用于吸附不同VOCs的分子筛无机纤维毡及其制备方法与流程

用于吸附不同vocs的分子筛无机纤维毡及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及vocs处理领域，尤其涉及一种用于吸附不同vocs的分子筛无机纤维毡及其制备方法。


背景技术：

2.大气挥发性有机物（volatile organic compounds,简称vocs）是空气中普遍存在且组成复杂的有机污染物统称，是指常压下沸点50℃到260℃的有机化合物。主要包括烷烃类、芳香类、卤代烃类、酯类、醛类和酮类等物质。vocs是形成细颗粒物（pm2.5）和臭氧的重要前体物。
3.分子筛是一种多微孔硅酸盐或硅铝酸盐晶体，由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成尺寸大小均一的内部孔道和空腔体系。依靠物理吸附（范德华力），能把比其直径小的voc吸附到孔道内。
4.为了增加分子筛接触比表面积，增加其吸附性能，市场目前是将分子筛浸渍到蜂窝状多孔载体上，浸渍量越大，吸附性能越优。蜂窝载体是由特殊的无机纤维毡加工而成，目前，分子筛直接涂敷浸渍工艺中，基材无机纤维毡中会有一定量的粘结剂等占据分子筛浸渍空间，从而导致浸渍量不够，或浸渍后容易“掉粉”。实际浸渍量与理论浸渍量存在偏差，导致吸附性能与预期不符合。
5.另外， vocs吸附工艺通常应用于湿度大、风量大、同时vocs浓度低的工作场景下，但是对于一般的吸附vocs的无机纤维毡来说，由于其疏水性较差，在湿度较大的情况下其大部分的吸附能力用于吸附水分子，对于低浓度的vocs很难实现吸附，从而使得在vocs处理工艺过程中，很难将vocs吸附除去。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的。
7.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种用于吸附不同vocs的分子筛无机纤维毡，包括无机纤维骨架体，所述无机纤维骨架体内通过硅溶胶均匀胶黏有分子筛。
8.优选地，所述分子筛无机纤维毡内还包括有疏水型偶联剂，所述分子筛、所述疏水型偶联剂与所述无机纤维骨架体耦合连接。
9.一种用于吸附不同vocs的分子筛无机纤维毡的制备方法，包括如下步骤：s1：将硅溶胶、疏水型偶联剂、分子筛原粉和水搅拌混合，得到分子筛胶浆液；s2：将无机纤维毡进行烘烧，得到无机纤维骨架体；s3：将s1步骤中的分子筛胶浆液充分浸入到由s2步骤得到的无机纤维骨架体中，得到分子筛无机纤维胚体；s4：对s3步骤中得到的分子筛无机纤维胚体进行压滤；s5：对s4步骤压滤后的分子筛无机纤维胚体进行干燥，得到吸附vocs的分子筛无
机纤维毡。
10.优选地，所述硅溶胶为jn-30或jn-40，粘度为5—15mpa.s。
11.优选地，所述疏水型偶联剂为kh-570，含氟硅烷偶联剂，8碳硅烷偶联剂中的至少一种。
12.优选地，所述分子筛原粉为mfi型，bea型，fau型或mor型中的一种或多种的组合。
13.优选地，在步骤s1中得到的所述分子筛胶浆液中，硅溶胶、疏水型偶联剂、分子筛原粉和水的质量比为（15—25）：（2—3）：（80-100）：100。
14.优选地，所述无机纤维毡为玻璃纤维毡或陶瓷纤维毡。
15.优选地，步骤s2中烘烧温度为80—180℃。
16.优选地，步骤s5中的干燥方式为红外或微波，温度为150—220℃。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果为：1）将无机纤维毡烘烧成纤维骨架体，扩大了纤维毡的内部空间，使分子筛不仅能粘结纤维毡外侧，还能粘结在纤维骨架体内，提高了分子筛的接触比较面积，从而提高了纤维毡整体对vocs的吸附性能；2）纤维骨架体将大量分子筛粘结在骨架之间，提高了分子筛固定的稳定性，在大风量的工况下，能有效避免分子筛脱落，保证分子筛固定的结构稳定性，保证对vocs的吸附能力；3）根据不同vocs的分子直径和组分含量选择不同种类的分子筛原粉或组合。从而可以面对复杂的工况voc气氛，实现宽域吸附；4）在引入分子筛的过程中，所使用的粘结剂等均为环保型，对环境不造成污染，且价格低廉，具有成本优势；5）分子筛和疏水型偶联剂与无机纤维偶合连接，具有显著优势：a、疏水型偶联剂能够在分子筛与无机纤维之间产生官能建，提高了分子筛和无机纤维之间的微观作用力，进一步避免分子筛脱落；b、存在疏水基团，提升分子筛无机纤维毡的疏水性，能在湿度较大的工况下避免分子筛无机纤维毡吸附较多水分，仅针对性地吸附vocs，而不吸收水分，从而保证了对vocs具有较强的吸附能力；6）采用红外或微波加热，减少了加热产生的热对流，使分子筛胶浆液更加均匀的分布于无机纤维上，升温速度快、温度场均匀。
附图说明
18.图1为本发明的一实施例的用于吸附不同vocs的分子筛无机纤维毡的分子筛、无机纤维骨架体以及疏水型偶联剂耦合连接的结构示意图。
具体实施方式
19.为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
20.本发明提供了一种用于吸附不同vocs的分子筛无机纤维毡，包括无机纤维骨架体1，所述无机纤维骨架体1内通过硅溶胶均匀胶黏有分子筛2。
21.本发明的通过在无机纤维骨架体1内外分别粘结分子筛2，极大地提高了无机纤维
毡粘结分子筛2的数量，从而提高分子筛无机纤维毡整体的分子筛2的接触比表面积，进而提高其对vocs的吸附性能。
22.利用分子筛2粘结在无机纤维骨架体1之间，利用无机纤维骨架体1穿插包围在分子筛2外围，能够提高分子筛1粘结的稳定性，避免分子筛2在纤维毡干燥后出现掉粉现象，实现分子筛2的实际浸渍量与理论浸渍量相符，从而使分子筛无机纤维毡的吸附性能与预期相符。
23.如图1所示，优选地，所述分子筛无机纤维毡内还包括有疏水型偶联剂3，所述分子筛2、所述疏水型偶联剂3与所述无机纤维骨架体1耦合连接。
24.采用疏水型偶联剂3进一步促成无机纤维骨架体1、分子筛2的耦合连接，一方面提高了无机纤维骨架体1与分子筛2之间的微观作用力，避免脱落，使分子筛无机纤维毡更适用于风量大的工况环境下；另一方面是存在疏水集团，提升分子筛无机纤维毡的疏水性，从而使本发明的分子筛无机纤维毡更适用于高湿度的工况下，能够在湿度较大的空气中避免吸收水分，仅针对性地吸附低浓度的vocs，进而使vocs的吸附处理能力增强。
25.现有技术中有采用活性炭等多孔载体搭配无机纤维纸进行vocs吸附，但是活性炭在相对湿度超过50%以后则由疏水变为亲水，对于湿度较大的工况下，利用活性炭反而会仅吸收水分，而对vocs失去吸附能力。本发明采用分子筛搭配疏水型偶联剂耦合在无机纤维骨架之间，由于分子筛微孔发达，对低浓度vocs吸附量远大于活性炭；且在相对湿度很大的情况下，分子筛仍然具有较强的疏水能力，使整个纤维毡仍然可以保持较高的疏水性，从而有效延长了整个分子筛无机纤维毡的使用寿命。
26.由于普通无机纤维毡在vocs处理工艺中，水分和vocs是一个相互竞争的关系，而正常工况下水分大，纤维毡吸收了较多的水分后对于较低浓度的vocs的吸附能力就会降低，因此，本发明采用疏水型偶联剂耦合在分子筛和无机纤维骨架体之间，起到疏水的作用，使得纤维毡不吸水，仅针对性的吸附vocs，实现vocs吸附作用的最大化。
27.一种用于吸附不同vocs的分子筛无机纤维毡的制备方法，包括如下步骤：s1：将硅溶胶、疏水型偶联剂、分子筛原粉和水搅拌混合，得到分子筛胶浆液；采用一定量的水将硅溶胶进行进一步稀释，一方面提高了硅溶胶的分散性，便于分子筛原粉及疏水型偶联剂在硅溶胶内进行均匀分散，同时能够增强硅溶胶的稳定性，使得搅拌混合后的分子筛胶浆液结构更加稳定。
28.s2：将无机纤维毡进行烘烧，得到无机纤维骨架体；经过烘烧，将无机纤维毡内的有机粘结剂烧结掉，从而能够剩下结构稳定的无机纤维骨架体，优先空出无机纤维毡内部的空间，从而在后续浸渍步骤中为分子筛的粘结提供更大的空间，进而能够粘结更多的分子筛，达到预期的浸渍效果。
29.s3：将s1步骤中的分子筛胶浆液充分浸入到由s2步骤得到的无机纤维骨架体中，得到分子筛无机纤维胚体；分子筛无机纤维胚体是无机纤维骨架体内外均匀并充分浸渍有分子筛胶浆液，达到分子筛的高度粘结。
30.s4：对s3步骤中得到的分子筛无机纤维胚体进行压滤；通过压滤将分子筛纤维胚体内的水分尽可能的压滤出去，得到结构更加平整稳定的分子筛纤维胚体，同时便于后续干燥。
31.s5：对s4步骤压滤后的分子筛无机纤维胚体进行干燥，得到吸附vocs的分子筛无
机纤维毡。分子筛无机纤维胚体经过干燥后想成结构更加稳定的分子筛无机纤维毡，通过无机纤维骨架体、硅溶胶以及疏水型偶联剂三者相互配合，硅溶胶经过干燥固化后成为坚硬的凝胶结构，会产生较大的粘结性，同时利用疏水型偶联剂在分子筛与无机纤维骨架体之间形成官能建，提高分子筛与无机纤维之间的微观作用力，从而二者双管齐下，有效提高了分子筛在无机纤维毡上的粘结能力，有效避免分子筛掉落，尤其适合在大风量的工况下工作，有效保证对vocs的吸附能力。
32.优选地，所述硅溶胶为jn-30或jn-40，粘度为5—15mpa.s。
33.优选地，所述疏水型偶联剂为硅烷偶联剂kh-570、含氟硅烷偶联剂、8碳硅烷偶联剂中的至少一种。疏水型偶联剂在分子筛与无机纤维骨架体之间产生化合键，从化学的角度进行进一步的耦合粘连，进一步提高分子筛无机纤维毡整体的机械强度、耐候性及耐蚀性，从而能有效避免在大风量工况下，分子筛脱落；另外，上述疏水偶联剂与分子筛以及无机纤维骨架体之间均匀耦合连接，会存在均匀分散的疏水基团，保证分子筛无机纤维毡整体具有较强的疏水性，避免在高湿度的工况下吸收水分，使其仅针对性的吸收vocs。
34.优选地，所述分子筛原粉为mfi型，bea型，fau型或mor型中的一种或多种的组合。
35.优选地，在步骤s1中得到的所述分子筛胶浆液中，硅溶胶、疏水型偶联剂、分子筛原粉和水的质量比为（15—25）：（2—3）：（80-100）：100。按照上述质量比配置后进行搅拌混合，有效提高分子筛胶浆液分散度，更便于分子筛与疏水型偶联剂的分散，促进分子筛与疏水型偶联剂之间形成均匀的耦合粘结；且有效缩短了搅拌混合时间，进而缩短前期准备时间。
36.优选地，所述无机纤维毡为玻璃纤维毡或陶瓷纤维毡，均为纤维状轻质耐火材料，在经历烘烧后会金辉烧结掉其中的部分有机杂质，而留下完整的限位骨架体，便于后续浸渍分子筛胶浆液。
37.优选地，步骤s2中烘烧温度为80—180℃，避免过高的温度导致纤维骨架体结构遭到破坏。
38.优选地，步骤s5中的干燥方式为红外或微波，温度为150—220℃，减少了加热产生的热对流，使分子筛胶浆液更加均匀的分布与无机纤维上，升温速度快、温度场均匀。
39.本发明的具体实施例如下：实施例一：一种mfi型分子筛无机纤维毡及其制备方法，包括如下步骤：s1：称取20gjn-30硅溶胶，2g氟硅烷偶联剂，80gmfi型分子筛原粉，100g水，搅拌充分混合制成分子筛胶浆液。
40.s2：将玻璃纤维毡在120℃下进行烘烧，得到玻璃纤维骨架体。
41.s3：将分子筛胶浆液浸入到步骤b的玻璃纤维骨架体中，得到分子筛玻璃纤维胚体。
42.s4：对步骤s3得到的分子筛玻璃纤维胚体进行压滤。
43.s5：对s4步骤压滤后的分子筛玻璃纤维胚体利用红外烘道220℃进行干燥，得到吸附vocs的mfi型分子筛无机纤维毡。
44.实施例2：一种bea型分子筛无机纤维毡及其制备方法，包括如下步骤：
s1：称取25g硅溶胶，2.5g氟硅烷偶联剂，75g bea型分子筛原粉，100g水，搅拌充分混合制成分子筛胶浆液。
45.s2：将玻璃纤维毡在120℃下进行烘烧，得到玻璃纤维骨架体。
46.s3：将分子筛胶浆液浸入到步骤b的玻璃纤维骨架体中，得到分子筛玻璃纤维胚体。
47.s4：对步骤s3得到的分子筛玻璃纤维胚体进行压滤。
48.s5：对s4步骤压滤后的分子筛玻璃纤维胚体利用微波隧道炉进行220℃干燥，得到吸附vocs的bea型分子筛无机纤维毡。
49.由上所述，本发明的用于吸附不同vocs的分子筛无机纤维毡及其制备方法，将无机纤维毡烘烧成纤维骨架体，扩大了纤维毡的内部空间，使分子筛不仅能粘结纤维毡外侧，还能粘结在纤维骨架体内，提高了分子筛的接触比较面积，从而提高了纤维毡整体对vocs的吸附性能；纤维骨架体将大量分子筛粘结在骨架之间，提高了分子筛固定的稳定性，在大风量的工况下，能有效避免分子筛脱落，保证分子筛固定的结构稳定性，保证对vocs的吸附能力；根据不同vocs的分子直径和组分含量选择不同种类的分子筛原粉或组合。从而可以面对复杂的工况voc气氛，实现宽域吸附；在引入分子筛的过程中，所使用的粘结剂等均为环保型，对环境不造成污染，且价格低廉，具有成本优势；分子筛和疏水型偶联剂与无机纤维偶合连接，具有显著优势：a、疏水型偶联剂能够在分子筛与无机纤维之间产生官能建，提高了分子筛和无机纤维之间的微观作用力，进一步避免分子筛脱落；b、存在疏水基团，提升分子筛无机纤维毡的疏水性，能在湿度较大的工况下避免分子筛无机纤维毡吸附较多水分，仅针对性地吸附vocs，而不吸收水分，从而保证了对vocs具有较强的吸附能力；采用红外或微波加热，减少了加热产生的热对流，使分子筛胶浆液更加均匀的分布于无机纤维上，升温速度快、温度场均匀。
50.本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

技术特征：
1.一种用于吸附不同vocs的分子筛无机纤维毡，其特征在于：包括无机纤维骨架体，所述无机纤维骨架体内通过硅溶胶均匀胶黏有分子筛。2.如权利要求1所述的用于吸附不同vocs的分子筛无机纤维毡，其特征在于：所述分子筛无机纤维毡内还包括有疏水型偶联剂，所述分子筛、所述疏水型偶联剂与所述无机纤维骨架体耦合连接。3.一种用于吸附不同vocs的分子筛无机纤维毡的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：s1：将硅溶胶、疏水型偶联剂、分子筛原粉和水搅拌混合，得到分子筛胶浆液；s2：将无机纤维毡进行烘烧，得到无机纤维骨架体；s3：将s1步骤中的分子筛胶浆液充分浸入到由s2步骤得到的无机纤维骨架体中，得到分子筛无机纤维胚体；s4：对s3步骤中得到的分子筛无机纤维胚体进行压滤；s5：对s4步骤压滤后的分子筛无机纤维胚体进行干燥，得到吸附vocs的分子筛无机纤维毡。4.如权利要求3所述的用于吸附不同vocs的分子筛无机纤维毡的制备方法，其特征在于：所述硅溶胶为jn-30或jn-40，粘度为5—15mpa.s。5.如权利要求3所述的用于吸附不同vocs的分子筛无机纤维毡的制备方法，其特征在于：所述疏水型偶联剂为kh-570，含氟硅烷偶联剂，8碳硅烷偶联剂中的至少一种。6.如权利要求3所述的用于吸附不同vocs的分子筛无机纤维毡的制备方法，其特征在于：所述分子筛原粉为mfi型，bea型，fau型或mor型中的一种或多种的组合。7.如权利要求3所述的用于吸附不同vocs的分子筛无机纤维毡的制备方法，其特征在于：在步骤s1中得到的所述分子筛胶浆液中，硅溶胶、疏水型偶联剂、分子筛原粉和水的质量比为（15—25）：（2—3）：（80-100）：100。8.如权利要求3所述的用于吸附不同vocs的分子筛无机纤维毡的制备方法，其特征在于：所述无机纤维毡为玻璃纤维毡或陶瓷纤维毡。9.如权利要求3所述的用于吸附不同vocs的分子筛无机纤维毡的制备方法，其特征在于：步骤s2中烘烧温度为80—180℃。10.如权利要求3所述的用于吸附不同vocs的分子筛无机纤维毡的制备方法，其特征在于：步骤s5中的干燥方式为红外或微波，温度为150—220℃。

技术总结
本发明提供一种用于吸附不同VOCs的分子筛无机纤维毡及其制备方法，首先将硅溶胶、疏水型偶联剂、分子筛原粉和水搅拌混合，得到分子筛胶浆液；将无机纤维毡进行烘烧，得到无机纤维骨架体；然后将分子筛胶浆液浸入到无机纤维骨架体中，得到分子筛无机纤维胚体。对分子筛无机纤维胚体压滤后，进行干燥，得到吸附不同VOCs的分子筛无机纤维毡。本发明在无机纤维毡内部骨架中引入分子筛，提高分子筛的接触比表面积，从而提高对VOCs的吸附性能，添加疏水型偶联剂，提高无机纤维与分子筛支架的微观作用力，避免分子筛脱落，存在疏水基团，提升分子筛无机纤维毡的疏水性，使纤维毡仅针对VOCs进行吸附。行吸附。行吸附。


技术研发人员：李强 朱蕾 李翰文 陈玲 叶伟强
受保护的技术使用者：美埃（中国）环境科技股份有限公司
技术研发日：2022.03.21
技术公布日：2022/5/25