具有氧化性的吸附剂及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及吸附剂制备技术领域，具体而言，涉及具有氧化性的吸附剂及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着工业化的发展，空气中偶尔会含有一些酸性气体和甲醛类气体。在一些流通量较小的厂房、办公室等室内环境中，这些气体不仅会对工业设备和器材造成腐蚀危害，也会对人体造成不可逆的损伤，严重更会引起一系列疾病。尤其是在一些高端设备的生产工艺中，这些气体的存在会对加工过程带来不利影响。因此，为了避免这些现象的产生以及保障工作、生活等场地的环境质量，需采取一些措施对这些气体进行有效的吸附或去除。
3.空气中的有害物质除了上述提到的有害气体外还可能含有细菌或病毒。通常来说，细菌和病毒均会通过空气或气溶胶的方式进行传播，这在日常生活中会导致人类防不胜防。而人流量较多的地方通常也是病毒或细菌易存活的地方(比如医院、商场、办公楼、小区等地)，故在这些地方通常需利用空气净化等方式改善室内空气。值得一提的是，在空气循环过程中，细菌和病毒均会在不经意传播至人类，因此很有必要在空气系统中采取除菌去病毒的措施。
4.如今，去除室内的有害气体主要是用一些活性炭等物理吸附，这些吸附剂大多在吸附饱和或过量后容易脱附，且容易吸附空气中的部分水，吸附效率低，不能有效的去取空气中相应的有害气体。而针对细菌和病毒的去除，通常是在空气循环系统的管道排气或进气口添加紫外、臭氧、等离子体、加热等消毒设备，然而这些设备通常需要较大功率，且所需设备较复杂以及除菌、除病毒率并不高，故在实际中应用中还存在较多问题。
5.鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供具有氧化性的吸附剂的制备方法、具有氧化性的吸附剂和具有氧化性的吸附剂在除菌产品和除菌方法中的应用。
7.本发明是这样实现的：
8.第一方面，本发明提供一种具有氧化性的吸附剂的制备方法，包括：
9.将活性炭粉和活性氧化铝粉的混合物料进行造粒，在造粒过程中通过淋洗混料的方式向物料中加入氧化剂溶液、碱性碳酸盐溶液以及粘结剂，以占制得的吸附剂的含量计，活性炭粉含量为20～35wt％，活性氧化铝粉含量为30～50wt％，氧化剂含量为10～20wt％，碱性碳酸盐含量为4.2～10wt％，粘结剂含量为2.5～10wt％，氧化剂溶液中的氧化剂包括高锰酸盐或重铬酸盐中至少一种，碱性碳酸盐溶液中的溶质为碳酸钠或碳酸钾中至少一种。
10.在可选的实施方式中，活性炭粉和活性氧化铝粉的比表面积均为400-1200m2/g，优选1000～1200m2/g。
11.在可选的实施方式中，活性炭粉为煤质活性炭、木质活性炭和椰壳活性炭中至少一种。
12.在可选的实施方式中，高锰酸盐包括为高锰酸钾、高锰酸钠和高锰酸镁中至少一种；
13.优选地，高锰酸盐的浓度为50～400g/l；
14.优选地，重铬酸盐包括重铬酸钾、重铬酸钠和重铬酸钡中至少一种；
15.更优选地，重铬酸盐的浓度为50～400g/l。
16.在可选的实施方式中，粘结剂包括固含量30～50wt％的硅酸钠与水的混合物、磷酸二氢铝和环氧树脂中至少一种。
17.在可选的实施方式中，造粒是在圆盘造粒机中进行，造粒速度为5～80r/min，造粒时间为0.5～5h。
18.在可选的实施方式中，造粒结束后还包括去除颗粒中的水分；
19.优选地，去除颗粒中的水分的方式包括：将造粒得到的颗粒料置于50～150℃下干燥6h～24h。
20.在可选的实施方式中，活性炭粉和活性氧化铝粉的混合物料的制备方法包括：
21.将活性炭粉和活性氧化铝粉搅拌混合，搅拌转速为200～1000r/min，搅拌时间为0.5～5h，搅拌过程进行超声分散，超声功率为500～2000w。
22.第二方面，本发明提供一种具有氧化性的吸附剂，采用如前述实施方式任一项的制备方法制得。
23.第三方面，本发明提供如前述实施方式的具有氧化性的吸附剂在除菌产品或除菌方法中的应用。
24.本发明具有以下有益效果：
25.本技术提供的制备方法，以比表面积较大的合适配比的活性炭粉和活性氧化铝粉作为吸附剂的基体为吸附剂提供活性物质负载空间并且提供吸附性；高锰酸盐或重铬酸盐具有较强的氧化性，在活性炭粉和活性氧化铝粉将还原性有害气体、细菌和病毒吸附到吸附剂上后，通过其强氧化性将有害气体氧化、破坏细菌和病毒的结构，达到除有害气体、除菌和除病毒的效果；而本技术通过将氧化剂溶液、碳酸钠以及粘结剂通过淋洗的方式在造粒过程中与活性炭粉和活性氧化铝粉的混合物料进行混合具有两个优点：1.淋洗的方式可使得高锰酸盐和/或重铬酸盐能保证更均匀负载的前提下更多地在活性炭颗粒和活性氧化铝颗粒上，而不会出现某些地方氧化剂和粘结剂负载过多导致孔隙堵塞；2.将碱性碳酸盐溶液一同喷淋，通过碱性碳酸盐的弱碱性，可避免高锰酸盐或重铬酸盐堵塞活性炭及活性氧化铝的孔径，使活性炭及活性氧化铝保持原有的大孔特性，防止高锰酸盐和/或重铬酸盐堵塞活性氧化铝的孔径，进一步保证高锰酸盐和/或重铬酸盐在活性炭颗粒和活性氧化铝颗粒结构中的均匀分布。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这
些附图获得其他相关的附图。
27.图1为实施例1制得的吸附剂的sem图；
28.图2为对比例6制得的吸附剂的sem图；
29.图3为对比例7制得的吸附剂的sem图；
30.图4为对比例9制得的吸附剂的sem图。
具体实施方式
31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
32.下面对本技术提供的具有氧化性的吸附剂及其制备方法和应用进行具体说明。
33.本技术实施例提供的一种具有氧化性的吸附剂，包括：
34.将活性炭粉和活性氧化铝粉的混合物料进行造粒，在造粒过程中通过淋洗混料的方式向物料中加入氧化剂溶液、碱性碳酸盐溶液以及粘结剂，以占制得的吸附剂的含量计，活性炭粉含量为20～35wt％，活性氧化铝粉含量为30～50wt％，氧化剂含量为10～20wt％，碱性碳酸盐含量为4.2～10wt％，粘结剂含量为2.5～10wt％，氧化剂溶液中的氧化剂包括高锰酸盐或重铬酸盐中至少一种，碱性碳酸盐溶液中的溶质为碳酸钠或碳酸钾中至少一种。
35.本技术提供的制备方法，以比表面积较大的合适配比的活性炭粉和活性氧化铝粉作为吸附剂的基体为吸附剂提供活性物质负载空间并且提供吸附性；高锰酸盐或重铬酸盐具有较强的氧化性，在活性炭粉和活性氧化铝粉将还原性有害气体、细菌和病毒吸附到吸附剂上后，通过其强氧化性将有害气体氧化、破坏细菌和病毒的结构，达到除有害气体、除菌和除病毒的效果；而本技术通过将氧化剂溶液、碳酸钠以及粘结剂通过淋洗的方式在造粒过程中与活性炭粉和活性氧化铝粉的混合物料进行混合具有两个优点：1.淋洗的方式可使得高锰酸盐和/或重铬酸盐能保证更均匀负载的前提下更多地在活性炭颗粒和活性氧化铝颗粒上，而不会出现某些地方氧化剂和粘结剂负载过多导致孔隙堵塞；2.将碱性碳酸盐溶液一同喷淋，通过碱性碳酸盐的弱碱性，可避免高锰酸盐或重铬酸盐堵塞活性炭及活性氧化铝的孔径，使活性炭及活性氧化铝保持原有的大孔特性，防止高锰酸盐和/或重铬酸盐堵塞活性氧化铝的孔径，进一步保证高锰酸盐和/或重铬酸盐在活性炭颗粒和活性氧化铝颗粒结构中的均匀分布。
36.综上，通过本技术提供的制备方法，可使除菌活性物质均匀负载在活性炭粉和活性氧化铝粉的颗粒表面，而不会出现孔隙堵塞，制得的吸附剂具有强吸附性和氧化性，不洁气体经过本技术提供的吸附剂后，其中的有害气体(比如so2、h2s、ch2o)、细菌、病毒等被吸附在吸附剂上，在高锰酸盐和/或重铬酸盐的作用下将某些有害气体氧化、细菌及病毒的结构被破坏，而由于本技术提供的吸附剂具有高活性物质负载量且孔隙未被堵塞的前提下，其对有害气体的处理效率明显高于现有吸附剂。
37.下面对本技术实施例提供的具有氧化性的吸附剂的制备方法进行更具体地说明。
38.制备方法为：
39.s1、备料
40.按照占制得的具有氧化性的吸附剂的质量比计，活性炭粉为20～35％，活性氧化铝粉为30～50％，氧化剂为10～20％，碱性碳酸盐为4.2～10％，粘结剂为2.5～10％进行备料。
41.具体组分可以是：
42.活性炭粉20％、活性氧化铝粉50％、氧化剂15％、碱性碳酸盐5％、粘结剂为10％；
43.或者活性炭粉35％、活性氧化铝粉30％、氧化剂20％、碱性碳酸盐10％、粘结剂为5％；
44.或者活性炭粉30％、活性氧化铝粉40％、氧化剂20％、碱性碳酸盐7.5％、粘结剂为2.5％；
45.或者活性炭粉20％、活性氧化铝粉50％、氧化剂10％、碱性碳酸盐10％、粘结剂为10％；
46.或者活性炭粉25％、活性氧化铝粉45％、氧化剂15％、碱性碳酸盐7％、粘结剂为8％。
47.将氧化剂溶于去离子水中制成氧化剂溶液；将碱性碳酸盐溶于去离子水中制成碱性碳酸盐溶液。为保证氧化剂能更均匀负载在活性炭颗粒以及活性氧化铝颗粒的结构中，配制为浓度50～400g/l(例如50g/l、100g/l、200g/l或400g/l)的氧化剂溶液和浓度为50～400g/l(例如50g/l、100g/l、200g/l或400g/l)的碱性碳酸盐溶液用于后续喷淋加料造粒。
48.本技术中碱性碳酸盐可以是碳酸钠、碳酸钾或上述两种的混合物。在本技术提供的几个实施例中使用更常规的碳酸钠。
49.氧化剂溶液中的氧化剂包括高锰酸盐或重铬酸盐中至少一种。高锰酸盐包括为高锰酸钾、高锰酸钠和高锰酸镁中至少一种；重铬酸盐包括重铬酸钾、重铬酸钠和重铬酸钡中至少一种。
50.活性炭粉为煤质活性炭、木质活性炭和椰壳活性炭中至少一种。
51.粘结剂包括固含量30～50wt％的硅酸钠与水的混合物、磷酸二氢铝和环氧树脂中至少一种。
52.进一步地，为了保证吸附剂的吸附性，活性炭粉和活性氧化铝粉的比表面积均为400-1200m2/g，优选1000～1200m2/g。
53.s2、混合
54.将活性炭粉和活性氧化铝粉搅拌混合，为保证这两种粉体能够充分分散均匀，搅拌转速为200～1000r/min(例如200r/min、400r/min、600r/min、800r/min或1000r/min)，搅拌时间为0.5～5h(例如0.5h、1h、3h或5h)，搅拌过程进行超声分散以保证两种粉体可分散地更均匀，超声功率为500～2000w(例如500w、1000w或2000w)。
55.搅拌混合结束后得到混合物料。
56.s3、造粒
57.将混合物料置于造粒机中进行造粒，造粒的同时采用淋洗混料的方式向造粒机的混合物料中滴加氧化剂溶液、碱性碳酸盐溶液以及粘结剂。
58.造粒机可选择圆筒式、圆盘式或振动式造粒机进行造粒。
59.优选圆盘式造粒机进行造粒，造粒速度为5～80r/min(例如5r/min、10r/min、20r/
min、50r/min或80r/min)，造粒时间为0.5～5h(例如0.5h、1h、2h或5h)，当吸附剂颗粒达到1～7mm时从圆盘中甩出即得球状颗粒料，这些颗粒料为紫色、紫黑色或黑色的颗粒料。
60.s4、干燥
61.将上一步骤制得的颗粒料置于50～150℃(例如50℃、100℃或150℃)下干燥6h～24h(6h、10h、15h、20h或24h)去除颗粒中的水分，得到具有氧化性的吸附剂。
62.本技术实施例提供的具有氧化性的吸附剂，采用本技术提供的制备方法制得。该吸附剂对不洁气体中有害物质(如有害气体、细菌和病毒)具有很好的去除效果。
63.本技术实施例还提供上述具有氧化性的吸附剂在除菌产品和除菌方法中的应用。
64.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
65.实施例1
66.本实施例提供的具有氧化性的吸附剂的制备方法为：
67.按照占制得的具有氧化性的吸附剂的质量比计，活性炭粉为30.4％，活性氧化铝粉为40.4％，高锰酸钾为17％，碳酸钠为7.2％，粘结剂为5％进行备料。活性炭粉为椰壳活性炭粉，其比表面积约为1000～1200m2/g，活性氧化铝粉的比表面积约为1000～1200m2/g，粘结剂包为固含量40wt％的硅酸钠与水的混合物。
68.将高锰酸钾溶于去离子水中制成浓度为300g/l的高锰酸钾溶液；将碳酸钠溶于去离子水中制成浓度为300g/l的碳酸钠溶液。
69.将活性炭粉和活性氧化铝粉搅拌混合，搅拌转速为200r/min，搅拌时间为5h，搅拌过程进行超声分散以保证两种粉体可分散地更均匀，超声功率为500w。搅拌混合结束后得到混合物料。
70.将混合物料置于圆盘式造粒机进行造粒，造粒速度为50r/min，造粒时间约5h吸附剂颗粒达到从圆盘中全部甩出即得颗粒粒径为1～7mm的球状颗粒料，这些颗粒料为紫色黑色颗粒料。
71.将上一步骤制得的颗粒料置于80℃下干燥6h去除颗粒中的水分，得到具有氧化性的吸附剂。
72.实施例2-13的与实施例1基本相同，不同之处仅在于具体配比关系及选料不同，具体见表1所示。
73.表1各实施例具体设置
74.[0075][0076]
对比例1-5
[0077]
各对比例的与实施例1基本相同，不同之处仅在于具体配比关系及选料不同，具体见表2所示：
[0078]
表2各对比例的设置
[0079][0080][0081]
对比例6
[0082]
本对比例相对于实施例1基本相同，不同之处仅在于：不采用淋洗滴加的方式加氧化剂溶液、碳酸钠溶液以及粘结剂，将氧化剂溶液、碳酸钠溶液以及粘结剂与混合物料一起投入造粒机中进行造粒。
[0083]
对比例7
[0084]
本对比例相对于实施例1基本相同，不同之处仅在于：不采用淋洗滴加的方式加粘结剂，将粘结剂与混合物料一起投入造粒机中进行造粒。
[0085]
对比例8
[0086]
本对比例相对于实施例1基本相同，不同之处仅在于：不采用淋洗滴加的方式加碳酸钠溶液，将碳酸钠溶液与混合物料一起投入造粒机中进行造粒。
[0087]
对比例9
[0088]
本对比例相对于实施例1基本相同，不同之处仅在于：不采用淋洗滴加的方式加氧化剂溶液，将氧化剂溶液与混合物料一起投入造粒机中进行造粒。
[0089]
实验例1
[0090]
在扫描电镜下拍摄实施例1和对比例6、7、9制得的吸附剂颗粒，如图1～4所示。从图中可看出，吸附剂颗粒上负载的物质分布均匀，不存在孔道堵塞现象。而对比例6、7、9制得的吸附剂颗粒明显存在负载物分布不均匀的问题，存在孔道堵塞且粉体颗粒团聚的现象。
[0091]
实验例2
[0092]
检测各实施例和对比例制得的吸附剂的性能，如表3所示。
[0093]
吸附剂比表面积测试方法为：氮气等温吸附-脱附曲线(bet法)；
[0094]
吸附量的计算：将装有一定量的吸附剂包分别放入含有过量的h2s、so2、no、ch2o、no2密封仪器中，经过充足时间吸附后，通过计算吸附剂包中滤球的质量和密封仪器中气体体积的变化来计算吸附剂的吸附量。
[0095]
细菌的数量检测：atp荧光细菌检测仪。
[0096]
表3各实施例和对比例制得的吸附剂性能
[0097][0098][0099]
实验例3
[0100]
细菌经吸附剂去除实验过程：将含有病毒或细菌的气体式喷射至吸附剂表面上，以使病毒或细菌能被吸附剂吸附：
[0101]
将培养皿中含有一定营养液的细菌(大肠杆菌)，利用雾化器以气体的形式从上侧
喷入装有一定量吸附剂筛子的圆筒(上下相通)中，同时在圆筒下测放置培养皿，待雾化器中的细菌喷洒结束后，将培养皿的细菌进行采样计数。将实验结果记录至表4。
[0102]
表4细菌吸附实验结果
[0103][0104][0105]
从表2和表3可看出，本技术实施例提供的具有氧化性的吸附剂对有害气体具有好
的吸附效果，对细菌具有好的去除效果。将实施例1与对比例1对比可看出，若造粒中不使用碳酸钠，制得的吸附剂对有害气体的吸附效果，对细菌的去除效果明显更差；将实施例1与对比例2和3对比可看出，若仅采用活性炭或仅采用活性氧化铝作为载体，最终制得的吸附剂的吸附效果和除菌效果略差；将实施例1与对比例4和5对比可看出，当使用的碳酸钠的量超出或小于本技术要求的范围内时，制得的吸附剂的吸附及除菌效果略差。将实施例1与对比例6-9对比可看出，实施例6-9的吸附及除菌效果明显更差，说明在造粒中将碳酸钠、氧化剂以及粘结剂采用淋洗的方式造粒可明显提高制得的吸附剂的性能。
[0106]
综上，本技术提供的制备方法，可使除菌活性物质均匀负载在活性炭粉和活性氧化铝粉的颗粒表面，而不会出现孔隙堵塞，制得的吸附剂具有强吸附性和氧化性，不洁气体经过本技术提供的吸附剂后，其中的有害气体(比如so2、h2s、ch2o)、细菌、病毒等被吸附在吸附剂上，在高锰酸盐和/或重铬酸盐的作用下将某些有害气体氧化、细菌及病毒的结构被破坏，而由于本技术提供的吸附剂具有高活性物质负载量且孔隙未被堵塞的前提下，其对有害气体的处理效率明显高于现有吸附剂。
[0107]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。