一种新型热脱附吸附管制造技术

本发明专利技术公开了一种新型热脱附吸附管，其填料采用工业应用广泛的活性炭纤维，属于大气环境监测技术领域。本发明专利技术的新型热脱附吸附管根据美国环境保护署推出的VOCs监测方法体系环境空气有毒有机物测定方法TO‑17进行设计，其可以有效采集挥发性卤代烃，对VHCs的采集效率显著高于Tenax TA管。本发明专利技术可以代替Tenax TA管作为VOCs样品采集吸附管，用于大气中VHCs的采样分析，有效评估环境空气中VHCs的浓度水平。

【技术实现步骤摘要】
一种新型热脱附吸附管
本专利技术涉及一种新型热脱附吸附管，具体涉及一种大气VOCs样品采集吸附管，属于大气环境监测

技术介绍
挥发性有机物(VOCs)是指熔点低于室温而沸点在50℃～260℃之间的挥发性有机化合物的总称。VOCs可以引发全球变暖、平流层臭氧耗竭以及光化学烟雾等一系列环境问题，已经成为了全球环境污染治理的难题之一。文献“JournalofHazardousMaterials.2017,338:102-123”指出大多数VOCs如醛类、芳香族化合物、多环芳烃、卤代烃、醇类和酮类等都具有高毒性和致癌性，可以通过呼吸、皮肤接触以及饮食等途径进入人体影响人体健康，引发急性中毒、慢性中毒甚至致畸致癌。此外，大气中VOCs的含量已被认为是评估室内和室外环境空气质量的重要参数，因此，对大气中VOCs的监测显得尤为重要。大气中VOCs的浓度一般在μg/m3水平，例如室内空气VOCs浓度在1-100μg/m3，一般室外环境空气VOCs浓度在1-10μg/m3，VOCs成分复杂，具有较高的反应活性，因此要求采样和预处理技术必须简单快捷、高效、无污染。常用的大气VOCs采样方法主要有吸附管采样、气袋法以及不锈钢罐法。不同的采样方法有着其自身的优点和局限，具有特定的适用性。文献“ScienceofTheTotalEnvironment.2017,599-600:1718-1727”与文献“AnalyticalChemistry.2012,84:4126-4139”提及了气袋法、不锈钢罐法以及吸附管采样的优点与缺点。气袋法与不锈钢罐法属于全空气采样法，需要保证容器无污染，样品存放时间短，目标物质可吸附于气袋或者采样罐内壁，造成目标物质的损失，并且分析时需要特定的预浓缩过程，操作繁琐。而吸附管采样是一种主动采样法，吸附管与大气采样器相连，采样器通过抽气泵使环境空气以负压的形式通过吸附管，在这个过程中污染物质被富集在吸附管的填料上，从而实现样品的采集。因此，吸附管采样可以有效收集低浓度VOCs，可以对污染物进行有效的富集，降低了目标物质的损失，可储存大空气样本量，具有灵敏度高、检出限低等特点，并且吸附管尺寸小，方便携带，已经成为了收集和分析空气中VOCs的常用方法之一。吸附管性能主要取决于其填装材料，文献“AnalBioanalChem.2002,373:490-500”提出了吸附富集和热脱附的吸附材料应满足的基本条件：1)有效富集目标分析物；2)目标分析物可完全快速解吸。TenaxTA是大气VOCs样品采集分析、应用广泛的商业化吸附材料之一，其化学名为聚2,6-二苯基对苯醚，是一种高分子线性聚合物，其背景值低，纯度高且不易流失，使其应用非常广泛。TenaxTA是一种疏水性的吸附材料，其比表面积约为35m2/g，可吸附沸点范围在100～400℃的VOCs，可吸附很多种类的物质，但其不适用于高挥发性物质，例如沸点低于80℃的氯乙烯、三氯甲烷、氯仿等挥发性卤代烃。TenaxTA材料属于进口材料，价格较为昂贵，采用其作为吸附材料的进口吸附管报价在700～1600元/根左右，而国内供应的TenaxTA管价格大致为100～200元/根。当需要对环境空气中VOCs进行大范围分析时，需要购买大量的吸附管进行采样，使用成本较高。挥发性卤代烃(VHCs)是大气VOCs中一类重要的痕量物质。文献“环境污染与防治.2016,38(10):72-78”指出大气中的VHCs主要来源于人为过程，例如三氯甲烷、氯乙烯是重要的化学试剂，也是有机合成工业的重要原料和中间体；氟氯烃类及其替代物广泛应用于工业、医疗、日用品等行业；三氯乙烯、四氯乙烯在我国主要用于干洗行业。文献“中国环境科学.2018,38(1):14～25”提及VHCs可以参与大气光化学反应破坏臭氧层形成温室效应。VHCs在人体中会长期累积，产生“三致”作用，如文献“Mutationresearch.2007,636(1-3):178-242”指出氯仿、四氯化碳等已被证实具有致癌和致突变效应。因此有必要评估环境空气中VHCs的浓度水平，减少人体健康风险。但是TenaxTA管对沸点范围低于100℃的VHCs采样效率不佳，无法有效地分析VHCs在环境的浓度水平。因此，需要设计一种吸附解吸性能好的新型吸附管，可以有效地吸附沸点较低、高挥发性的VHCs，弥补TenaxTA管的不足，并且具有较低的使用成本。本专利技术主要解决吸附管对VHCs的吸附性能与使用成本方面的问题。本专利技术吸附管的填装材料选用工业应用较多的活性炭纤维(Activatedcarbonfiber，ACF)。ACF具有良好的吸附性能：1)孔隙以微孔为主，吸附量大；2)耐酸、热、碱，350℃以下稳定存在；3)吸附速度快，易达到吸附平衡；4)吸附效率与吸附质的浓度无关，对低浓度吸附质更有效；5)解吸速率快、再生效率高。目前常见的ACF包括：黏胶基ACF、聚丙烯腈基ACF、酚醛树脂基ACF以及沥青基ACF，相比于其他ACF，粘胶基ACF的原料成本低，制成的活性炭纤维比表面积较大，吸附性能好。本专利技术中ACF的相关参数如下：黏胶基活性炭纤维，其单丝直径6.5～13.0denier，堆积密度0.04～0.10g/cm3，干燥减量25～30％，着火点≥500℃，比表面积＞900m2/g，孔容0.60～1.23cm3/g，孔径分布：2nm以下，65～90％；2～50nm，10～35％；50nm以上，3～8％，pH6.0～7.0，灰分≤5％，吸碘量(液相)＞800，材料来自江苏苏通碳纤维有限公司。采用商业吸附管TenaxTA管作为对照吸附管，TenaxTA管的相关参数如下：200mg，60/80目，比表面积35m2·g-1，吸附管材质不锈钢，北京华仪三谱仪器有限责任公司。
技术实现思路
本专利技术基于吸附管对VHCs的吸附性能与使用成本方面的问题，提出了一种新型热脱附吸附管。本专利技术的技术方案：一种新型热脱附吸附管，包括石英管管体1、活化钢丝网2、活性炭纤维3和石英棉4；活化钢丝网2、活性炭纤维3和石英棉4三者填充在石英管管体1内，活性炭纤维3位于中间，其两端依次为石英棉4和钢丝网2。所述的石英管管体1为石英材质，内径为4mm，外径为6mm，壁厚1mm；所述的石英棉4的填装量为10～20mg，填装长度为6mm，活性炭纤维3的两端各3mm；所述的活性炭纤维3的填装长度为32mm，填装量为90mg；所述的活化钢丝网2为100目。本专利技术ACF吸附管的吸附性能评估：1)吸附管的老化：其过程为20ml/min的高纯氮气(99.99％)在280℃高温条件下不断吹扫吸附管，老化2h，其目的是去除ACF吸附管中的空白污染物，降低ACF吸附管的背景值。老化后采用PTFE密封头密封，标记吸附管的吹扫方向，4℃条件下保存，待用。2)VOCs气体的制备：将5μl25mg/LVOCs混合溶液注入充有高纯氮气的气袋中，60℃下热处理2h，保证加入的目标物质在气袋中完全挥发，恢复至常温，待用。3)模拟样品采集过程：使用硅胶管将吸附管一端与气体气袋相连(吹扫前端)，一端与大气采样器(吹扫后端)相连，设置0.15ml/min的恒流流速，模拟环境空气样品采集。4)样品分析测定：将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型热脱附吸附管，其特征在于，所述的新型热脱附吸附管包括石英管管体(1)、活化钢丝网(2)、活性炭纤维(3)和石英棉(4)；活化钢丝网(2)、活性炭纤维(3)和石英棉(4)三者填充在石英管管体(1)内，活性炭纤维(3)位于中间，其两端依次为石英棉(4)和活化钢丝网(2)。

【技术特征摘要】
1.一种新型热脱附吸附管，其特征在于，所述的新型热脱附吸附管包括石英管管体(1)、活化钢丝网(2)、活性炭纤维(3)和石英棉(4)；活化钢丝网(2)、活性炭纤维(3)和石英棉(4)三者填充在石英管管体(1)内，活性炭纤维(3)位于中间，其两端依次为石英棉(4)和活化钢丝网(2)。2.根据权利要求1所述的新型热脱附吸附管，其特征在于，所述的石英管管体(1)为石英材质，内径为4mm，外径为6mm，壁厚1mm。3.根据权利要求1或2所述的新型热脱附吸附管，其特征在于，所述的石英棉(4)的填装量为10～20mg，填装长度为6mm，活性炭纤维(3)的两端各3mm。4.根据权利要求1或2所述的新型热脱附吸附管，其特征在于，所述的活性炭纤维(3)的填装长...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔显亮，丁文文，陈景文，施锦瑞，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21