一种MOFs复合材料VOCs吸附剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种MOFs复合材料VOCs吸附剂及其制备方法，通过活化活性炭，增加活性炭表面的羧基含量提高对金属离子的吸附性，用其吸附金属离子，合成MOFs时将其加入混合溶液中，使得MOFs晶体附着于活性炭表面结晶，使得MOFs材料易于成型。本发明专利技术的有益效果是：相比于传统活性炭吸附剂，本发明专利技术合成的MOFs复合材料有更高的比表面积，吸附能力更强，对于吸附物质的选择性更高，此外，本发明专利技术将MOFs材料与碳复合，有效增加吸附剂稳定性，同时使得MOFs材料易于成型。材料易于成型。

【技术实现步骤摘要】
一种MOFs复合材料VOCs吸附剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及挥发性有机废气处理相关
，具体为一种MOFs复合材料VOCs吸附剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]有机废气VOCs，即挥发性有机化合物VOCs(volatile organic compounds)，根据世界卫生组织(WHO)的定义，VOCs是在常温下，沸点50℃至260℃的各种有机化合物。在我国，通常是指常温下饱和蒸汽压大于70Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或在20℃条件下蒸汽压大于或者等于10Pa具有相应挥发性的全部有机化合物。环保意义上特指那些活泼的挥发性有机物，即会参加大气光化学反应产生危害的那一类挥发性有机物，按其化学结构的不同，可以进一步分为八类：烷类、芳烃类、烯类、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其他。VOCs的主要成分有：烃类、卤代烃、氧烃和氮烃，包括苯系物、有机氯化物、氟里昂系列、有机酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烃化合物等，已鉴定出的有300多种。最常见的有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二异氰酸酯(TDI)、二异氰甲苯酯等。
[0003]VOCs的来源包括天然源和人为源，在城市里，VOCs的自然源主要是绿色植被，基本属于不可控源；而其人为源主要包括不完全燃烧行为、溶剂使用、工业过程、油品挥发和生物作用等。目前我国VOCs排放主要来自固定源燃烧、道路交通、溶剂产品使用和工业过程。在众多人为源中，工业源是主要的VOCs污染来源，具有排放集中、排放强度大、浓度高、组分复杂的特点。
[0004]VOCs室外主要来自室外工业气体，是指工业生产或者各种机械散发出来的气体，其范围较为广泛，包括工业生产过程中挥发出来的气体、汽车尾气、光化学烟雾等等。室内主要来自燃煤和天然气等燃烧产物、吸烟、采暖和烹调等的烟雾，建筑和装饰材料、家具、家用电器、清洁剂和人体本身的排放等。
[0005]有机废气VOCs来源多种多样，其产生的方式及排放的方式也不尽相同，因此，有机废气VOCs的处理方法需要根据实际生产过程中的实际情况进行选择。目前有机废气VOCs的处理方法主要有冷凝回收法、液体吸收法、膜分离法、燃烧法、活性炭吸附法、低温离子液体法、生物处理法等方法以及多种工艺组合。
[0006]冷凝法是将废气降温至VOCs成份露点以下，使之凝结为液态后回收的方法。多适用于高浓度(VOCs浓度≥5000ppm)、单一组分有回收价值的VOCs处理，处理效率在50％～85％之间，当VOCs浓度≥1％时，回收率可达到90％。优点是效率高，可回收组分；缺点是成本高、耗能大。冷凝法常协同其他技术一起使用，如将吸附、洗涤等作为前处理步骤。
[0007]吸收法是废气和洗涤液接触使VOCs去除的方法，之后再用化学药剂将VOCs中和、氧化或反应掉。适用于高水溶性VOCs，不适用于低浓度气体。VOCs去除率可达80％～90％。优点是可去除气态VOCs和颗粒物，传质效率高，对酸性气体可以高效去除；缺点是有后续废水处理问题，维护费用较高。
[0008]膜分离技术是利用人工合成膜，常用多孔玻璃态高分子材料形成分子筛膜，来回
收挥发组分。适用于高浓度VOCs分离，回收效率可达90％～99％。优点是高效、精细化程度高、可回收组分，可集成其他技术；缺点是成本高、存在膜污染、膜的稳定性差，膜的通量小。
[0009]燃烧法是将废气VOCs直接燃烧去除的净化方式，根据燃烧设备和使用材料不同，可分为直接燃烧法、热力燃烧法和催化燃烧法。热力燃烧法需在高温下有机废气与燃料气充分混和，实现完全燃烧。适用于处理高浓度、小气量的可燃性气体，净化效率高，有机废气被彻底氧化分解，缺点：设备易腐蚀，处理成本高，易形成二次污染；催化燃烧法需在催化剂的作用下，使有机废气中的碳氢化合物在温度较低的条件下迅速氧化成水和二氧化碳，达到治理的目的。缺点：催化剂易中毒，投入成本高；
[0010]生物降解法是利用微生物对废气中的污染物进行消化代谢，将污染物转化为无害的水、二氧化碳或其他无机盐类。生物降解法适用于微生物可以分解的亲水性有机物，包括碳氢氧组成的各类有机物、简单有机硫化物、有机氮化物，硫化氢或氨气等无机物。适合中、低浓度、中等风量的VOCs去除，一般去除可达90％。优点是条件温和、常温常压，设备简单、维护方便、无二次污染；缺点是占地较大，受气候影响大，受工况变化影响大，前期调试时间较长且无法回收污染物。
[0011]光催化氧化法是使用光催化纳米粒子，在一定波长光照情况下(通常为紫外光)，生成电子空穴对，将催化剂表面吸附的水分解为氢氧基，电子使周围的氧还原为活性氧，两者均具有非常强的氧化还原能力，将周围的有机废气氧化，达到污染物降解效果。该方法适用于低浓度(通常＜1000mg/m3)、大风量的有机废气处理。优点是能耗低、初始投资和运行费用较低、氧化比较完全；缺点是废气需要预处理，避免覆盖TiO2使催化剂失活，需要紫外光源，能源利用率有待提高。一般VOCs去除率在50％～70％。
[0012]等离子体技术是在强电场下，气体放电形成高能电子、离子、激发态原子、及自由基，最终形成各级激发态氧等离子体和臭氧，作用于VOCs，将其氧化、离解成CO2、CO、H2O等小分子物质。该方法适用于低浓度(通常＜500mg/m3)、大风量有机物净化，也可净化室内空气。优点是可低温去除VOCs、运维容易、装置简单、开启方便；缺点是电源决定电子能量和最终处理效果，废气要预处理，并注意放电安全。VOCs去除率一般为50％左右。一般情况下应根据废气浓度、流量、特征污染物种类、去除率要求选取合适的处理技术或技术组合。同时还应综合考虑设备成本、运行成本和维护成本等因素。
[0013]吸附法利用吸附剂吸附功有机废气，适用于处理低浓度有机废气。净化效率高，成本低。吸附法利用吸附剂与污染物(VOCs)进行物理结合或化学反应将污染物去除，适用于中、低浓度VOCs净化，普适性高、易操作，但是不适用于高浓度、高温、高湿有机气体，吸附材料再生能力较差，吸附能力随着再生次数不断降低，因此需要定期更换，且对于VOCs去除率随吸附剂使用时间而变化，一般在30％～90％之间。
[0014]综合而言，吸附法因其具有效率高、能耗低、操作简单、可回收等优点，因而成为脱除VOCs常用的有效技术手段，目前用于VOCs吸附的吸附剂主要有活性炭、活性炭纤、硅藻土、分子筛、金属有机骨架材料、有机吸附剂等。
[0015]活性炭和活性炭纤维属于炭基多孔材料，吸附容量大、耐酸碱且成本低廉，是应用最为广泛的吸附剂材料，然而其丰富的表面基团易于与VOCs分子发生化学吸附或形成稳定的氢键，解吸/脱附不彻底，且炭基材料不耐高温导致再生困难；硅藻土是由无定形水合二氧化硅组成的硅藻壳，水热稳定性差且主要为大孔结构，不利于低浓度下的VOCs气体吸附；
介孔二氧化硅同样受限于自身较大的介孔孔道，对动力学直径较小的VOCs分子吸附结合力相对较弱，富集低浓度VOCs气体能力较差；分子筛因具有较大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MOFs复合材料VOCs吸附剂的制备方法，其特征在于，其步骤如下：第一步，先制备改性活性炭，将状活性炭用去离子水冲洗，浸泡，静置后去掉上层杂质、灰分及上清液，干燥；取干燥后的沥青基活性炭，加入HNO3溶液中，搅拌反应，室温搅拌3h，过滤出固体，水冲洗至中性，恒温干燥，产物再次通过臭氧氧化，增加制得氧化活性炭羧基含量，制得改性活性炭CⅠ；第二步，将改性的活性炭CⅠ加入金属盐水溶液中，室温下搅拌混合2h，离心分离出固体，恒温干燥得到改性活性炭CⅡ；第三步，取对有机配体溶液、活性炭CⅡ，金属盐去离子水溶液，加入有机碱试剂，室温下搅拌混合30min，将混合物置于带有聚四氟乙烯内衬的水热合成反应釜中，30min升温至120℃，恒温反应24h，反应结束后，产物用乙醇和去离子水洗涤2～3次，除去模板剂，得到目标产物活性炭与MOFs的复合材料。2.根据权利要求1所述的一种MOFs复合材料VOCs吸附剂的制备方法，其特征在于：所述第一步反应所选活性炭为椰壳活性炭、果壳活性炭、木质柱状活性炭、木质粉末活性炭中的一种。3.根据权利要求1所述的一种MOFs复合材料VOCs吸附剂的制备方法，其特征在于：所述第一步反应所用硝酸浓度为6～9mol/L。4.根据权利要求1所述的一种MOFs复合材料VOCs吸附剂的制备方法，其特征在于：所述第一步反应使用臭氧氧化的的温度为20～25℃。5.根据权利要求1所述的一种MOFs复合材料VOC...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐兴，孙飞，
申请(专利权)人：江苏雨田环境工程有限公司，
类型：发明
国别省市：