一种空气中挥发性有机污染物的净化方法.pdf

一种空气中挥发性有机污染物的净化方法，使用配位键合金属酞菁的活性炭材料吸附空气中的挥发性有机污染物，吸附饱和后加热处理，利用空气中的氧气对活性炭材料进行再生处理，或直接将被污染的空气通过配位键合金属酞菁的活性炭材料，使挥发性有机污染物被催化分解，活性炭材料得以再生并可以重复使用；所述活性炭材料上接枝有配位基团，所述配位基团是咪唑、吡啶、硫酚、硫醇中的至少一种。本发明再生活性炭时只需要对活性炭材料进行热处理，加快催化氧化有机污染物的速率，提高再生效率。本发明方法可用于去除甲醛、甲苯、苯等多种空气中的挥发性有机污染物。它具有操作简单，成本低，挥发性有机污染物去除效果好，活性炭再生效率高等特点。

权利要求书
1.  一种空气中挥发性有机污染物的净化方法，其特征是：使用配位键合金属酞菁的活性炭材料吸附空气中的挥发性有机污染物，吸附饱和后加热处理，利用空气中的氧气对活性炭材料进行再生处理，或直接将被污染的空气通过配位键合金属酞菁的活性炭材料，使挥发性有机污染物被催化分解，活性炭材料得以再生并可以重复使用；所述活性炭材料上接枝有配位基团，所述配位基团是咪唑、吡啶、硫酚、硫醇中的至少一种；所述金属酞菁的中心金属离子是铁离子。

2.  根据权利要求1所述的空气中挥发性有机污染物的净化方法，其特征是：所述的活性炭材料为颗粒或粉体或纤维形状。

3.  根据权利要求1所述的空气中挥发性有机污染物的净化方法，其特征是：所述活性炭材料上配位键合金属酞菁的质量百分含量在0.01％～20％，优选为0.1％～5％。

4.  根据权利要求1所述的空气中挥发性有机污染物的净化方法，其特征是：所述活性炭材料的再生处理温度为40℃～200℃，其中优选温度为70℃～130℃。

说明书一种空气中挥发性有机污染物的净化方法
技术领域
本发明涉及一种空气中挥发性有机污染物的净化方法，属于化学与空气净化技术领域。
背景技术
挥发性有机污染物是空气中普遍存在的对环境影响极大的一类有机污染物，也是影响室内空气质量的主要因素。挥发性有机污染物(如：甲醛、甲苯、苯等)具有毒性，味恶臭，浓度超过标准后能对人的身心健康造成严重危害。因此，对空气中挥发性有机污染物的治理显得尤为重要。目前对挥发性有机污染物进行治理的方法较多，主要有吸附技术、液体吸收技术、催化燃烧技术、膜分离技术、等离子体净化技术和生物处理技术等。但这些处理技术还存在一些不足之处，如吸附技术存在稳定性差，容易脱附，且吸附容量有限，易导致二次污染等问题；液体吸收技术则对设备要求较高，需要定期对吸收剂进行更换来保持净化能力；催化燃烧技术的工艺要求较为严格，还可能引起催化剂中毒等问题。
活性炭因吸附能力强、价格较低、制造容易，已经在很多领域得到了广泛的应用，尤其在水处理和空气净化方面。但活性炭吸附容易饱和，若不经处理即行废弃，不仅浪费资源，而且还会造成二次污染，因此活性炭的再生是非常必要的。在前期的工作中，我们已在中国发明专利ZL200810059241.8中公开了一种有机废水的处理方法，使用负载有金属酞菁的活性炭材料吸附废水中的有机污染物，吸附饱和后将活性炭材料浸入含有氧化剂的水溶液中；或直接在有机废水中加入负载有金属酞菁的活性炭材料和氧化剂，有机污染物被催化降解，活性炭材料得到再生。但发现其对空气中挥发性有机污染物的催化分解效果并不十分理想，需要研发能直接利用空气中的氧气就能有效氧化去除挥发性有机污染物的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述方法存在的不足，提供了一种操作简单、低成本的空气中挥发性有机污染物的净化方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种空气中挥发性有机污染物的净化方法，其特征是：使用配位键合金属酞菁的活性炭材料吸附空气中的挥发性有机污染物，吸附饱和后稍微加热，利用空气中的氧气对活性炭材料进行再生处理，或直接将被污染的空气通过配位键合金属酞菁的活性炭材料，并利用空气中的氧气，使挥发性有机污染物被催化分解，活性炭材料得以再生并可以重复使用；所述活性炭材料上接枝有配位基团，所述配位基团是咪唑、吡啶、硫酚、硫醇中的至少一种；所述金属酞菁的中心金属离子是铁离子。
作为优选地，所述的活性炭材料为颗粒或粉体或纤维形状。
所述活性炭材料上配位键合金属酞菁的质量百分含量在0.01％～20％，优选为0.1％～5％。
所述活性炭材料的再生处理温度为40℃～200℃，其中优选温度为70℃～130℃。
本发明的有益效果是：本发明结合了物理吸附和催化氧化两者的优势，先将挥发性有机污染物吸附到活性炭中，然后利用空气中的氧气在一定温度下在活性炭内部使其催化氧化分解。再生活性炭时只需要对活性炭材料进行适当热处理，加快催化氧化有机污染物的速率，提高再生效率。本发明的方法可用于去除甲醛、甲苯、苯等多种空气中的挥发性有机污染物。它具有操作简单，成本低，挥发性有机污染物去除效果好，活性炭再生效率高等特点。
具体实施方式
下面通过具体的挥发性有机污染物的净化实施例，对本发明作进一步的说明。
本发明所述的空气中挥发性有机污染物的净化方法是：使用配位键合金属酞菁的活性炭材料吸附空气中的挥发性有机污染物，吸附饱和后稍微加热，利用空气中的氧气对活性炭材料进行再生处理，或直接将被污染的空气通过配位键合金属酞菁的活性炭材料，使挥发性有机污染物被催化分解，并利用空气中的氧气，活性炭材料得以再生并可以重复使用；所述活性炭材料上接枝有配位基团，所述配位基团是咪唑、吡啶、硫酚、硫醇中的至少一种。
所述的活性炭材料为颗粒或粉体或纤维形状。所述金属酞菁的中心金属离子是铁离子。
所述活性炭材料上配位键合金属酞菁的质量百分含量在0.01％～20％，优选为0.1％～5％。
所述活性炭材料的再生处理温度为40℃～200℃，其中优选温度为70℃～130℃。
本发明可以在上述各种范围内进行数据的选择并对下述的实施例作相应的替换后，可以构成其他的实施例。
实施例1
在可控温、可密封的装置中填充通过咪唑基团配位键合质量百分含量2％铁酞菁的活性炭颗粒，将含5mg/m3甲醛的空气连续通过该装置，使其吸附空气中的甲醛，经长时间循环吸附后，该活性炭颗粒材料接近吸附饱和，然后将该装置密封并升温至80℃，50分钟后，能完全催化氧化去除吸附在活性炭颗粒上的甲醛，使该活性炭颗粒得到再生，可以继续重复使用。
上述使用的咪唑基团配位键合质量百分数2％铁酞菁的活性炭颗粒的制备方法如下：称取20g活性炭颗粒，将其放入事先配好的K2S2O8的NaOH溶液中，超声分散0.5小时后放入恒温振荡器(设定初始温度30℃，升温)旋转震荡搅拌。6小时后将纤维取出用水洗至中性，在80℃条件下烘干，放入85℃的二氯亚砜中回流10小时，接着蒸干二氯亚砜，向三角烧瓶中倒入0.3mol/L的5-(2-氨基乙基)咪唑的N，N-二甲基甲酰胺溶液900mL，在60℃下回流 4小时，回流完成后取出接枝了5-(2-氨基乙基)咪唑的活性炭颗粒，80℃烘干后放入0.2mmol/L的铁酞菁四氢呋喃的溶液中，在80℃下回流5小时，反应完成后取出负载有铁酞菁的活性炭颗粒，使用四氢呋喃反复洗涤活性炭颗粒至溶液无色后，再用分别乙醇、水各洗涤3次，80℃烘干得咪唑基团配位键合铁酞菁的活性炭颗粒，经测试该活性炭颗粒中铁酞菁的质量百分数为2％。
实施例2
在可控温、可密封的装置中填充通过吡啶基团配位键合质量百分数0.5％铁酞菁的活性炭颗粒，将含3mg/m3甲苯的空气连续通过该装置，使其吸附空气中的甲苯，经长时间循环吸附后，该活性炭颗粒材料接近吸附饱和，然后将该装置密封并升温至70℃，60分钟后，能完全催化氧化去除吸附在活性炭颗粒上的甲苯，使该活性炭颗粒得到再生，可以继续重复使用。
上述使用的吡啶基团配位键合质量百分数0.5％铁酞菁的活性炭颗粒的制备方法如下：称取5.0g4-氨基吡啶充分溶解在二甲基亚砜中，超声溶解后加入到含有5.0g活性炭颗粒的二甲基亚砜溶液中，在85℃油浴中剧烈搅拌，待温度升到85℃后逐滴加入缩合剂亚硝酸异戊酯，85℃反应24小时，最后将反应溶液除去，取出含吡啶基团的活性炭颗粒，用N，N-二甲基甲酰胺、水、乙醇反复洗涤，100℃烘干制得改性活性炭颗粒；接着在反应温度为65℃的条件下，分别将5g改性活性炭颗粒、0.05g铁酞菁分散于四氢呋喃中，充分混合，搅拌回流反应15小时，反应完成后取出负载有铁酞菁的活性炭颗粒，分别使用四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、水、乙醇洗涤，90℃烘干得吡啶基团配位键合铁酞菁的活性炭颗粒，经测试该活性炭颗粒中铁酞菁的质量百分数为0.5％。
实施例3
在可控温、可密封的装置中填充通过硫酚基团配位键合质量百分含量1.7％铁酞菁的活性炭纤维，将含3.6mg/m3苯的空气连续通过该装置，使其吸附空气中的苯，经长时间循环吸附后，该活性炭纤维材料接近吸附饱和，然后将该装置密封并升温至75℃，40分钟后，能完全催化氧化去除吸附在活性炭纤维上的苯，使该活性炭纤维得到再生，可以继续重复使用。
上述使用的硫酚基团配位键合质量百分数1.7％铁酞菁的活性炭颗粒的制备方法如下：称取2.0g二氨基二苯二硫醚充分溶解在二甲基亚砜中，超声溶解后加入到含有5.0g活性炭纤维的二甲基亚砜溶液中，在油浴中剧烈搅拌，待温度升到80℃后逐滴加入缩合剂亚硝酸异戊酯，80℃反应12小时，最后将反应溶液除去，取出负载有二苯二硫醚的活性炭纤维，用二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、水、乙醇、丙酮反复洗涤，40℃烘干制得负载有二苯二硫醚的活性炭纤维；接着在反应温度为30℃的条件下，分别将负载有二苯二硫醚的活性炭纤维、2.0g三苯基膦分散于四氢呋喃中，充分混合，搅拌2小时，反应完成后取出负载有苯硫酚基团的 活性炭纤维，分别使用四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、水、乙醇、丙酮洗涤，30℃烘干得含苯硫酚基团的活性炭纤维；接着在反应温度为65℃的条件下，分别将含苯硫酚基团的活性炭纤维、0.15g铁酞菁、三乙胺分散于四氢呋喃中，充分混合，搅拌回流反应20小时，反应完成后取出负载有铁酞菁的活性炭纤维，分别使用四氢呋喃、乙醇、丙酮、水洗涤，30℃真空烘干得硫酚基团配位键合铁酞菁的活性炭纤维，经测试该活性炭纤维中铁酞菁的质量百分数为1.7％。
实施例4
在可控温、可密封的装置中填充通过硫醇基团配位键合质量百分含量2.5％铁酞菁的活性炭颗粒，将含0.8mg/m3甲醛的空气连续通过该装置，使其吸附空气中的甲醛，经长时间循环吸附后，该活性炭颗粒材料接近吸附饱和，然后将该装置密封并升温至90℃，30分钟后，能完全催化氧化去除吸附在活性炭颗粒上的甲醛，使该活性炭颗粒得到再生，可以继续重复使用。
上述使用的硫醇基团配位键合质量百分数2.5％铁酞菁的活性炭颗粒的制备方法如下：称取15g活性炭颗粒，将其放入事先配好的K2S2O8的NaOH溶液中，超声分散0.5小时后放入恒温振荡器(设定初始温度30℃，升温)旋转震荡搅拌。6小时后将纤维取出用水洗至中性，在80℃条件下烘干，放入85℃的二氯亚砜中回流10小时，接着蒸干二氯亚砜，向三角烧瓶中倒入0.3mol/L的2-氨基乙硫醇的N，N-二甲基甲酰胺溶液900mL，在60℃下回流4小时，回流完成后取出接枝了2-氨基乙硫醇的活性炭颗粒，60℃真空烘干后放入0.2mmol/L的铁酞菁四氢呋喃的溶液中，在80℃下回流5小时，反应完成后取出负载有铁酞菁的活性炭颗粒，使用四氢呋喃反复洗涤活性炭颗粒至溶液无色后，再用分别乙醇、水各洗涤3次，60℃真空烘干得硫醇基团配位键合铁酞菁的活性炭颗粒，经测试该活性炭颗粒中铁酞菁的质量百分数为2.5％。
实施例5
在可控温、可密封的装置中填充通过咪唑基团配位键合质量百分含量0.8％铁酞菁的活性炭纤维，将含3.9mg/m3甲醛的空气连续通过该装置，控制该装置的温度为90℃，使其直接催化氧化空气中的甲醛，该活性炭纤维材料可长时间循环使用，可实现原位再生。
上述使用的咪唑基团配位键合质量百分数0.8％铁酞菁的活性炭纤维的制备方法如下：称取15g活性炭纤维，将其放入事先配好的K2S2O8的NaOH溶液中，超声分散0.5小时后放入恒温振荡器(设定初始温度30℃，升温)旋转震荡搅拌。6小时后将纤维取出用水洗至中性，在80℃条件下烘干，放入85℃的二氯亚砜中回流10小时，接着蒸干二氯亚砜，向三角烧瓶中倒入0.3mol/L的5-(2-氨基乙基)咪唑的N，N-二甲基甲酰胺溶液900mL，在60℃下回流 4小时，回流完成后取出接枝了5-(2-氨基乙基)咪唑的活性炭纤维，80℃烘干后放入0.2mmol/L的铁酞菁四氢呋喃的溶液中，在80℃下回流5小时，反应完成后取出负载有铁酞菁的活性炭纤维，使用四氢呋喃反复洗涤活性炭纤维至溶液无色后，再分别用乙醇、水各洗涤3次，80℃烘干得咪唑基团配位键合铁酞菁的活性炭纤维，经测试该活性炭纤维中铁酞菁的质量百分数为0.8％。
实施例6
在可控温、可密封的装置中填充通过吡啶基团配位键合质量百分含量2.8％铁酞菁的活性炭颗粒，将含4.5mg/m3甲苯的空气连续通过该装置，控制该装置的温度为105℃，使其直接催化氧化空气中的甲苯，该活性炭颗粒材料可长期循环使用，可实现原位再生。
上述使用的吡啶基团配位键合质量百分数2.8％铁酞菁的活性炭颗粒的制备方法如下：称取5.0g4-氨基吡啶充分溶解在二甲基亚砜中，超声溶解后加入到含有5.0g活性炭颗粒的二甲基亚砜溶液中，在85℃油浴中剧烈搅拌，待温度升到85℃后逐滴加入缩合剂亚硝酸异戊酯，85℃反应24小时，最后将反应溶液除去，取出含吡啶基团的活性炭颗粒，用N，N-二甲基甲酰胺、水、乙醇反复洗涤，100℃烘干制得改性活性炭颗粒；接着在反应温度为65℃的条件下，分别将5g改性活性炭颗粒、0.2g铁酞菁分散于四氢呋喃中，充分混合，搅拌回流反应15小时，反应完成后取出负载有铁酞菁的活性炭颗粒，分别使用四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、水、乙醇洗涤，90℃烘干得吡啶基团配位键合铁酞菁的活性炭颗粒，经测试该活性炭颗粒中铁酞菁的质量百分数为2.8％。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。