本發(fā)明涉及異味氣體吸附凈化，具體涉及一種氧化改性的活性炭纖維氈吸附劑及其制備方法和對(duì)低濃度氨氣吸附的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、密閉的空間，例如室內(nèi)、地鐵、地下商場等空氣流動(dòng)性較差的地方易產(chǎn)生痕量異味氣體，其濃度會(huì)隨著時(shí)間的推移而富集。氨氣(nh3)作為一種典型的具有污染性和強(qiáng)腐蝕性的堿性異味氣體，對(duì)人體有極大的危害，空氣中nh3含量大于0.02vol％即可引起人體慢性中毒。短期(少于8h)暴露在nh3環(huán)境中可能會(huì)刺激呼吸道、眼睛和皮膚，而長時(shí)間暴露在nh3濃度高于300×10-6(vol)的環(huán)境中則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的疾病甚至死亡。我國制定的gjb?11a-1998規(guī)定密閉空間中nh3的容許濃度不能高于3.5mg/m3。開展密閉空間異味氨氣的凈化技術(shù)研究成為當(dāng)前所面臨的重要課題之一。目前國內(nèi)外對(duì)于密閉空間異味氨氣的凈化技術(shù)主要有吸附法、低溫等離子凈化方法、催化凈化法以及臭氧凈化法。其中吸附法具有效率高、能回收有用組分、設(shè)備簡單、操作方便、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛被運(yùn)用于凈化密閉空間中的痕量氨氣，但是目前制約吸附技術(shù)凈化效果的主要是吸附劑的發(fā)展。

2、具有比表面積大、微孔豐富、來源廣泛等優(yōu)點(diǎn)的活性炭材料依然是處理氣體污染物的首選材料之一?；钚蕴坷w維氈作為活性炭的一種織物形式，相比于傳統(tǒng)活性炭，活性炭纖維氈具有大比表面積(1000～3000m2/g)和高纖維孔隙率(約80％)和豐富的微孔結(jié)構(gòu)，對(duì)低濃度物質(zhì)顯現(xiàn)更優(yōu)異的吸附能力?；钚蕴坷w維制品具有普通纖維的機(jī)械物理性能，能夠設(shè)計(jì)更加小型緊湊的各種吸附裝置。同時(shí)纖維在振動(dòng)的操作條件下不會(huì)發(fā)生裝填松動(dòng)或過緊，克服了粉末活性炭(pac)和顆?；钚蕴?gac)在操作時(shí)易形成溝槽和沉降等問題。然而未改性的活性炭纖維氈對(duì)nh3的吸附以物理吸附為主，其吸附能力仍然有限。通常需要對(duì)其進(jìn)行改性處理以增強(qiáng)能力，大多采用金屬負(fù)載的改性方法，如專利cn?113546608?a對(duì)活性炭纖維進(jìn)行金屬離子負(fù)載，然后對(duì)負(fù)載后的活性炭纖維進(jìn)行160℃熱處理得到改性活性炭纖維，改性后的活性炭纖維吸附能力得到了提升。然而采用金屬改性活性炭纖維的制備方法增加了吸附劑的使用成本，同時(shí)活性炭纖維與金屬活性組分之間缺乏強(qiáng)相互作用，負(fù)載的金屬容易脫落，在實(shí)際水汽工況條件下，分散在炭纖維表面的金屬活性組分會(huì)發(fā)生溶解再結(jié)晶而產(chǎn)生團(tuán)聚，導(dǎo)致材料性能穩(wěn)定性差以及現(xiàn)場環(huán)境污染等問題。因此尋求性能更加穩(wěn)定和高效的活性炭纖維氈吸附劑，以及綠色和經(jīng)濟(jì)的制備改性方法具有實(shí)際應(yīng)用意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種氧化改性的活性炭纖維氈吸附劑及其制備方法和對(duì)低濃度氨氣吸附的應(yīng)用。本發(fā)明提出的氧化改性活性炭纖維氈吸附劑具有穩(wěn)定的高含量含氧官能團(tuán)，能夠高效深度脫除低濃度氨氣，同時(shí)改性方法避免引入金屬位點(diǎn)，具有綠色經(jīng)濟(jì)和性能穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明的目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、一種氧化改性的活性炭纖維氈吸附劑及其制備方法和對(duì)低濃度氨氣吸附的應(yīng)用，其特征在于，包括活性炭纖維氈基體和活性炭纖維氈表面含氧基團(tuán)，所述氧含量與活性炭纖維氈的質(zhì)量比為10～30：100?；钚蕴坷w維材料在基本層結(jié)構(gòu)邊沿處的碳原子趨向于和氧、氫等其它元素結(jié)合形成氧表面化合物，不可避免的損失一部分比表面積，在本發(fā)明的質(zhì)量比范圍內(nèi)既能最大化活性炭纖維氈的表面含氧基團(tuán)，又能避免材料孔隙結(jié)構(gòu)的大幅降低。

4、優(yōu)選地，所述的一種氧化改性的活性炭纖維氈吸附劑，其特征在于，所述表面含氧基團(tuán)包括羧基，酯基，酚羥基，酸酐，羰基，醚基的一種以上。

5、優(yōu)選地，所述的一種氧化改性的活性炭纖維氈吸附劑，其特征在于，所述活性炭纖維氈基體的比表面積為1000～3000m2/g，孔寬分布為0.5～2nm。

6、優(yōu)選地，所述的一種氧化改性的活性炭纖維氈吸附劑，其特征在于，所述活性炭纖維氈基體厚度2～3mm，能自由地加工成不同形態(tài)的纖維制品。

7、優(yōu)選地，所述的一種氧化改性的活性炭纖維氈吸附劑中的活性炭纖維為粘膠基活性炭纖維、酚醛基活性炭纖維、瀝青基活性炭纖維、丙烯腈基活性炭纖維中的一種。粘膠基活性炭纖維和酚醛基活性炭纖維均具有比表面積大(900～3000m2/g)的特點(diǎn)；丙烯腈基活性炭纖維元素組成上除了c、h、o之外還含有n元素，能通過氫鍵作用高效捕獲nh3，瀝青基活性炭纖維原料便宜，具備價(jià)格競爭優(yōu)勢(shì)。

8、一種氧化改性的活性炭纖維氈吸附劑及其制備方法和對(duì)低濃度氨氣吸附的應(yīng)用，其特征在于，所述制備方法包含以下步驟：

9、(1)活性炭纖維氈的前處理：將活性炭纖維氈裁剪成直徑17mm的圓片備用，將活性炭纖維氈與乙醇水溶液按比例混合，超聲或攪拌10-30分鐘，過濾后將所得固體置于80～180℃恒溫下進(jìn)行干燥除去雜質(zhì)，冷卻至室溫待用；

10、(2)氧化活性炭纖維氈吸附劑的制備：將步驟(2)所得活性炭纖維氈進(jìn)行氧化處理，得到氧質(zhì)量含量為10％-30％的氧化改性活性炭纖維氈吸附劑。

11、優(yōu)選地，步驟(1)中，所述活性炭纖維氈與乙醇水溶液的質(zhì)量比為1:50～100，干燥時(shí)間為8～10h，以除去表面吸附的雜質(zhì)。

12、優(yōu)選地，步驟(2)所述的氧化處理為氣相氧化或液相氧化；所述的氣相氧化的氣態(tài)氧化劑為空氣、臭氧、氧氣、二氧化碳的其中一種，所述的液相氧化的液態(tài)氧化劑為氧化劑溶液選自硝酸、過硫酸銨、過氧化氫、次氯酸鈉中的一種。

13、優(yōu)選地，所述的氣相氧化中的氣態(tài)氧化劑流量為0.1-1l/min，溫度為150-300℃，升溫速率為1-10℃/min，處理時(shí)間為30-180min。

14、優(yōu)選地，所述的液相氧化的液態(tài)氧化劑溶液的濃度為0.2～2mol/l，攪拌溫度為40～60℃，攪拌時(shí)間為3～6h。

15、優(yōu)選地，步驟(2)中活性炭纖維氈與所述液態(tài)氧化劑的用量比為1g：90-110ml。

16、一種如上所述的氧化改性活性炭纖維氈吸附劑的應(yīng)用，所述用途為用于低濃度nh3的室溫吸附凈化。

17、優(yōu)選地，所述的痕量nh3濃度范圍為1000～5000×10-6mol/mol-空氣。

18、本發(fā)明提出一種用于低濃度氨氣吸附的氧化改性的活性炭纖維氈吸附劑的制備方法。選用活性炭纖維氈作為基底材料，通過氣相氧化或液相氧化等方法，對(duì)炭纖維基底表面進(jìn)行表面功能強(qiáng)化來調(diào)整表面化學(xué)，通過調(diào)控氧化條件(氧化劑濃度、溫度、時(shí)間等)賦予活性炭纖維氈基體表面高含量含氧官能團(tuán)(羧基、酯基和酸酐等)，增強(qiáng)吸附劑與堿性nh3之間的化學(xué)相互作用。制備出能在常溫常壓條件下實(shí)現(xiàn)高穿透容量的活性炭纖維氈吸附劑。它具有低阻化、高強(qiáng)度和高性能的優(yōu)勢(shì)，是一種具有實(shí)際低濃度異味氣體高效凈化前景的吸附材料。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢(shì)：

20、(1)本發(fā)明提供了一種活性炭纖維氈表面功能強(qiáng)化的改性方法，通過該方法引入的表面含氧官能團(tuán)與活性炭纖維上結(jié)合力強(qiáng)，提高了材料在實(shí)際工況下吸附性能的穩(wěn)定性；此外，含氧官能團(tuán)提供酸性吸附位點(diǎn)能實(shí)現(xiàn)對(duì)低濃度堿性氨氣的靶向吸附，提高材料的吸附選擇性。同時(shí)，改性過程中沒有引入金屬位點(diǎn)，有利于工程化應(yīng)用降低成本和實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保生產(chǎn)。

21、(2)本發(fā)明提供的氧化改性活性炭纖維氈吸附劑，選用炭纖維氈作為基體材料，來源廣且具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，其中活性炭纖維氈的厚度2～3mm，能自由地加工成不同形態(tài)的纖維制品，便于設(shè)計(jì)出更小型緊湊的空氣凈化器。

22、(3)本發(fā)明提供的氧化改性活性炭纖維氈吸附劑具有在常溫常壓條件下對(duì)痕量nh3初始凈化效率高(≥95％)，穿透吸附容量高(nh3≮50mg/g)的優(yōu)勢(shì)。