无纺布紧密结合在一起，形成活性炭纤维型无纺布内夹持吸附剂粒子。进一步地，所述将所述平板型和波纹型两种膜制品制成半蜂窝状的过程包括：在波纹型无纺布顶部凸脉沿线上利用专用梳齿点着工具按4-6cm间隔点着粘接剂；4-6分钟后，在实所述波纹型无纺布上加盖平板型无纺布，静置8-12分钟，碾压即得1枚半蜂窝状膜制品。本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明实施例提供的用于去除VOCs废气的高机能吸附膜中，基材滤膜选用活性碳纤维型无纺布膜，与活性炭相比活性炭纤维有更大的吸附容量和更高的吸附脱附速率，并具有耐酸耐碱的性质。活性炭纤维的吸附能力一般是颗粒活性炭的1-10倍，活性炭纤维的孔结构以微孔形式存在于活性炭纤维表面，这使得VOCs气体分子能够直接被微孔吸附，因此活性炭纤维具有更好的吸附动力学性能。此外，活性炭纤维孔壁表面含有多种极性官能团，使微孔与孔壁共同作用形成强大的分子场，驱动力大，VOCs能够迅速被吸附在孔内。活性炭纤维气体阻力小，是颗粒状活性炭的1/3。吸附质的气体阻力是VOCs去除中重要的指标，气体阻力小意味着压力损失小，设备所需要的推动力小，能耗低。较小的气体阻力减少了对吸附质的物理损坏，能够延长吸附质的使用寿命。活性炭纤维的吸附层更薄，体密度小且导热系数大，而且避免了装置蓄热现象，表现出更高的安全性。将热可塑性粘接剂粒径减小到吸附剂粒子粒径的1/4-1/3，可避免热可塑性粘接剂粒子包覆和堵塞活性炭纤维及吸附剂粒子的微细孔，活性炭纤维和吸附剂粒子的吸附性能也不会降低。附图说明图1是本发明实施例提供的由平板型和波纹型两种膜制品制成半蜂窝状膜制品的结构示意图；图2是本发明实施例提供的高机能吸附膜的结构示意图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明实施例提供了一种用于去除VOCs废气的高机能吸附膜，所述高机能吸附膜包括活性炭纤维型无纺布膜及吸附剂粒子，所述吸附剂粒子夹持于所述活性炭纤维型无纺布膜之间，并通过粘接剂粒子固定在所述活性炭纤维型无纺布膜上；所述吸附剂粒子的粒径为200-500μm，所述粘接剂的粒径为所述吸附剂粒子的粒径的1/4-1/3。本发明实施例提供了的用于去除VOCs废气的高机能吸附膜，通过先将吸附剂粒子固定在一个活性碳纤维型无纺布上，然后盖上另一个活性碳纤维型无纺布，获得具有在活性碳纤维型无纺布膜之间夹持吸附剂粒子的构造，且吸附剂粒子用热可塑性粘接剂固定的构造。所述吸附剂离子用200-500μm的粒径范围，选择该粒径范围是因为粒径小于200μm则会产生夹持吸附剂粒子时的保持性差的问题，大于500μm则会增加无纺布膜厚度和通风阻力。优选地，所述吸附剂粒子的粒径为300-400μm。将热可塑性粘接剂粒径减小到吸附剂粒子粒径的1/4-1/3，并采用在上述波纹型膜顶部的间隔点着方法就可避免热可塑性粘接剂粒子包覆和堵塞活性炭纤维及吸附剂粒子的微细孔，活性炭纤维和吸附剂粒子的吸附性能也不会降低。本发明实施例提供的用于去除VOCs废气的高机能吸附膜中，基材滤膜选用活性碳纤维型无纺布膜，与活性炭相比活性炭纤维有更大的吸附容量和更高的吸附脱附速率，并具有耐酸耐碱的性质。活性炭纤维的吸附能力一般是颗粒活性炭的1-10倍，活性炭纤维的孔结构以微孔形式存在于活性炭纤维表面，这使得VOCs气体分子能够直接被微孔吸附，因此活性炭纤维具有更好的吸附动力学性能。此外，活性炭纤维孔壁表面含有多种极性官能团，使微孔与孔壁共同作用形成强大的分子场，驱动力大，VOCs能够迅速被吸附在孔内。活性炭纤维气体阻力小，是颗粒状活性炭的1/3。吸附质的气体阻力是VOCs去除中重要的指标，气体阻力小意味着压力损失小，设备所需要的推动力小，能耗低。较小的气体阻力减少了对吸附质的物理损坏，能够延长吸附质的使用寿命。活性炭纤维的吸附层更薄，体密度小且导热系数大，而且避免了装置蓄热现象，表现出更高的安全性。基于活性炭纤维的吸附量大、吸附速度快、再生容易，脱附速度快、耐热性好、耐酸、耐碱、具有良好的导电性能和化学稳定性、灰分少、成型性好，易加工成毡、丝、布、纸等形态等特点，并且便于制成复合活性炭纤维，这些优点适合用于有机废气处理设备中。对于VOCs废气治理，活性碳纤维型无纺布膜本身具有上述优良的去除机能，再附着吸附剂粒子通过其对VOCs的吸附和触媒作用，就更能实现高机能吸附功效。本发明实施例利用活性炭纤维薄膜作为吸附VOCs的载体，力求活性炭纤维在VOVs废气治理方面发挥独到的作用。具体地，所述粘接剂的成分包括甲基丙烯树脂和聚异氰酸酯，所述甲基丙烯树脂和聚异氰酸酯的摩尔比为1:0.6-0.8，优选1:0.8。所述粘接剂是以上述具有-OH的含甲基丙烯树脂的水性悬浮液和脂肪族聚异氰酸酯构成的二液硬化型接着剂。具体地，所述吸附剂粒子为沸石，所述沸石为疏水性沸石，粒子状，所述沸石的孔径为0.2-1nm，Si/Al摩尔比＞20。活性碳纤维型无纺布膜上附着沸石粒子更加优化了吸附膜的吸附性能，沸石以多孔质结晶性铝硅酸盐为基本构造单元，具有均一大小的微细孔，且微细孔分布呈非常狭窄的正规分布，再加上沸石具有除吸附外的离子交换性能和触媒作用，可以实现以高精度吸附去除分离VOCs。具体地，所述活性炭纤维型无纺布膜的纤维径为8-20μm。所述活性炭纤维型无纺布膜的纤维细孔比表面积大于1000m2/g。所述活性炭纤维型无纺布膜的短纤维平均长为1-20mm。具体地，所述吸附剂粒子通过粘接剂采用间隔点着方法固定于所述活性炭纤维型无纺布膜上。所述高机能吸附膜中的吸附剂粒子与活性炭纤维型无纺布膜组成的形状为半蜂窝状。参见图1和图2，本发明实施例还提供了一种上述所述的高机能吸附膜5的制备方法，包括以下步骤：利用间隔点着方法通过粘接剂粒子4将粒径为200-500μm的吸附剂粒子(图中未示出)固定在活性炭纤维型无纺布膜上制成平板型2和波纹型1两种膜制品；其中，所述粘接剂的粒径为所述吸附剂粒子的粒径的1/4-1/3；将所述平板型2和波纹型1两种膜制品制成半蜂窝状膜制品3，然后将所述半蜂窝状膜制品进行层叠，获得所述高机能吸附膜5。为实现本发明目的，经发明人反复研究得出，将附着沸石粒子的活性碳纤维型无纺布膜制成平板型和波纹型，在上述波纹型膜顶部采用甲基丙烯树脂和聚异氰酸酯制成的二液硬化型粘接剂以间隔点着形式与上述平板型膜结合并制成的半蜂窝状膜制品3，具有处理VOCs废气时能长时间保持结构稳定性，从而本发明实施例的高机能吸附膜5。本发明实施例提供的上述所述的高机能吸附膜的制备方法中，使用间隔点着方法将吸附剂粒子固定在活性炭纤维型无纺布膜上，这样可使粘接剂使用量大幅减少，而通过改进吸附剂粒子和粘接剂的粒径大小，即使粘接剂使用量减少也不会导致吸附剂吸附性能降低，本发明实施例通过减少粘接剂使用量可以高效发挥所述高机能吸附膜的性能。此外，将所述高机能吸附膜制成层状的半蜂窝状，这与完整蜂窝状相比其通过每个通气孔的气流减半，对应气流应力也减少，在粘接剂强度一样的情况下，在波纹型膜顶部采用热可塑性粘接剂间隔点着方法与平板型膜结合制成半蜂窝状的粘接剂使用量可大幅度较少。采用半蜂窝状成形体，加大了废气通过的分流量，分散并减小了气流应力，使得半蜂窝状成形体比整体蜂窝状成形体更能长时间维持形状，稳定成形体整体机构一致性，实现可持续去除VOCs功效。所述间隔点着方法为：在一活性炭纤维型无纺布上利用专用梳齿点着工具按5-8mm间隔点着粘接剂；4-6分钟后，在所述粘结剂上撒落吸附剂粒子，静置8-12分钟；盖上另一块活性炭纤维型无纺布，用力碾压使两块活性炭纤维型无纺布紧密结合在一起，形成活性炭纤维型无纺布内夹持吸附剂粒子。所述间隔点着方法具体为：按1:0.8摩尔的比例混合调和甲基丙烯树脂和聚异氰酸酯制成二液硬化型粘接剂，匀速缓缓搅拌20分钟；在表面清理干净的活性炭纤维型无纺布上利用专用梳齿点着工具按所需间隔定量实施粘接剂点着；粘接剂点着完毕4-6分钟后在实施粘接剂点着的活性炭纤维型无纺布上均匀撒落吸附剂粒子，静置8-12分钟；提起撒落吸附剂粒子的活性炭纤维型无纺布，使其没有被粘接剂粘接的吸附剂粒子自然落下；之后盖上另一块活性炭纤维型无纺布，稍用力碾压使2枚活性炭纤维型无纺布紧密结合在一起，完成活性炭纤维型无纺布内夹持吸附剂粒子。所述将所述平板型和波纹型两种膜制品制成半蜂窝状的过程包括：在波纹型无纺布顶部凸脉沿线上利用专用梳齿点着工具按4-6cm间隔点着粘接剂；4-6分钟后，在实所述波纹型无纺布上加盖平板型无纺布，静置8-12分钟，碾压即得1枚半蜂窝状膜制品。具体地，所述将所述平板型和波纹型两种膜制品制成半蜂窝状的过程具体包括：按1:0.8摩尔的比例混合调和甲基丙烯树脂和聚异氰酸酯制成二液硬化型粘接剂，匀速缓缓搅拌20分钟；在波纹型无纺布顶部凸脉沿线上利用专用梳齿点着工具按所需间隔定量实施粘接剂点着；粘接剂点着完毕4-6分钟后在实施粘接剂点着的波纹型无纺布上加盖平板型无纺布，静置8-12分钟，稍加碾压即制成1枚半蜂窝状膜制品；多枚半蜂窝状膜制品层叠在一起，其间不用粘接剂粘接，成为一个整体置入框体内即制成整体半蜂窝状膜成形体。以下结合具体实施例及对比例对发明的技术方案进行详细说明。实施例1及对比例1、2中使用的吸附剂粒子为沸石粒子，热可塑性粘接剂使用甲基丙烯树脂和聚异氰酸酯制成的二液硬化型粘接剂，变换二者的粒径比率制作所述高机能吸附膜，其规格如表1所示，吸附膜规格：210×210×25mmt，凸丘数30，滤过面积0.315m2，沸石量250g/m2。表1尺寸210×210×25mmt滤过面积m20.315沸石量g/m2250对制作的高机能吸附膜，测定初期通过浓度为300ppm，风速为1.5m/s时的甲苯去除性能和甲苯饱和吸附量。实施例1吸附剂使用350μm沸石粒子，热可塑性粘接剂使用100μm甲基丙烯树脂和聚异氰酸酯制成的二液硬化型粘接剂，二者的粒径比率为甲基丙烯树脂和聚异氰酸酯制成的二液硬化型粘接剂/沸石＝28.6％，制作含VOCs废气吸附膜(即所述高机能吸附膜)。对制作的VOCs废气吸附膜，测定初期通过浓度300ppm，风速1.5m/s的甲苯去除性能和甲苯饱和吸附量。结果如表2，初期甲苯去除性能为88％，甲苯的饱和吸附量为36g，滤材状态良好。即初期的吸附性能、饱和吸附量、粘着强度皆优。且对于下述对比例1、2，其初期的吸附性能、饱和吸附量、粘着强度也皆优。对比例1对比例1中，热可塑性粘接剂使用粒径小于上述粒径范围下限值(吸附剂的1/4)的甲基丙烯树脂和聚异氰酸酯制成的二液硬化型粘接剂制作含VOCs废气吸附膜。具体吸附剂使用350μm沸石粒子，热可塑性接着剂使用粒径20μm的甲基丙烯树脂和聚异氰酸酯制成的二液硬化型粘接剂，二者的粒径比率为甲基丙烯树脂和聚异氰酸酯制成的二液硬化型粘接剂/沸石＝5.7％。对制作的VOCs废气吸附膜，测定初期通过浓度300ppm，风速1.5m/s的甲苯去除性能、饱和吸附量，结果如表2，初期甲苯去除性能为50％，甲苯的饱和吸附量为10g，即该对比例1的含VOCs废气吸附膜的吸附性能非常低。对比例2热可塑性粘接剂使用粒径大于上述粒径范围上限值(吸附剂的1/3)的甲基丙烯树脂和聚异氰酸酯制成的二液硬化型粘接剂制作对比例2的含VOCs废气吸附膜。具体吸附剂使用350μm沸石粒子，热可塑性粘接剂使用粒径350μm的甲基丙烯树脂和聚异氰酸酯制成的二液硬化型粘接剂，二者的粒径比率为甲基丙烯树脂和聚异氰酸酯制成的二液硬化型粘接剂/活性炭＝100％，制作VOCs废气吸附膜。该对比例2的滤材的接着强度弱，导致剥离，不能制成吸附膜(参见表2)。归纳上述实施例1、对比例1、2结果见表2。吸附剂使用350μm沸石粒子，沸石粉碎粒子化时，粒径呈正规分布，设定该平均粒径的目标值是350μm时，其粒径主要分布范围在200-500μm内。表2项目实施例1对比例1对比例2沸石平均粒径μm350350350粘接剂平均粒径μm10020350粒径比率粘接剂/沸石28.6％5.7％100％初期甲苯去除性能％88％50％--饱和吸附量g3610--滤材状态○○×在本发明实施例提供的高机能吸附膜中，在活性炭纤维型无纺布膜之间夹持吸附剂粒子，用热可塑性粘接剂固定在膜上的这种含VOCs废气吸附膜，其吸附剂粒子的粒径200-500μm，因将该热可塑性粘接剂粒径减小到上述吸附剂粒子粒径的1/4-1/3，避免了热可塑性粘接剂粒子包覆在沸石粒子表面，沸石粒子的吸附性能不会降低。此外，所述粘接剂间隔点着制成半蜂窝状VOCs吸附膜成形体的单元，所以即使是粘接剂使用量少，也能长期有效发挥可持续去除含VOCs废气的高机能吸附膜的功效。因减少了粘接剂使用量也提升了该可持续去除含VOCs废气的高机能吸附膜的有效利用度。因抑制了于废气气流应力，所以防止了含VOCs废气吸附膜成形体变形，可以发挥长期的可持续去除含VOCs废气的高机能功效。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3