[发明专利]一种用于挥发性有机污染物吸附的硅藻土基复合多孔陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于挥发性有机污染物治理领域，具体涉及一种用于挥发性有机污染物(VOCs)吸附的硅藻土基复合多孔陶瓷材料及其制备方法。

背景技术：

挥发性有机污染物(VOCs)通常是指沸点50-250℃，室温下饱和蒸气压超过133.3Pa的有机化合物，包括烃类、卤代烃、芳香烃、多环芳烃等，是室内外空气中普遍存在且组成复杂的一类有机污染物(沈学优等，浙江大学学报，2001)，排放源主要为工业废气、汽车尾气、建筑材料和室内装修材料等。大多数VOCs具有毒性与刺激性，可致畸、致癌和致突变，还可作为前驱体产生光化学烟雾，对人体健康造成严重危害。

VOCs的处理方法主要有吸附法、生物法、燃烧法及光催化降解等。其中吸附法以其较高的VOCs去除效率，低耗能，低成本，不存在二次污染等优点成为VOCs控制最经济有效的技术。目前常用的高效吸附剂主要有活性炭和沸石分子筛等。活性炭具有较高比表面积和孔体积，因其较高的气体吸附容量而被应用于气体吸附领域。但是由于活性炭热稳定性较差，微孔结构复杂，吸附的气体难以脱除，再生性能较差(周春何等，环境污染与防治，2009)，限制了其在工业吸附领域的应用。与活性炭相比，沸石分子筛具有规则的孔道结构，热稳定性高，尤其纳米沸石分子筛，具有高比表面积和孔体积，在气体吸附扩散和脱附再生方面具有优势，更适合工业推广应用。但是目前纳米沸石分子筛材料的工业应用仍存在以下问题：(1)单一的孔径分布致使纳米沸石分子筛仅对一定尺寸的小分子VOCs具有吸附性，不利于多组分VOCs的吸附(Xue等，Advanced Functional Materials，2008)；(2)纳米沸石粒子间团聚问题也会降低吸附效率，提高污染物处理成本。因此，制备具有多级孔结构，分散性较好的纳米沸石复合材料是解决上述问题的关键。

中国发明专利《硅藻土的沸石化制备多级孔道结构沸石材料的方法》(专利号：01126842.5)，以天然矿物硅藻土为基体，利用硅藻土本身的多孔结构，将其表面沸石化，制得具有多级孔结构的硅藻土沸石复合材料。该材料对VOCs具有一定的吸附能力，如对苯吸附量为46mg/g，但是该材料制备周期较长，水热反应过程能耗高，另外气固相转晶过程需使用乙二胺等有毒有机试剂，具有潜在环境危害性。中国发明专利《功能化粉煤灰沸石复合颗粒的制备方法》(专利号：201010588313.5)，利用工业废物粉煤灰的多孔性、比表面积大、表面能高的特点进行资源化利用，制备出具有多级孔结构的粉煤灰沸石复合材料。虽然制备工艺相对简单，但仍需进行水热反应，能耗高。另外，上述两种材料均为粉体，在VOCs吸附过程中易受气流扰动；而且粉体材料不易回收处理。

与粉末材料相比，块体成型材料不易受气流影响，抗弯曲和抗折性强，尤其是陶瓷材料，热稳定性好，能够直接成型应用。工业上一般将陶瓷做成多孔结构载体，可大大增加吸附剂与吸附质的接触面积，提高吸附效率；同时传质可以有效地扩展到三维空间，材料性能得以提高。中国发明专利《硅藻土基多孔陶瓷及其负载银掺杂纳米二氧化钛的方法》(专利号：201010216099.0)，采硅藻土为陶瓷原料，经过压制、煅烧过程制备出硅藻土基多孔陶瓷载体。然而该方法制得的陶瓷载体只含有硅藻土的大孔结构，载体孔径分布单一，难以满足工业吸附的工艺需要；另外，压制过程需要在较高压力条件下进行，制备成本高，不利于实际应用。

发明内容：

本发明的目的是克服现有技术中制备和使用VOCs吸附剂存在的吸附剂孔结构单一，反应过程能耗高，易受气流扰动等缺点，提供一种用于挥发性有机污染物(VOCs)吸附的硅藻土基复合多孔陶瓷材料及其制备方法。该方法的主要优势在于，利用聚氨酯泡沫的大孔结构，采用硅藻土作为陶瓷原料，以聚氨酯模板法制得硅藻土基双大孔陶瓷载体。然后在其表面原位均匀负载一层纳米沸石颗粒，制得具有双大孔/微孔多级孔结构的硅藻土基复合陶瓷材料，该材料对挥发性有机污染物具有高效吸附力。该制备方法具有工艺简单，条件温和，能耗低，潜在环境危害较低等优势。

本发明的用于挥发性有机污染物吸附的硅藻土基复合多孔陶瓷材料，其是通过以下方法制备的：