一种吸附VOCs的改性蜂窝状活性炭及其制备方法技术领域
本发明属于挥发性有机物吸附材料制备的技术领域，具体涉及一种吸附VOCs的改性蜂窝状活性炭及其制备方法。
背景技术
挥发性有机物（VolatileOrganicCompounds,VOCs）是一类严重危害人类健康、影响环境质量的有害物质。该类物质在常温下蒸发速率大、易挥发且长时间稳定存在，不仅会引发光化学烟雾、破坏臭氧层，还能造成人体内各系统紊乱，甚至有致癌危险。
活性炭具有比表面积高、失效后可再生等特点，而且其吸附过程经济、高效，因此在实际工业过程中活性炭吸附法被广泛应用于VOCs的治理与回收。与粒状、粉末状的活性炭相比，蜂窝状活性炭具有独特的蜂窝状结构，床层压降小且吸-脱附速率快。
在处理VOCs的实际过程中，蜂窝状活性炭的质量决定了整个处理过程的结果。然而，采用传统配方和工艺制备的蜂窝状活性炭机械强度不足、使用周期较短，无形中增加了运行成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种吸附VOCs的改性蜂窝状活性炭及其制备方法，应用于VOCs吸附领域，针对传统蜂窝状活性炭的缺点，提高机械强度，延长使用寿命。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种吸附VOCs的改性蜂窝状活性炭，由下列原料按质量百分比配制而成：
活化粉状活性炭：65-70wt%；
陶瓷纤维棉粉末：2-3wt%；
聚乙烯醇：5-10wt%；
硬脂酸：1-2wt%；
脲醛树脂：3-5wt%；
TiO2-ZrO2复合氧化物：1-5wt%，Ti/Sr比为1；
水：6-10wt%。
具体制备步骤为：
步骤（1）：用活化液浸渍200目以下的粉状活性炭，真空条件下干燥得到活化粉状活性炭；
步骤（2）：将活化粉状活性炭、陶瓷纤维棉粉末、聚乙烯醇、硬脂酸、脲醛树脂、TiO2-ZrO2复合氧化物和水加入混料机内混合均匀形成泥料，再将泥料由真空挤出机挤出成蜂窝状活性炭初胚；
步骤（3）：将得到的蜂窝状活性炭初胚干燥、活化得到改性蜂窝状活性炭。
其中，活化液由0.5mol/L的草酸、酒石酸、柠檬酸中的一种或多种等质量混合得到。
所述的步骤（1）中，活化液浸渍粉状活性炭的体积比为（2-5）：1，浸渍时间为2小时。
所述的步骤（1）中，干燥真空度为0.5-1.5MPa，干燥温度为90-120℃，干燥时间为1-4小时。
所述步骤（3）中的干燥、活化过程为：在120-200℃下干燥1-4小时，而后在600-800℃下活化1-4小时。
采用上述方案后，本发明有如下有益效果：
本发明采用有机酸对粉末状活性炭改性，增加活性炭表面官能团，提高其吸附能力，在一定程度上也增强了蜂窝状活性炭的机械强度；而制备过程中添加陶瓷纤维棉粉末和TiO2-ZrO2复合氧化物则大大提高了蜂窝状活性炭的正压抗压强度，使其达到3-15MPa。
附图说明
图1为改性蜂窝状活性炭吸附VOCs试验流程图。
图号说明：1、空气钢瓶，2、质量流量计，3、恒温水浴，4、有机气体发生器，5、气体混合器，6、真空泵，7、吸附床层，8、恒温水箱，9、气相色谱仪，10、尾气处理。
具体实施方式
下面结合图1及实施例对本发明进一步详细说明。
实施例1：本实施例中蜂窝状活性炭所用原料质量分数为：
活化粉状活性炭，65wt%；
陶瓷纤维棉粉末：3wt%；
聚乙烯醇：10wt%；
硬脂酸：2wt%；
脲醛树脂：5wt%；
TiO2-ZrO2复合氧化物：5wt%；
水：10wt%。
具体制备步骤为：
步骤(1)取一定量0.5mol/L的草酸作为活化液，用3倍体积的活化液浸渍200目以下的粉状活性炭2h，再于0.8MPa真空度下100℃干燥2h备用；
步骤(2)将活化粉状活性炭、陶瓷纤维棉粉末、聚乙烯醇、硬脂酸、脲醛树脂、TiO2-ZrO2复合氧化物和水加入混料机内混合均匀形成泥料，在将泥料由真空挤出机挤出成蜂窝状活性炭初胚；
步骤(3)将得到的蜂窝状活性炭初胚先在180℃下干燥2h，而后在700℃下活化2h得到改性蜂窝状活性炭。
性能测试：以甲苯与空气混合气为模拟废气，甲苯浓度为500ppm，其余为空气，空速20000mL/(g·h)条件下测试样品对甲苯的吸附性能。测试结果见表1。
实施例2：蜂窝状活性炭所用原料配比(质量百分比)为：
活化粉状活性炭，68wt%；
陶瓷纤维棉粉末：3wt%；
聚乙烯醇：10wt%；
硬脂酸：2wt%；
脲醛树脂：4wt%；
TiO2-ZrO2复合氧化物：3wt%；
水：10wt%。
具体制备步骤为：
步骤(1)取一定量0.5mol/L的草酸、酒石酸等质量混合得到活化液，用3倍体积的活化液浸渍200目以下的粉状活性炭3h，再于0.9MPa真空度下110℃干燥2h备用；
步骤(2)将活化粉状活性炭、陶瓷纤维棉粉末、聚乙烯醇、硬脂酸、脲醛树脂、TiO2-ZrO2复合氧化物和水加入混料机内混合均匀形成泥料，在将泥料由真空挤出机挤出成蜂窝状活性炭初胚；
步骤(3)将得到的蜂窝状活性炭初胚先在150℃下干燥2h，而后在600℃下活化2h得到改性蜂窝状活性炭。
性能测试：以甲苯与空气混合气为模拟废气，甲苯浓度为500ppm，其余为空气，空速20000mL/(g·h)条件下测试样品对甲苯的吸附性能。测试结果见表1。
实施例3：蜂窝状活性炭所用原料配比(质量百分比)为：
活化粉状活性炭，70wt%；
陶瓷纤维棉粉末：2wt%；
聚乙烯醇：8wt%；
硬脂酸：2wt%；
脲醛树脂：5wt%；
TiO2-ZrO2复合氧化物：3wt%；
水：10wt%。
具体制备步骤为：
步骤(1)取一定量0.5mol/L的草酸、酒石酸、柠檬酸，等质量混合形成活化液，用3倍体积的活化液浸渍200目以下的粉状活性炭4h，再于1.2MPa真空度下100℃干燥2h备用；
步骤(2)将活化粉状活性炭、陶瓷纤维棉粉末、聚乙烯醇、硬脂酸、脲醛树脂、TiO2-ZrO2复合氧化物和水加入混料机内混合均匀形成泥料，在将泥料由真空挤出机挤出成蜂窝状活性炭初胚；
步骤(3)将得到的蜂窝状活性炭初胚先在130℃下干燥2h，而后在750℃下活化2h得到改性蜂窝状活性炭。
性能测试：以甲苯与空气混合气为模拟废气，甲苯浓度为500ppm，其余为空气，空速20000mL/(g·h)条件下测试样品对甲苯的吸附性能。测试结果见表1。
表1.实施例测试结果
测试项目实施例1实施例2实施例3
甲苯的吸附率88%93%98%
正压抗压强度(MPa)13.69.57.9
比表面积(m2/g)745.6869.4937.1