一种瓦楞型蜂窝吸附材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种瓦楞型蜂窝吸附材料及其制备方法，适用于对VOCs进行VOC处理，属于环保材料方面的技术领域。

背景技术

吸附技术是VOC处理常用的技术之一，而活性炭纤维作为吸附材料，具有较规整的微孔结构，吸附能力强，不过其对极性较大的小分子VOCs，如甲醛、乙醇、乙酸等吸附容量都极为低下，且活性炭纤维作为吸附材料，在处理高沸点VOC时具有较高的可燃性。分子筛是另一种常用的吸附材料，由于分子筛表面积小于活性炭、平均重量略高于活性炭纤维，但分子筛在去除VOCs时具有优异的吸附选择性、良好的高温稳定性以及循环再生性能。

目前国内外制备蜂窝材料方法主要有挤压法和浸渍涂覆法。专利号为“101905145A”的中国专利，公开了利用挤压法制备出蜂窝状分子筛材料，该方法制备出的分子筛蜂窝通道在受到挤压或撞击时易破坏，吸附性能严重下降。浸渍涂覆法是指将玻璃纤维或陶瓷纤维等无机纤维制备出瓦楞蜂窝基材，然后涂覆分子筛等吸附剂，该方法制备出的蜂窝吸附材料机械性能好、分子筛利用率高，不过由于分子筛负载量不高其吸附容量受到一定影响。例如，专利号为“209810192U”的中国专利，公开了一种新型瓦楞沸石吸附材料载体：采用金属片层、玻璃纤维或陶瓷纤维通过相互贴合热压形成复合载体，在该载体表面上负载分子筛后形成瓦楞蜂窝材料，不过该方法由于存在金属片层重量大、活性含量低，影响了吸附性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有背景技术中的不足，提供一种瓦楞型蜂窝吸附材料及其制备方法，解决单一吸附材料去除VOC性能的不足、提升材料整体吸附性能和使用稳定性。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种瓦楞型蜂窝吸附材料，包括瓦楞型蜂窝载体及位于瓦楞型蜂窝载体通道表面的分子筛；

所述瓦楞型蜂窝载体是以无机纤维和活性炭纤维混合制备成纤维纸板制得，所述瓦楞型蜂窝载体的楞高H范围为1.5-1.8mm，波长L范围3~3.5mm。

结合第一方面，进一步的，所述纤维纸板孔径范围为0.3-1nm，不包括端点值，提高对常见VOC气体的去除效率；所述纤维纸板厚度为0.1-0.2mm。

进一步的，所述纤维纸板是将玻璃纤维与活性炭纤维混合均匀后抄造成型。

第二方面，本发明提供一种瓦楞型蜂窝吸附材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将无机纤维、活性炭纤维以2~4：1的质量比混合均匀后，抄造成型为纤维纸板；

将纤维纸板热压成瓦楞状层，并与纤维纸板的平面层交替平铺或卷绕形成瓦楞蜂窝载体；

将分子筛、水、分散剂、粘结剂分别以质量比为15-25：70-80: 1-2：2-5混合均匀得到分子筛浆料；

将瓦楞蜂窝载体置于上述分子筛浆料中浸渍5-10分钟，再吹扫孔道内多余浆液，置于90-150℃真空干燥1-2小时；

重复浸渍、吹扫及干燥2~5次，最后在250~400℃条件下焙烧2-4小时。

结合第二方面，进一步的，所述分子筛为ZSM-5、Y分子筛、β分子筛，三者硅铝比分别为200-1000、50-200、50-1000，三者含量比范围为：50-80：10-50：5-10。

进一步的，所述分散剂为聚丙烯酸铵或聚乙二醇中的一种或多种。

进一步的，所述粘结剂为硅溶胶与植物胶混合溶液，其中，硅溶胶与植物胶的混合比为1.5-3:1。

进一步的，所述植物胶为田菁胶、瓜尔胶、胡麻胶中的任意一种或多种。

进一步的，所述瓦楞蜂窝载体能够制备成方形、圆柱体或扇形的形状，应用在不同工业废气或室内空气净化等多种场合。

进一步的，所述无机纤维和活性炭纤维的直径范围为5-20μm。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明提供的一种瓦楞型蜂窝吸附材料，将活性炭纤维与无机纤维复合后再负载分子筛，相对单一无机纤维纸，一方面提高了机械性能和蜂窝材料脱附再生性能，减少单一吸附材料性能的不足、提升材料整体吸附性能和使用稳定性；另一方面提高了材料的比表面积和吸附容量，有效提升对VOC气体的去除效率。

本发明提供的一种瓦楞型蜂窝吸附材料制备方法，简单易行、工艺稳定，相对传统制备方法具有蜂窝结构稳定、吸附容量大、净化效率高的优点。

附图说明

图1为本发明实施例一瓦楞型蜂窝结构；

图2为本发明实施例二瓦楞型蜂窝结构；

图3为本发明实施例三瓦楞型蜂窝结构；

图4为本发明实施例瓦楞型蜂窝吸附材料制备方法流程图；

图5为本发明实施例瓦楞蜂窝吸附材料的吸附性能示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

活性炭纤维微孔发达、吸附性能高效，无机纤维热稳定性、机械性能和负载性能优异。本发明以无机纤维和活性炭纤维混合制备蜂窝载体，将分子筛负载于载体通道表面，制备出比表面积大、活性组分利用率高、选择吸附能力强、兼顾不同极性VOCs的蜂窝吸附材料。

优选的，本发明蜂窝吸附材料的孔道为具有特定的楞高和波长的瓦楞状，有助于气流流动、阻力低，材料孔径范围为0.3-1nm之间，因此适用于对常见VOC气体吸附，展现出较高的去除效率。本发明瓦楞型蜂窝吸附材料可以制备成方形、圆柱体、扇形，如图1、2和3所示。

如图4所示，为本发明实施例瓦楞型蜂窝吸附材料制备方法流程图，具体包括以下步骤：

步骤一：将直径为5-20μm的玻璃纤维、活性炭纤维以2~4：1混合均匀后进行抄造成型，做成纤维纸板，纸板厚度0.1-0.2mm；

步骤二：将纤维纸板热压成瓦楞状层，并与平面层交替平铺或卷绕形成瓦楞蜂窝块体，瓦楞蜂窝载体楞高（H）1.5-1.8mm，波长（L）3~3.5mm；

步骤三：将分子筛、水、分散剂、粘结剂依次以质量比为15-25：70-80: 1-2：2-5的比例混合均匀得到分子筛浆料；

步骤四：将瓦楞蜂窝载体置于上述分子筛溶液中浸渍5-10分钟，吹扫孔道内多余浆液，置于90-150℃真空干燥1-2小时。重复浸渍、吹扫及干燥操作2-5次，最后在250-400℃条件下焙烧2-4小时。

其中制备过程中，所用到的分子筛为ZSM-5（硅铝比为200-1000）、Y分子筛（硅铝比为50-200）、β分子筛（硅铝比为50-1000），三者质量比为50-80：10-50：5-10。分散剂为聚丙烯酸铵或聚乙二醇中的一种或多种。粘结剂为硅溶胶与植物胶混合溶液，混合比例为1.5-3:1。植物胶为田菁胶、瓜尔胶、胡麻胶中的一种或多种。

对蜂窝样品采用不同规格大小材料和加工方法可以制备出方形、圆形或扇形等多种模块，适应用在不同工业废气或室内空气净化等多种场合。

如图5所示本发明实施例瓦楞蜂窝吸附材料的吸附性能示意图，本发明对蜂窝吸附材料对VOC吸附性能进行了实验。常温下、VOC 浓度为200mg/m

表1

从表1和附图5可以看出，本发明制得的瓦楞型蜂窝吸附材料具有良好的吸附性能。本发明将活性炭纤维与无机纤维复合后再负载分子筛，集合两种纤维的优势于一体，相对单一无机纤维纸机械性能得到明显提高，另一方面提高了材料的比表面积，达到720m2/g以上，对甲苯吸附量可达100mg/g以上，提升了蜂窝材料脱附再生性能，可耐450℃温度。浸渍涂覆特定分子筛实现对VOCs高效去除，减少单一吸附材料性能的不足、提升材料整体吸附性能和使用稳定性。

本发明提供的一种瓦楞型蜂窝吸附材料制备方法，具有简单易行、工艺稳定的特点，相对传统制备方法，制得的瓦楞型蜂窝吸附材料具有蜂窝结构稳定、吸附容量大、净化效率高等优点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。