[发明专利]一种新型稻壳基改性炭硅复合吸附剂的制备

说明书

技术领域

本发明属于油气回收技术领域，本发明具体涉及挥发性有机物(VOCs)污染控制的具有光催化功能的稻壳基改性炭硅复合吸附材料的制备方法。

背景技术

近年来空气中PM2.5污染源增量，光化学烟雾、雾霾天气等在全国大范围内出现，环境问题日益严重，油品储存及运输过程中VOCs扩散到大气中、汽车尾气的排放、工业废气未经严格控制随意排放等因素是引起这些环境问题的重要原因。随着国内外油气排放标准的日益严格，油品储运过程中的油气回收问题也逐渐成为行业内热议的话题。VOCs扩散到大气中不仅会对环境带来一定的影响，同时也将危害人体健康，带来一定的安全隐患。

稻壳是水稻种植国家常见的农业废弃物，据统计，全球每年水稻产量达690t左右，而每收获1kg稻米将伴随0.22～0.35kg副产品稻壳的产生。稻壳通常的处理方法是在空旷的领域进行燃烧或作为低热值燃料使用，这种做法不仅造成能源浪费，而且会导致严重的环境问题。然而，稻壳是一个高纯度非晶硅的非常优质的来源，这一材料广泛应用于生产各种催化剂、硅胶、玻璃、吸附剂等产品，而且是生产硅胶的各种途径中价格最低廉的方法。提取硅之后的多孔稻壳炭可以应用于吸附溶液中的酚类、金属离子以及挥发性有机气体，而且经活化后的稻壳活性炭具有较大的比表面积，吸附量大，吸附效果好并且针对不同污染物具有选择性吸附等优点。稻壳炭相对未进行硅炭分离时相对较小的比表面积阻碍了它的广泛应用，而且硅胶较大的吸水性一直是其在油气回收领域广泛应用的一个阻碍，本发明充分利用稻壳，将稻壳的硅与炭进行分离，并各自进行改性(硅胶疏水化改性并加入具有高效光催化作用的TiO₂以及稻壳炭活化)，最后将改性之后的各部分进行用粘结剂进行粘结复合，制备出更加适用于VOCs污染控制的专用吸附剂。

根据本发明技术特点检索了国内外数据库，发现有关以稻壳为原料制备吸附剂的报道和专利比较多。例如，中国专利CN104211045A提出一种直接用磷酸溶液在一定温度下将稻壳处理一定时间不将硅提取出的简单快速制备稻壳基多孔炭/二氧化硅复合材料的方法；中国专利CN102941066A描述了一种利用通过一定浓度的H₃PO₄溶液处理，并在一定温度下活化的稻壳制备柴油脱硫吸附剂的制备方法；中国专利CN102389774A提出利用一定浓度的NaOH溶液将稻壳中的硅溶出，脱硅稻壳用H₃PO₄溶液活化为活性炭，含硅溶液中加入H₂SO₄溶液制得硅胶，最后将活性炭与硅胶粉碎成型制得复合吸附剂的方法。但尚未见到针对VOCs的具体特点对吸附剂进行改性之后复合的改性炭硅复合吸附剂的制备方法。

发明内容

针对背景技术中存在的问题和不足，本发明的目的在于充分利用农业废弃物稻壳，通过对其进行有针对性的处理及改性，制备出吸附、解吸性能更加优越，更加适用于VOCs的专用吸附剂。

本发明的技术方案是首先将稻壳进行除杂热解制得稻壳炭，再将制得的稻壳炭用HCl溶液进行预处理，然后再用Na₂CO₃溶液处理稻壳炭，过滤后的滤渣经碱和水蒸气集成活化制得脱硅稻壳活性炭，再在一定条件下向滤液及脱硅稻壳炭的洗液中通入CO₂制备稻壳基硅胶，稻壳基硅胶再进行疏水化改性并加入具有高效光催化作用的TiO₂，最后将稻壳基活性炭以及改性疏水硅胶利用粘结剂(凹凸棒土)进行粘结复合，之后将其粉碎、挤压、成型最后置于真空气氛烧结炉中500℃下后处理2h，制得可去除空气中对人体有害的挥发性有机物(VOCs)的稻壳基改性炭硅复合吸附剂。

本发明采用的技术方案具体包括如下步骤：

1.稻壳除杂热解：将稻壳用蒸馏水洗净污泥等杂质，之后将其置于真空气氛烧结炉中在150℃下干燥12h，得到干燥的稻壳，将干燥后的稻壳继续置于真空气氛烧结炉中，再通过流量为200cm³/min的氮气驱赶气氛烧结炉内的空气，之后以10℃/min的升温速率将炉内温度由常温升到400～600℃下热解4～6h，制得稻壳炭。

2.稻壳炭预处理：取一定量步骤1中热解后的稻壳炭，与适量浓度为1mol/L的HCl溶液混合放入烧瓶中，在恒温油浴中回流冷凝且不断搅拌下煮沸3h，去除大部分杂质并且提高硅的纯度，将悬浮液过滤，滤渣用蒸馏水洗至中性并在150℃下干燥12h备用。