本发明涉及废气净化技术领域，具体涉及一种净化苯的活性炭基滤网及其制备方法。
背景技术
大气污染是我国目前突出的环境污染问题之一，其中挥发性有机物是大气污染物的重要来源。大量含挥发性有机物的工业废气排入大气，造成大气坏境质量下降，同时也给人体健康带来危害，作为典型挥发性有机物废气代表性污染物的苯、甲苯、二甲苯(即含三苯系物)，通过呼吸道和皮肤可以进入人体，可使人的呼吸、血液、肝脏等系统和器官造成暂时性或永久性病变，尤其是苯萘芘类多环芳烃能使人体直接致癌以引起人类的高度重视。故而，对三苯系物的治理成为当前大气污染治理中的一个重要问题。
目前对于低浓度、无回收价值的三苯系物废气多采用破坏性方法如催化燃烧、电晕法或等离子体法；而中高浓度、有回收利用价值的挥发性有机物废气则尽可能采用非破坏性方法如吸附和吸收等。吸附法是一种常用的处理含挥发性有机物的方法，其中活性碳吸附应用最为广泛，但它很容易产生二次污染，且阻力非常高，导致运转费用较高。因此，寻找一种高效治理三苯系物废气的吸附剂尤为重要。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种净化苯的活性炭基滤网及其制备方法，该净化苯的活性炭基滤网能够吸附废气中的苯，实现废气中苯的富集，并对苯进行催化还原，可以快速有效的净化废气中的苯，保证空气的安全、为人们提供健康的生活环境。
为了实现上述目的，本发明提供一种净化苯的活性炭基滤网的制备方法，包括以下步骤：
(1)将柑橘属植物果皮在惰性气体氛围中在100～160℃下退火2～24h，接着升温至300～700℃二次退火1～8h，得到多孔活性炭；
(2)将有机钛酸酯、过渡金属盐和尿素在溶剂中搅拌混合均匀，然后加入多孔活性炭、ch3nh3i和硅烷偶联剂，接着在100～160℃下密封热反应2～6h，得到改性多孔活性炭；
(3)将改性多孔活性炭与聚二烯丙基二甲基氯化铵在溶剂中混合均匀后，超声分散1～3h，得到混合体系，然后向该混合体系中加入氧化石墨烯悬浮液和还原剂，继续超声分散2～6h，离心、洗涤、干燥后，得到活性炭基吸附剂；
(4)将上述活性炭基吸附剂加入尼龙66乳液中混合均匀，然后进行静电纺丝得到聚合物纤维，对聚合物纤维进行纺织得到滤布，然后对滤布进行裁剪、折叠，然后注胶定型，得到净化苯的活性炭基滤网。
本发明还提供一种根据上述方法制备得到的净化苯的活性炭基滤网。
通过上述技术方案，本发明将多孔碳与有机钛酸酯、过渡金属盐和ch3nh3i反应，能够在多孔碳的孔隙内生成ch3nh3i和金属元素共改性的改性tio2，从而提高二氧化钛的可见光响应范围和响应强度，提高了二氧化钛的催化效率；接着将改性多孔活性炭与草本植物进行超声和微波处理，使得草本植物粒子可以进入多孔碳的孔隙内，提高改性多孔活性炭对苯的降解效率。本发明的吸附含苯废气的活性炭基吸附剂含有丰富的孔隙结构，比表面积高，能够能够实现废气中苯的富集，并在富集位点对其进行原位催化，具有去除率高，吸附阻力小，且不会造成二次污染，保证空气的安全、为人们提供健康的生活环境。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供一种净化苯的活性炭基滤网，由如下重量份的物质制成：柑橘属植物果皮50～100重量份、有机钛酸酯6～24重量份、过渡金属盐0.2～1重量份、ch3nh3i2～8重量份、尿素1～8重量份、氧化石墨烯3～15重量份、还原剂2～5重量份、聚二烯丙基二甲基氯化铵5～10重量份、硅烷偶联剂3～5重量份、溶剂50～120重量份、尼龙66乳液200～500重量份。优选条件下，所述净化苯的活性炭基滤网，由如下重量份的物质制成：柑橘属植物果皮60～80重量份、有机钛酸酯12～20重量份、过渡金属盐0.2～0.6重量份、ch3nh3i3～6重量份、尿素2～6重量份、氧化石墨烯5～12重量份、还原剂2～5重量份、聚二烯丙基二甲基氯化铵5～10重量份、硅烷偶联剂3～5重量份、溶剂50～120重量份、尼龙66乳液200～500重量份。
本发明还提供一种所述净化苯的活性炭基滤网的制备方法，包括以下步骤：
(1)将柑橘属植物果皮在惰性气体氛围中在100～160℃下退火2～24h，接着升温至300～700℃二次退火1～8h，得到多孔活性炭；
(2)将有机钛酸酯、过渡金属盐和尿素在溶剂中搅拌混合均匀，然后加入多孔活性炭、ch3nh3i和硅烷偶联剂，接着在100～160℃下密封热反应2～6h，得到改性多孔活性炭；
(3)将改性多孔活性炭与聚二烯丙基二甲基氯化铵在溶剂中混合均匀后，超声分散1～3h，得到混合体系，然后向该混合体系中加入氧化石墨烯悬浮液和还原剂，继续超声分散2～6h，离心、洗涤、干燥后，得到活性炭基吸附剂；
(4)将上述活性炭基吸附剂加入尼龙66乳液中混合均匀，然后进行静电纺丝得到聚合物纤维，对聚合物纤维进行纺织得到滤布，然后对滤布进行裁剪、折叠，然后注胶定型，得到净化苯的活性炭基滤网。
柑橘属植物果皮中含有丰富的孔隙结构，材料原料来源广泛，对其进行煅烧后，能够生成具有高比表面积、高吸附性的多孔活性炭，所述柑橘属植物果皮可以为柑橘皮、柠檬皮、橙子皮、柚子皮和香橼果皮中的至少一种。
本发明中通过将多孔碳与有机钛酸酯、过渡金属盐和ch3nh3i反应，能够在多孔碳的孔隙内生成ch3nh3i和金属元素共改性的改性tio2，避免了tio2的导电性差且光生电子和空穴容易重组的缺点，从而提高二氧化钛的可见光响应范围和响应强度，提高了二氧化钛的催化效率；优选条件下，所述有机钛酸酯和过渡金属盐的质量比为(30～100):1。优选条件下，所述有机钛酸酯选自钛酸四乙酯、钛酸四甲酯、钛酸四异丙酯、钛酸四异丁酯、钛酸四正丁酯中的至少一种。所述过渡金属盐选自可溶性铁盐、可溶性镍盐、可溶性锌盐、可溶性钴盐、可溶性锰盐、可溶性银盐、可溶性钼盐中的至少一种。
优选条件下，所述硅烷偶联剂选自氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、2-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷、二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷、氨乙基氨丙基甲基二甲氧基硅烷、氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷、脲丙基三乙氧基硅烷及脲丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
本发明中，通过将改性多孔活性炭与聚二烯丙基二甲基氯化铵在溶剂中混合，可以使聚二烯丙基二甲基氯化铵发生电离，产生带正电荷的有机粒子，该有机粒子能够在吸附在改性多孔活性炭表面，并与带正电的氧化还原石墨烯发生静电作用，使得氧化石墨烯与改性多孔活性炭进行进一步复合，然后加入还原剂，将氧化石墨烯还原成氧化还原石墨烯，从而提高材料对苯的催化性能。优选条件下，所述还原剂选自水合肼、硼氢化钠和抗坏血酸中的至少一种。
优选条件下，所述溶剂选自丙三醇、乙醇、异丙醇、丙二醇、乙二醇、水和正丁醇中的至少一种。
本发明还提供一种根据上述方法制备得到的净化苯的活性炭基滤网。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，静电纺丝工艺、聚合物纤维的纺织工艺、滤布的裁剪、折叠，注胶定型工艺都为所属领域所公知的技术，本发明在此不在赘述。
实施例1
一种净化苯的活性炭基滤网，由如下重量份的物质制成：柠檬皮75重量份、钛酸四乙酯16重量份、醋酸钴0.4重量份、ch3nh3i5重量份、尿素4重量份、氧化石墨烯8重量份、水合肼4重量份、聚二烯丙基二甲基氯化铵8重量份、二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷4重量份、水120重量份、尼龙66乳液250重量份。
所述吸附含苯废气的活性炭基吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将柠檬皮放入马弗炉中在氩气氛围中在100℃下干燥20h，再升温至450℃，煅烧6h，得到多孔活性炭；
(2)将钛酸四乙酯、醋酸钴和尿素在水中搅拌混合均匀，然后加入多孔活性炭、ch3nh3i和二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷，接着在150℃下密封热反应4h，得到改性多孔活性炭；
(3)将改性多孔活性炭与聚二烯丙基二甲基氯化铵在水中混合均匀后，超声分散1.5h，得到混合体系，然后向该混合体系中加入氧化石墨烯和水合肼，继续超声分散2h，离心、洗涤、干燥后，得到活性炭基吸附剂；
(4)将上述活性炭基吸附剂加入尼龙66乳液中混合均匀，然后进行静电纺丝得到聚合物纤维，对聚合物纤维进行纺织得到滤布，然后对滤布进行裁剪、折叠，然后注胶定型，得到净化苯的活性炭基滤网。
实施例2
一种吸附含苯废气的活性炭基吸附剂，由如下重量份的物质制成：柚子皮80重量份、钛酸四甲酯12重量份、硝酸银0.4重量份、ch3nh3i3.2重量份、尿素6重量份、氧化石墨烯5重量份、硼氢化钠5重量份、聚二烯丙基二甲基氯化铵10重量份、脲丙基三甲氧基硅烷4.5重量份、水100重量份、尼龙66乳液300重量份。
所述吸附含苯废气的活性炭基吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将柚子皮放入马弗炉中在氩气氛围中在120℃下干燥12h，再升温至500℃，煅烧4h，得到多孔活性炭；
(2)将钛酸四甲酯、硝酸银和尿素在水中搅拌混合均匀，然后加入多孔活性炭、ch3nh3i和脲丙基三甲氧基硅烷，接着在120℃下密封热反应4h，得到活性炭基吸附剂；
(4)将上述活性炭基吸附剂加入尼龙66乳液中混合均匀，然后进行静电纺丝得到聚合物纤维，对聚合物纤维进行纺织得到滤布，然后对滤布进行裁剪、折叠，然后注胶定型，得到净化苯的活性炭基滤网。
实施例3
一种吸附含苯废气的活性炭基吸附剂，由如下重量份的物质制成：柑橘皮60重量份、钛酸四正丁酯24重量份、钼酸钠0.6重量份、ch3nh3i5.3重量份、尿素2重量份、氧化石墨烯12重量份、硼氢化钠2重量份、聚二烯丙基二甲基氯化铵5重量份、氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷3.5重量份、乙二醇150重量份、尼龙66乳液200重量份。
所述吸附含苯废气的活性炭基吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将柑橘皮放入马弗炉中在氩气氛围中在120℃下干燥5h，再升温至400℃，煅烧3h，得到多孔活性炭；
(2)将钛酸四正丁酯、钼酸钠和尿素在乙二醇中搅拌混合均匀，然后加入多孔活性炭、ch3nh3i和氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷，接着在150℃下密封热反应3h，得到改性多孔活性炭；
(3)将改性多孔活性炭与聚二烯丙基二甲基氯化铵在乙二醇中混合均匀后，超声分散2h，得到混合体系，然后向该混合体系中加入氧化石墨烯和硼氢化钠，继续超声分散3h，离心、洗涤、干燥后，得到活性炭基吸附剂；
(4)将上述活性炭基吸附剂加入尼龙66乳液中混合均匀，然后进行静电纺丝得到聚合物纤维，对聚合物纤维进行纺织得到滤布，然后对滤布进行裁剪、折叠，然后注胶定型，得到净化苯的活性炭基滤网。
实施例4
一种吸附含苯废气的活性炭基吸附剂，由如下重量份的物质制成：橙子皮100重量份、钛酸四异丁酯20重量份、氯化锌0.2重量份、ch3nh3i2重量份、尿素8重量份、氧化石墨烯15重量份、抗坏血酸5重量份、聚二烯丙基二甲基氯化铵5重量份、氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷3重量份、乙醇200重量份、尼龙66乳液300重量份。
所述吸附含苯废气的活性炭基吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将橙子皮放入马弗炉中在氩气氛围中在160℃下干燥2h，再升温至700℃煅烧1h，得到多孔活性炭；
(2)将钛酸四异丁酯、氯化锌和尿素在乙醇中搅拌混合均匀，然后加入多孔活性炭、ch3nh3i和氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷，接着在160℃下密封热反应6h，得到改性多孔活性炭；
(3)将改性多孔活性炭与聚二烯丙基二甲基氯化铵在乙醇中混合均匀后，超声分散3h，得到混合体系，然后向该混合体系中加入氧化石墨烯和抗坏血酸，继续超声分散2h，离心、洗涤、干燥后，得到活性炭基吸附剂；
(4)将上述活性炭基吸附剂加入尼龙66乳液中混合均匀，然后进行静电纺丝得到聚合物纤维，对聚合物纤维进行纺织得到滤布，然后对滤布进行裁剪、折叠，然后注胶定型，得到净化苯的活性炭基滤网。
实施例5
一种吸附含苯废气的活性炭基吸附剂，由如下重量份的物质制成：香橼果皮50重量份、硅酸四甲酯24重量份、氯化钴1重量份、ch3nh3i8重量份、尿素1重量份、氧化石墨烯3重量份、抗坏血酸2重量份、聚二烯丙基二甲基氯化铵10重量份、脲丙基三乙氧基硅烷5重量份、异丙醇100重量份、尼龙66乳液500重量份。
所述吸附含苯废气的活性炭基吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将香橼果皮放入马弗炉中在氩气氛围中在100℃下干燥24h，再升温至300℃，煅烧8h，得到多孔活性炭；
(2)将硅酸四甲酯、氯化钴和尿素在异丙醇中搅拌混合均匀，然后加入多孔活性炭、ch3nh3i和脲丙基三乙氧基硅烷，接着在160℃下密封热反应2h，得到改性多孔活性炭；
(3)将改性多孔活性炭与聚二烯丙基二甲基氯化铵在异丙醇中混合均匀后，超声分散1h，得到混合体系，然后向该混合体系中加入氧化石墨烯和抗坏血酸，继续超声分散6h，离心、洗涤、干燥后，得到活性炭基吸附剂；
(4)将上述活性炭基吸附剂加入尼龙66乳液中混合均匀，然后进行静电纺丝得到聚合物纤维，对聚合物纤维进行纺织得到滤布，然后对滤布进行裁剪、折叠，然后注胶定型，得到净化苯的活性炭基滤网。
对比例1
一种吸附含苯废气的活性炭基吸附剂，由如下重量份的物质制成：柠檬皮75重量份、钛酸四乙酯16重量份、醋酸钴0.4重量份、ch3nh3i5重量份、尿素4重量份、氧化石墨烯8重量份、水合肼4重量份、聚二烯丙基二甲基氯化铵8重量份、二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷4重量份、水120重量份。
所述吸附含苯废气的活性炭基吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将柠檬皮放入马弗炉中在氩气氛围中在100℃下干燥20h，再升温至450℃，煅烧6h，得到多孔活性炭；
(2)将钛酸四乙酯、醋酸钴和尿素在水中搅拌混合均匀，然后加入多孔活性炭和二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷，接着在150℃下密封热反应4h，得到改性多孔活性炭；
(3)将改性多孔活性炭与聚二烯丙基二甲基氯化铵在水中混合均匀后，超声分散1.5h，得到混合体系，然后向该混合体系中加入氧化石墨烯和水合肼，继续超声分散2h，离心、洗涤、干燥后，得到活性炭基吸附剂；
(4)将上述活性炭基吸附剂加入尼龙66乳液中混合均匀，然后进行静电纺丝得到聚合物纤维，对聚合物纤维进行纺织得到滤布，然后对滤布进行裁剪、折叠，然后注胶定型，得到净化苯的活性炭基滤网。
对比例2
一种吸附含苯废气的活性炭基吸附剂，由如下重量份的物质制成：柠檬皮75重量份、钛酸四乙酯16重量份、醋酸钴0.4重量份、ch3nh3i5重量份、尿素4重量份、二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷4重量份、水120重量份。
所述吸附含苯废气的活性炭基吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将柠檬皮放入马弗炉中在氩气氛围中在100℃下干燥20h，再升温至450℃，煅烧6h，得到多孔活性炭；
(2)将钛酸四乙酯、醋酸钴和尿素在水中搅拌混合均匀，然后加入多孔活性炭、ch3nh3i和二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷，接着在150℃下密封热反应4h，离心、洗涤、干燥后，得到活性炭基吸附剂；
(4)将上述活性炭基吸附剂加入尼龙66乳液中混合均匀，然后进行静电纺丝得到聚合物纤维，对聚合物纤维进行纺织得到滤布，然后对滤布进行裁剪、折叠，然后注胶定型，得到净化苯的活性炭基滤网。
实验测试：
本发明实施例1-5和对比例1-2中的吸附含苯废气的活性炭基吸附剂对苯的净化性能评价在φ20mm、长200mm直型聚四氟乙烯管反应器中进行，将吸附含苯废气的活性炭基吸附剂加入聚四氟乙烯管反应器中，原料气组成为：苯浓度300mg/m3，其余为空气。反应在25℃常压环境下进行，反应气体积空速(ghsv)为3000h-1，实验结果如表1所示。
表1：实施例和对比例中的废气吸附剂对苯的净化性能
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。