活性炭毡改性工艺及其对净化甲醛效果的影响.pdf

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1、第2 8 卷第9 期 2 0 0 7 年9 月 纺织学报 J 0 u m a lo fT e x t i l eR e 8 e a r c h V o l2 8N n9 S e D2 0 0 7 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1f 2 0 0 7 ) 0 9 ，。0 1 5 一0 4 活性炭毡改性工艺及其对净化甲醛效果的影响 宋晓峰h 2 ，刘辉1 ( 1 K 春工业大学，吉林长春1 3 0 0 1 2 ；2 吉林大学，吉林长春1 3 0 0 1 2 ) 摘要研究溶胶凝胶法活性炭毡负载纳米二氧化钛改性工艺及净化甲醛的试验方法。通过正交试验考察浸涂 次数、热处理温度、浸涂时问、升温速率等

2、工艺参数对甲醛去除效果的影响。极差分析结果表明：浸涂次数影响最 大，热处理温度次之，而浸涂时间和升温速率影响较小。结果表明：采用2 次浸涂，处理温度4 0 0 4 5 0 ，浸涂时间 l Om i I l ，升温速率3o C ，m l n 时，净化效果最好，吸附转化量可达9 63 3 ”g ，g 。 关键词活性炭毡；甲隧；溶胶一凝胶法；纳米二氧化钛；改性工艺 中图分类号：T s l 0 25 3 3文献标识码：A M o d i f i e dp r o c e s so fa c t i v a t e dc a r b o f e l ta n di t si n n u e n c e

3、伽 r e m o v i n ge f f e c to ff o 珊a l d e h y d e s o N GX i a o 岛n 一2 ，u u I u 一 ( 1 珊a “g 矾“nc 饭椰f 呵。，b 矾n 。如茸y ，R 酽 蛐，删m 1 3 0 。i 2 ，吼“ m ； 2 E 咿，m n ，咖“n ，川1 3 0 0 1 2 ，c 枷n ) A b s t r a c tT h em o d m e dp r o c e s so fa c t i v a t e dc a r b o nf e l t ，w K c hi sc o a t e dw i t hn a n

4、0 一- r i 0 2b ys o l g e l t e c h n i q u e ， a n dt h ee x p e 刊m e m a 】m e t h o dD fr e m n v i ”gf o 丌n B 】d e h y d eu s j “gt h ef e l ta r es t ud j e d T h ei n n u e n c e so ff a c t o r s ， s u c ha sd | p c o a t i “gt i m e s ，t h e m a lt r e a t m e n tt e 呷e r a t u r e ，d i P c 。a

5、 t i “gt ；m Pa n dh 髑【i “gr a 【ee t c ，o nr e m o v m g e f f e c to ff o m 诅l d e h y d ea r ee v a l u a t e du s i “go n h o g o n a le 。p 。五m e n t a lr n e t h o d T h er e s u l t ss h o wt h a td i p c o a “g t i m e si st h eb i g g e s Li I l f l u e n c ef a c L 0 r ，f o l l o w e db ”h e

6、瑚a lt r e a t m e n 【t e r “p e r a t u 阳 H o w e v e r ，d i p c o a t i “gt i m ea I l d t h eh e a t i “gr a t eh a 珊l i t t l ei n f l u e n c eT h eb e s tr e m o v i “gr e s u l ti so b t a i n e do nf 。l l o w i l 喵c o n d i t i o n s ：d i p - c o a t i “g t i m e st w l c e ，t h e 珊a lt r e a

7、 n e n tt e m p e r a t u r ew i t h i n4 0 0 一4 5 0 。c ，d l p c o a t i “gt l m e1 0m i na n dt h eh e a t i “gr a I e 3 商n ，f h ea d s o r p i o n c o n v e r s i o na m o u n Ii s9 6 3 3f 培g K e yw o f d sa c t i v m e dc a r b o nf e l t ；f 0 邛= l a l d e h y d e ；s o l g e lt e c h n i q u e ；n

8、 丑工l o T i 0 2 ；m o d i 矗e dp r o c e s s 室内甲醛等挥发性有机化台物的治理方法主要 有化学反应法、相消法、掩蔽法、生化分解法和吸附 法，不同方法在特定的环境下都各具特点。由于吸 附法具有脱除敛率高，富集功能强等优点，成为近年 来治理低浓度有害气体的有效方法。常用的吸附剂 有活性炭、活性炭纤维、硅胶、沸石等。 活性炭纤维是一种纤维状括性炭，它具有优良 的吸附性能，拥有比常规活性炭更大的比表面积和 更快的吸附速率，是一种新型优良吸附剂w 但由于 存在饱和后的脱附问题无法连续使用。而纳米 T i O ，能在紫外线辐射、常温常压条件下以光催化氧 化方式快速使多

9、种有害气体分解为无害气体”1 ，且 反应无选择性，所需时间短，温度低( 窒温即可) ，催 化剂无毒，设备简单，成本低，因此以活性炭纤维作 为载体，负载纳米级T i O ，的工艺能结合2 种物质的 优点，将甲醛等有害气体快速氧化成T i 0 ：和水，并 具有抗菌、杀菌，对人体无毒，不需更换再生等教果， 在空气净化方面有着广阔的发展前途。在颗粒活性 炭与二氧化钛相结合方面，国内外已进行过许多研 究探索”。，而关于活性炭纤维方面仅有日本 Y a m a s h i t a 研究小组采用I c B 方法在活性炭纤维上 沉积T i O ，的报道“】。溶胶凝胶技术是制备纳米 收稿日期：2 0 0 6 一0

10、 1 一】8 修回日期：2 0 0 6 一0 9 0 6 作者简介：宋晓- 峰( 1 9 7 2 一) ，男，副教授，博士生。主要研完领域为炭纤维材料压纳米纤雏。E _ m a i l ：8 0 “g x m 缸lc c u t e d u c n 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺织学报 T i 0 2 光催化剂的主要方法之一，有制取温度低，容易 控制，成分均匀，分散性好，操作简单，成本低廉等特 点，因此，本文研究了溶胶一凝胶法改性活性炭纤维

11、， 并初步探讨了A c F 负载T i O ：改性工艺对净化室内 甲醛效果的影响。 1 试验 1 1 试验材料 粘胶基活性炭毡( A c F ) ，辽1 源炭纤维厂，比表面 积为l0 2 5m 2 ，g ；甲醛，成都化学试剂厂。 1 2 改性制备方法 以钛酸丁酯为原料，准确量取一定量的钛酸丁 酯( c P ) 溶于无水乙醇中，滴加水和乙醇的混合液并 不断搅拌。用二乙醇胺作抑制剂，以延缓钛酸丁酯 的剧烈水解。滴加完毕后，加入分子量为4 0 0 的聚 乙二醇，继续搅拌一段时间即可得到稳定的T i O ：溶 胶”1 。老化一定时间后，将活性炭纤维毡浸入溶胶， 稍静置后提拉，在烘箱中1 0 00 c

12、干燥，然后在马弗炉 中进行热处理，得到负载T i O ，样品。 1 3 测试装置 净化测试装置如图1 所示。在2 5 。c 和常压下， 调节甲醛初始质量浓度为0 3 州m 3 ，此浓度为室内 环境标准O 0 8m m 3 的4 倍，也是室内甲醛对人体 健康产生危害的常见浓度。 空 I 一气体发生器；2 一恒温水搭；3 一转于砸量计；4 一轻 中瓶； s 。9 一采样管；6 一活性炭毡；7 一紫外光源：8 一净化器；l O 一气泵 图l 甲醛净化装置 F 唔1E 1 p e n m e n t a ls e tf 醅c l 删“gf o m l a l d 曲y d e 1 4 采样与检测 采用

13、1 0m 圳、型气泡吸收管，以1 偏重亚硫酸 钠为吸收液，参照变色酸分光光度计法检测出人口 气体中的甲醛浓度。 1 5 样品性质测试 在M i c r o m e i t i e s 自动吸附仪上测定样品比表面 积。于7 7 4K 下以氮气( 9 9 9 9 ) 为吸附介质，在相 对压力为l 1 旷6 1P a 的范围内采用容量法测定 第2 8 卷 吸附等温线，比表面积通过B E T 法计算而得”，表 示为s 。( m 2 g ) 。 T 鸭晶型采用日本理学D ，M A x R B x 射线衍射 系统进行分析。 T i 0 ：负载量测定采用T G A 热重分析仪。在空 气中以2 0 ，m i

14、n 速率升温到10 0 0 ，炭被烧尽。烧 尽前后样品质量差与烧前样品质量之比为T i 0 ，负 载量。 1 6 结果计算 按照下式计算净化量，每次试验测试3 次取平 均值。 埘= ( G 一G o ) 1 0 6 ，G o 式中：“为吸附转化量，即净化量( 一g ) ；G 0 为开始净 化时活性炭毡的质量( g ) ；G 为吸附饱和时活性炭毡的 鏖量( z ) 。 2 结果与讨论 2 1 正交试验 选用L 。( 4 5 ) 正交表安排试验。用甲醛的吸附 转化量评价不同样品的净化效果。数据见表1 。 衰l 方差数据分析表 T 曲1L 试o f d a 眦e 蛐a I y 出 万方数据 PDF

15、Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第9 期宋晓峰等：活性炭毡改性工艺及其对净化甲醛效果的影响 由表l 可知，浸涂次数是影响样品对甲醛净化 效果的最主要因素，热处理温度次之，而浸涂时间、 升温速率2 个因素影响不显著，是次要因素。 2 2 单因素分析 图2 为浸涂次数与吸附转化量的关系。如图2 所示，负载T j o ，后活性炭毡对甲醛的净化率高于未 改性的活性炭毡；并且吸附转化量随着浸涂次数的 增加呈上升趋势，在浸涂2 次时基本达到最大值，再 增加浸涂次数，吸附转化量开

16、始下降。因为A c F 对 甲醛主要是吸附作用，当吸附达到饱和以后，很难发 挥作用。而负载T i O ，的A c F 一方面借助A c F 的吸 附作用，使低浓度的甲醛在A c F 表面快速富集，加 快T i O ：对甲醛的光催化降解速率，另一方面r i o ：的 光催化降解作用促使A c F 上所吸附的甲醛向T i o 表面迁移使A c F 的吸附能力得以恢复，实现了A c F 再生1 ，因而较之未改性A c F 的吸附转化量增加。 e 蔷 蓑 蓍 图2 浸涂次数与吸附转化量的关系 F f g2R e t 址i 锄5 h i pb e 【w e e nd i p - c o a n “gt

17、i m 糟a t l d a d s o r p t i o v e r s m n a m o u n 【 表2 为不同浸涂次数时比表面积和T i q 负载量 的关系。可以看到，随着浸涂次数的增加，T i O ，的负 载量不断增大，但A c F 比表面积不断减小，其吸附甲 醛的能力随之下降。文献 1 2 研究发现T i 嘎本身的 吸附能力很低，削弱了改性A ( ：F 的净化能力，正如图 2 所示，当浸涂超2 次时吸附转化量开始下降，因此， A c F 和T 1 0 2 有机复合是净化甲醛的关键。目前有直 接浸涂法”、磁控溅射法“4 1 和溶胶一凝胶法，前2 种 方法存在分散不均匀和结合不紧密

18、的缺点，而溶胶一 凝胶法较好地克服了这方面的缺陷。 浸涂时间和吸附转化量的关系见图3 。随着浸 涂时间的增加，吸附转化量呈现下降趋势，但趋势平 缓。一方面说明延长浸涂时间不利于甲醛吸附转化 量的提高，这是由于过分延长浸涂时间可能造成比 表面积下降；另一方面也表明浸涂时间影响较小。 表2A c F 的比表面积和T i q 负载 T a b 2S p 础c 鲫r f a o fA C F 明dt l l e 珊。衄t 0 f n o ：o v e r A c F f 毒 删 皋 啦 盎 斟 图3 浸涂时间与吸附转化量的关系 F i 9 3 R e l a t j s h j pb e t w e

19、e nd 廿a t j n gt i m ea n d d ”r p “o n c o “ “j n 蛐0 u n c 升温速率与吸附转化量的关系如图4 所示。可 以看出，随着升温速率的升高，吸附转化量缓慢降 低。表明升温速率对净化效果影响较小，同时也表 明较低的升温速率有利于改善净化效果。原因是较 慢的升温速率可以使凝胶稳定，不会造成开裂，甚至 脱落。 图4 升温速率与吸附转化量的关系 F i g 4 l a t i o n 3 h i pb e t 吣e nc h eh e a t i l l g 甩t ea n d a d 8 0 r p o n 一e 珀i o n 珊o u m 图5

20、为热处理温度与吸附转化量的关系。可以 看出：在热处理温度小于3 0 0 时吸附转化量变化 不大；超3 0 0 时吸附转化量开始增加；在4 0 0 一 4 5 0 时达到最大值；超过4 5 0 时，吸附转化量开 始减少。这可以从A c F 负载T i O ：的x R D 图谱( 见 图6 ) 中找到原因，3 0 0 时2 日在5 5 。处无明显衍射 一望)，删晕辛车盔誉 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺织学报 峰，T i O ，为无定形，在4 0

21、0 时2 目在5 5 。处有锐钛峰 形成，表明形成T i O ：晶型为锐钛矿型。由文献 2 知，T i 0 2 晶型主要为锐钛矿型时，光催化作用较佳。 在低于3 0 0 。c 时，T i 0 ，品型主要为无定形，因此光催 化作用有限，导致净化效果不明显。当热处理温度 超过4 5 0q c 时，通过T G A 测试发现，活性炭纤维在空 气中开始出现失重现象，活性炭纤维开始受到破坏， 因此体系比表面积受到影响，进而导致吸附转化量 F 降。 ， 。口 兰 删 S 埤 釜 毯 热处理温尉 罔5 热处理温度与吸附转化量的关系 F i 9 5R e l a t i o n s h i p b e t w

22、e e nt h e 咖a l 讹a t m e n tt e m p 哪t u r e a n da d s o r D d o n c o n v e r a m o u n t 图6A c F 负载T 1 0 2 的x R D 图谱 F 培6x R DP a t 把邢0 fT i 0 2o v e rA c F 3 结论 改性后A c F 对甲醛的净化量明显提高，通过正 交试验可以得出，浸涂次数是影响改性效果的主要 因素，热处理温度次之，其余因素影响较小。当浸涂 次数增加时，比表面积迅速下降，影响了A c F 对甲 醛的吸附，因此浸涂次数选为2 次，处理温度为 4 0 0 0 时，T i

23、 0 2 为锐钛矿型，同时选择较短的 浸涂时间、低升温速率时，所制得A c F 样品的净化 吸附效果较好。i 麴黼 参考文献 第2 8 卷 陈东生，甘应进，张宏伟，等混纺活性炭纤维针刺毡 的活化与吸附关系 J 纺织学报2 0 0 6 ，2 7 ( 4 ) ：7 4 7 6 T s a iSJ ，C h e n gSE 仟e c 【o fc 州s b l l i n e s I r t u 工e 讯 p h o t o c a t a l y 【i cd 。g r “d a t l o n o fp h e 0 l i c c o n t a l I l i n 锄【B J C a “y s i

24、 8T 硝a y ，1 9 9 7 ，3 3 ：2 2 7 ， 江立文，李耀中，周岳溪，等负载型T 0 2 固定相光催 化氧化剂固定技术研究 J 工业水处理，2 0 0 0 ，2 0 ( 9 ) ： 8 1 0 s u d h aM ，B os u n ，P 卸a 舀o t i sG ，e ta I E l e c t m 印u n p o m u st i t a n i l l md i o x i d e6 b e r JJ M i c r o p o m u sa n d M e p o m u sM a t e 打a 】s ，2 0 0 4 ，6 9 ：7 7 8 3 k uFX ，

25、T a “gM ，L i uL ，e ta 1 E n h d 叩d c 鲥 p 。叩e n i e 8 0 fA g - 们q ( R u t i l e ) h y h dn a n o p o w d e r J P h y s S 诅tS o I ( a ) 2 0 0 0 ，1 7 9 ：4 3 7 4 4 3 H a r a 也M ，T a n A ，Y 鲫l a s h i t aH ，毗a lP r e D a r a 【i o no f t i I a n l u m o x j d 。p h 。t B b l y 砒sl 。B d e d c t l v a “c B r

26、b y a ni o i z e dc l u n e rb e a mm e t h 卅 a n dt h e 计p h o 协c a t a l y t 】c r e a c t i v a 把sf o rt h e d 。g r a d a t i o n 0 f 2 一p m p a n o l d i l u t e di w a t e rl JJ r 如i t s c h 五nF u rP h v B i k a l i s c h ec h e m i e ，1 9 9 9 ( 2 1 3 ) ：5 9 6 5 Y h i t aH ，H a r a d aM ，1 b 兀A

27、，e ta l I ，工e p 盯a t i o no f 觚c l e n tt i t a n i u 0 x l d eD h o t o c 丑t m v B t sh v o n i z e dc l u s k r b e a m ( I C B ) m e t m da n dt h e 打p h o t o c a t a l v t i c r e a c I i v a t e sf o f t h 。p u d n c a t l o no fw a t 朗 J c a t a 坤8 i sT o d a y 2 0 0 0 ( 6 3 ) ：6 3 6 9 Y 蛐h i

28、 t aH ，H a r a d aM ，T a l l A ，e 【a lP r e p 唧t i f e 侬e i e n Lt i t a n I u mD 捌e 口h a 缸c 【a i v s t sb v8 ni 。n i z e dc l u 9 耐 b c a m【I c B )m e t h o da n dL h e l r a p p l i c a t i o n f o r t 】e d 8 岬d a t i o n0 fp m p a n o ld i l u t e di nw a t e r J s t u d i e si n s u d a c es c i

29、 e n c e a n dc a t a l y i s 2 0 0 0 ( 1 3 0 ) ：1 9 3 1 1 9 3 6 Y uJ i 4 9 I l o ，z h a ox ”q mT i 0 2 o m e t e r t h i n6 l mp r e p 舡刊 b ys o l - g e lp 8 i n ga d 沁s u 凼n c t u r e J T h e c h i n e B eJ o u r 雌lo fN o n f e 肼u sM e t d s ，1 9 9 9 ，9 ( 4 ) ：8 1 5 8 2 0 Br L L n a u e rS E m m e

30、 t PH ，T e e rJ A d s o 叫i o nn f 卿e si n m l l l t ；m o l a rl a ，e r s JJJA mc h e ms o c ，1 9 3 8 ，6 0 ：3 0 9 3 1 9 H a g e rS ，B a u e rR ，d 论k aGP h 。t o c a h l y I i co x i d a t j 。n 檀 g 越e o u sc h l o d n a t e do 唱a n i c so v e r1 1 t a n m md i o x i d e J C h e m o s p h e r e ，2 0 0 0

31、 4 l ：1 2 1 9 1 2 2 5 H 伽Y l n i n g ，W a n gA n ，W a ”gY a “gR e m o v i r I gf o r m m d e h y d e如ng a sb yT i q - a c t i v a t e dc a r b o n砧e r c o m p 蛐n dm a 吲a l s 【JJ J o u m “o fs i c h u a nu n i 螂i ： E ”g e 订”gs c j e n c eE d i f i o n ，2 0 0 4 ，3 6 ( 4 ) ：4 l 一4 4 N o z a w aM ，T a n

32、 i g a w aK ，H o s o m iM c ta lR e m o v a la n d d e c o m P 0 8 i t l o n o fr n a l d m 目m t sb y gt i t a n i u m 山o x i d e p h o t o c a t a 坤s ts u p p o n e do n 曲e r a c t i v a t e dc a r b o n J w a f e r s c l e n n dT e c h l o g y ，2 0 0 1 ，1 4 ( “) ：1 2 7 1 3 3 M e “gX ；a n 叩卸，W a “g

33、J u n ，H ek 】，哦a lI n v e s t l 斟l u no n p r e p a r a t i o na n ds t r I l c t u 珊0 fT i 0 2t h l n 矗l m 【J c h i l l e B e J o u m a l0 fs e m i n d u c t o r s ，1 9 9 9 ，2 0 ( 5 j ：3 9 5 3 9 9 h 心 h “ I 三 m _ 呈 m 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark