一种同时去除废气中重金属和VOC的吸附剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种同时去除废气中重金属和VOC的吸附剂及其制备方法，所述吸附剂先将锌修饰碳纳米管利用γ‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷进行改性处理，得到改性碳纳米管；然后将改性碳纳米管与三羟甲基丙烷三（3‑巯基丙酸酯）反应，得到巯基化碳纳米管；再将巯基化碳纳米管与聚醚砜树脂混合，熔融纺丝，得到复合纤维，切断制成1～2mm的短纤维；最后将短纤维与丙烯酰胺、N‑（4‑氨基苯基）丙烯酰胺混合进行聚合反应即得。该吸附剂对对废气中的重金属和VOC具有良好的去除效果。

Adsorbent for simultaneously removing heavy metals and VOC from waste gas and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种同时去除废气中重金属和VOC的吸附剂及其制备方法
本专利技术涉及废气处理
，特别是涉及一种同时去除废气中重金属和VOC的吸附剂及其制备方法。
技术介绍
热电厂、水泥厂、垃圾焚烧厂排放的废气中含有大量重金属物质和VOC（VolentOrganicCompounds，挥发性有机化合物）。其中，重金属的毒性大、分布广、含量低、不易降解，长期在环境中分散存在，最终通过生物富集作用被动植物吸收，通过食物链进入人体，对人类的生存和健康产生严重的影响。VOC是指在常温下，饱和蒸汽压大于70Pa、沸点50～260℃的各种有机化合物，或在20℃条件下蒸汽压大于或等于10Pa具有相应挥发性的全部有机化合物，主要成分包括：烃类、卤代烃、苯系物、氟利昂系列、多环芳烃等。挥发性有机物对人类健康有重大影响，会引起头痛、恶心、呕吐、乏力等，并会引起过敏、损伤内脏，长期接触可能致癌。并且VOC还是雾霾形成的重要污染源。因此，如何去除废气中的重金属和VOC是当前面临的一大严峻问题。吸附法因其具有去除率高、净化彻底、能耗低、易于推广实用等优点，而被广泛使用，吸附法常用的吸附剂包括沸石、活性炭、分子筛等。但是这些吸附剂通常存在因其它气体的干扰而选择性差，对特定重金属或VOC的吸附量较小，随温度升高而吸附量明显降低等缺点。专利CN107185482B公开了一种用于吸附苯乙烯废气的新型粘土基复合吸附材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将粘土加入到酸性溶液中，室温下搅拌，得到溶液A；(2)在溶液A中加入表面活性剂，室温下搅拌，得到溶液B；(3)在溶液B中再加入硅源、铝源搅拌；(4)将步骤(3)中得到的产物过滤洗涤至中性，干燥，然后粉碎成颗粒；(5)取过渡金属硝酸盐溶于去离子水中，溶解配成盐溶液，滴加在上述颗粒上，搅拌，干燥，然后焙烧。制备得到的粘土基复合吸附材料无毒、无腐蚀、环保且制备成本低，且对苯乙烯具有高吸附性能。但是该吸附材料对其他VOC和重金属的吸附效果较差。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要提供一种同时去除废气中重金属和VOC的吸附剂及其制备方法，该吸附剂对废气中的重金属和VOC具有良好的去除效果。为实现上述目的，本专利技术是通过如下方案实现的：一种同时去除重金属和VOC的废气处理用吸附剂的制备方法，具体步骤如下：（1）先将锌修饰碳纳米管利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷进行改性处理，得到改性碳纳米管；（2）然后将改性碳纳米管与三羟甲基丙烷三（3-巯基丙酸酯）反应，得到巯基化碳纳米管；（3）再将巯基化碳纳米管与聚醚砜树脂混合，熔融纺丝，得到复合纤维，切断制成1～2mm的短纤维；（4）最后将短纤维与丙烯酰胺、N-（4-氨基苯基）丙烯酰胺混合进行聚合反应，即得所述的吸附剂；其中，所述锌修饰碳纳米管是将碳纳米管与六水合硝酸锌混合加热后还原而得。优选的，以重量份计，所述锌修饰碳纳米管的制备方法如下：（A）先将1份碳纳米管与0.02～0.04份六水合硝酸锌混合，加热至340～360℃，保温8～10小时，使得硝酸锌分解为氧化锌；（B）然后在甲烷气氛下，继续升温至680～700℃，保温5～8小时，即得所述的锌修饰碳纳米管。优选的，步骤（1）的具体方法为：将碳纳米管加入5～8倍重量的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中，120～130℃搅拌反应6～9小时，离心，即得所述的改性碳纳米管。优选的，以重量份计，步骤（2）的具体方法为：先将1份改性碳纳米管超声波分散于6～9份甲苯中，然后加入3～5份三羟甲基丙烷三（3-巯基丙酸酯），在紫外光照射条件下，30～40℃搅拌反应8～10小时，离心，即得巯基化碳纳米管。优选的，步骤（3）中，巯基化碳纳米管与聚醚砜树脂的质量比为1：2～3。优选的，步骤（3）中，熔融纺丝的具体方法如下：先将巯基化碳纳米管与聚醚砜树脂混合并利用单螺杆挤出机熔融挤出，再挤压入纺丝组件进行熔融纺丝，得到聚醚砜纤维。进一步优选的，熔融挤出的工艺条件如下：进料段365～375℃，压缩段及熔融段375～385℃，计量段385～395℃；熔融纺丝温度为395～410℃。进一步优选的，将纺丝组件中纺出的丝在侧吹风条件下经纺丝甬道冷却固化，不间断地直接引入牵伸定型卷绕机，通过热辊进行加热牵伸，然后卷取得到聚醚砜纤维。更进一步优选的，加热牵伸和卷取的工艺条件为：上热辊温度为180～190℃，速度420～425m/min，下热辊温度为223～225℃，速度885～890m/min，卷取速度为1200～1220m/min。优选的，以重量份计，步骤（4）的具体方法为：先将1份丙烯酰胺和0.2～0.3份N-（4-氨基苯基）丙烯酰胺加入4～6份水中，搅拌至完全溶解，转移至钴源室内，以68.34Gy/min辐照2～3小时，加入0.5～0.8份短纤维，搅拌使得短纤维充分分散，继续以108.93Gy/min辐照7～9小时形成水凝胶，后处理，即得所述的吸附剂。进一步优选的，后处理的具体方法为：先用正己烷充分置换水凝胶中的水，然后经二氧化碳超临界流体干燥得到干凝胶，粉碎至合适的尺寸即可。更进一步优选的，二氧化碳超临界流体干燥的工艺条件为：压力6～8MPa，温度45～50℃，时间8～10小时。另外本专利技术还要求保护利用上述制备方法得到的一种同时去除重金属和VOC的废气处理用吸附剂。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术先将锌修饰碳纳米管利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷进行改性处理，得到改性碳纳米管；然后将改性碳纳米管与三羟甲基丙烷三（3-巯基丙酸酯）反应，得到巯基化碳纳米管；再将巯基化碳纳米管与聚醚砜树脂混合，熔融纺丝，得到复合纤维，切断制成1～2mm的短纤维；最后将短纤维与丙烯酰胺、N-（4-氨基苯基）丙烯酰胺混合进行聚合反应，得到一种吸附剂。该吸附剂对对废气中的重金属和VOC具有良好的去除效果；（2）本专利技术锌修饰的碳纳米管是将碳纳米管与六水合硝酸锌混合加热后还原而得。碳纳米管多孔隙，比表面积大，对废气中的重金属和VOC均有一定的吸附作用。碳纳米管经锌修饰后，使得碳纳米管表面形成更多活性位点，进一步提高吸附效果；（3）本专利技术中锌修饰碳纳米管利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷进行改性处理，得到含有双键的改性碳纳米管，然后将改性碳纳米管与三羟甲基丙烷三（3-巯基丙酸酯）反应，引入多个巯基，得到巯基化碳纳米管。巯基对金属的配位作用提高了产品对重金属的吸附作用；（4）本专利技术中巯基化碳纳米管与聚醚砜树脂混合，熔融纺丝，得到复合纤维，切断制成1～2mm的短纤维；聚醚砜树脂具有良好的耐高温性，巯基化碳纳米管与聚醚砜树脂混合制成的纤维具有良好的耐高温性，适用于高温烟气处理。将短纤维与丙烯酰胺、N-（4-氨基苯基）丙烯酰胺混合进行聚合反应，聚合产物为凝胶，多孔隙，进一步提高产品的比表面积，进一步提高吸附性能，而且，多个氨基、亚氨基的引入也会与巯基等形成氢键作用，形成更多孔隙，再加上氨基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同时去除废气中重金属和VOC的吸附剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：/n（1）先将锌修饰的碳纳米管利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷进行改性处理，得到改性碳纳米管；/n（2）然后将改性碳纳米管与三羟甲基丙烷三（3-巯基丙酸酯）反应，得到巯基化碳纳米管；/n（3）再将巯基化碳纳米管与聚醚砜树脂混合，熔融纺丝，得到复合纤维，切断制成1～2mm的短纤维；/n（4）最后将短纤维与丙烯酰胺、N-（4-氨基苯基）丙烯酰胺混合进行聚合反应，即得所述的吸附剂；/n其中，所述锌修饰碳纳米管是将碳纳米管与六水合硝酸锌混合加热后还原而得。/n

【技术特征摘要】
1.一种同时去除废气中重金属和VOC的吸附剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）先将锌修饰的碳纳米管利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷进行改性处理，得到改性碳纳米管；
（2）然后将改性碳纳米管与三羟甲基丙烷三（3-巯基丙酸酯）反应，得到巯基化碳纳米管；
（3）再将巯基化碳纳米管与聚醚砜树脂混合，熔融纺丝，得到复合纤维，切断制成1～2mm的短纤维；
（4）最后将短纤维与丙烯酰胺、N-（4-氨基苯基）丙烯酰胺混合进行聚合反应，即得所述的吸附剂；
其中，所述锌修饰碳纳米管是将碳纳米管与六水合硝酸锌混合加热后还原而得。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以重量份计，所述锌修饰碳纳米管的制备方法如下：
（A）先将1份碳纳米管与0.02～0.04份六水合硝酸锌混合，加热至340～360℃，保温8～10小时，使得硝酸锌分解为氧化锌；
（B）然后在甲烷气氛下，继续升温至680～700℃，保温5～8小时，即得所述的锌修饰碳纳米管。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）的具体方法为：将碳纳米管加入5～8倍重量的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中，120～130℃搅拌反应6～9小时，离心，即得所述的改性碳纳米管。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以重量份计，步骤（2）的具体方法为：先将1份改性碳纳米管超声波分散于6～9份甲苯中，然后加入3～5份三羟甲基丙烷三（3-巯基...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞春亚，
申请(专利权)人：俞春亚，
类型：发明
国别省市：浙江;33