一种高效除酸性及碱性气体复合滤材的制备方法与流程

本发明涉及空气净化，具体为一种高效除酸性及碱性气体复合滤材的制备方法。

背景技术：

1、

2、目前，解决室内甲醛污染的方法主要包括通风法、空气净化器处理法、光触媒分解法等；其中，通风法需要消耗大量的时间，且见效较慢；光触媒分解法需要光的触发条件，对于应用场景有要求；而采用空气净化器是目前除甲醛应用最广泛、见效最快的方法。

3、市场上的空气净化器中的除甲醛技术主要依靠的是活性炭物理吸附作用来清除甲醛，其缺点是物理吸附效果受到含炭量的影响较大，而净化器中活性炭含量少，使得活性炭与甲醛的接触面积有限，并且容易饱和，除甲醛效果不理想。

4、现有的滤材在针对酸性或碱性气体时的净化处理较为欠缺，活性炭的吸附性能较差，吸附容量较少，无法较好应对有毒有害气体的吸附，且吸附后的气体容易脱附，吸附的牢固度较差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高效除酸性及碱性气体复合滤材的制备方法，以解决上述背景技术中提出的现有的滤材在针对酸性或碱性气体时的净化处理较为欠缺，活性炭的吸附性能较差，吸附容量较少，无法较好应对有毒有害气体的吸附，且吸附后的气体容易脱附，吸附的牢固度较差的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高效除酸性及碱性气体复合滤材的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)选取微晶纤维素作为基材与磷酸溶液，通过超声波发生器进行混合，在超声波和机械搅拌的共同作用下进行纳米化预处理；

4、(2)采用生物酶催化剂替代部分传统化学催化剂，进行缩聚协同反应，促进磷酸与微晶纤维素间的水解、缩聚和降解反应；

5、(3)通过高温炉来实施分级碳化，在不同温度区间内逐步升温，控制热分解速率，形成具有多级孔径分布的活性炭结构；

6、(4)在溴化钾和硫磺对生成的活性炭掺杂处理的基础上，引入稀土元素进行共掺杂，同时，采用等离子体表面处理技术，在活性炭表面引入含氧官能团；

7、(5)通过氢氧化钾、碳酸钠和尿素组成处理剂，加入纳米级金属氧化物作为活化助剂，加速酸碱气体的转化与吸附，对改性活性炭进行二次活化处理；

8、(6)采用原子转移自由基聚合(atrp)技术，以过硫酸钾为引发剂，精确控制丙烯酸单体在二次活化活性炭表面的接枝聚合，形成高密度的交联聚合物层；

9、(7)将交联聚合物层、熔喷滤材和静电棉通过梯度密度设计进行多层次复合，确保各层材料优势互补；

10、(8)成型过程中，引入微波辅助热压技术，结合针刺和环保型粘合剂，实现快速固化成型，同时保持材料的透气性和机械强度。

11、进一步的，所述步骤(1)中超声波的高频振动作用打破纤维素分子间的氢键，使其颗粒细化，并均匀分散在磷酸溶液中，形成均匀的混合液。

12、进一步的，所述步骤(2)中生物酶催化剂选取具有高效催化活性的生物酶，如纤维素酶或磷酸酶，作为水解和缩聚反应的催化剂。

13、进一步的，所述步骤(3)中的分级碳化包括低温预碳化、中温碳化和高温碳化三个阶段，且每个温度阶段，通过调整气氛(如氮气保护)和升温速率，控制纤维素的热分解过程，形成具有多级孔径分布的活性炭结构。

14、进一步的，所述步骤(4)中稀土元素可选用镧系元素。

15、进一步的，所述步骤(5)中的活性炭经再活化技术增加细密的吸附孔隙：

16、10ppm的硫化氢1分钟的过滤效率≥99％；

17、30ppm的氨气1分钟的过滤效率≥97％；

18、30ppm的二氧化氮1分钟的过滤效率≥98％；

19、30ppm的二氧化硫1分钟的过滤效率≥98％。

20、进一步的，所述步骤(5)中的纳米级金属氧化物可选用纳米二氧化钛。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：该高效除酸性及碱性气体复合滤材的制备方法：

22、1.本发明，在活性炭的基础上通过特殊工艺对活性炭进行二次活化，增加活性炭表面碱性基团，减少活性炭表面酸性基团，提高活性炭对酸性气体的吸附效率，在二次活化的活性炭表面碱性基团上进行修饰改性，用专用改性剂修饰活性炭表面碱性基团，进一步提高酸性气体的吸附效率和吸附容量。

23、在活性炭的基础上通过接枝共聚技术对活性炭进行二次活化，增加活性炭表面酸性基团，减少活性炭表面碱性基团，提高活性炭对碱性气体的吸附效率，应用环保性能较好，且不损坏活性炭原有性能的非金属矿物质在二次活化的活性炭表面酸性基团上进行修饰改性，通过化学反应牢固表面酸性基团，赋予基团分子更多的“触角”，进一步提高碱性气体的吸附效率和吸附容量。

24、2.本发明，初始阶段，引入超声波辅助技术，将微晶纤维素与磷酸溶液混合，并在超声波和机械搅拌的共同作用下进行纳米化预处理，可以细化纤维素颗粒，增大比表面积，为后续反应提供更多活性位点；

25、采用生物酶催化技术替代部分传统化学催化剂，促进磷酸与微晶纤维素间的水解、缩聚和降解反应；生物酶具有高效、环保的特点，能更精准地控制反应过程，减少副产物生成，提升纤维素基颗粒的成型质量；

26、实施分级碳化策略，在不同温度区间内逐步升温，控制热分解速率，形成具有多级孔径分布的活性炭结构；结构不仅增大比表面积，优化孔隙连通性，有利于气体分子的快速扩散与吸附。

27、3.本发明，在传统溴化钾和硫磺掺杂的基础上，引入稀土元素(如镧系元素)进行共掺杂，利用稀土元素的特殊电子结构增强活性炭的化学吸附能力。同时，采用等离子体表面处理技术，在活性炭表面引入含氧官能团，进一步提升其酸碱气体吸附选择性；

28、在二次活化过程中，除了使用氢氧化钾、碳酸钠和尿素外，还引入纳米级金属氧化物(如纳米二氧化钛)作为活化助剂；纳米金属氧化物不仅能促进活化反应，还能在活性炭表面形成催化位点，加速酸碱气体的转化与吸附；

29、采用原子转移自由基聚合(atrp)技术，以过硫酸钾为引发剂，精确控制丙烯酸单体在二次活化活性炭表面的接枝聚合，形成高密度的交联聚合物层。同时，利用点击化学将锌粉转化为稳定的锌基配合物，嵌入交联聚合物中，增强材料的力学性能和酸碱稳定性。

技术特征：

1.一种高效除酸性及碱性气体复合滤材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高效除酸性及碱性气体复合滤材的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中超声波的高频振动作用打破纤维素分子间的氢键，使其颗粒细化，并均匀分散在磷酸溶液中，形成均匀的混合液。

3.根据权利要求1所述的一种高效除酸性及碱性气体复合滤材的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中生物酶催化剂选取具有高效催化活性的生物酶，如纤维素酶或磷酸酶，作为水解和缩聚反应的催化剂。

4.根据权利要求1所述的一种高效除酸性及碱性气体复合滤材的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的分级碳化包括低温预碳化、中温碳化和高温碳化三个阶段，且每个温度阶段，通过调整气氛(如氮气保护)和升温速率，控制纤维素的热分解过程，形成具有多级孔径分布的活性炭结构。

5.根据权利要求1所述的一种高效除酸性及碱性气体复合滤材的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中稀土元素可选用镧系元素。

6.根据权利要求1所述的一种高效除酸性及碱性气体复合滤材的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中的活性炭经再活化技术增加细密的吸附孔隙：

7.根据权利要求1所述的一种高效除酸性及碱性气体复合滤材的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中的纳米级金属氧化物可选用纳米二氧化钛。

技术总结本发明公开一种高效除酸性及碱性气体复合滤材的制备方法，包括以下步骤：选取微晶纤维素作为基材与磷酸溶液，通过超声波发生器进行混合，在超声波和机械搅拌的共同作用下进行纳米化预处理；采用生物酶催化剂替代部分传统化学催化剂，进行缩聚协同反应，促进磷酸与微晶纤维素间的水解、缩聚和降解反应通过高温炉来实施分级碳化，在不同温度区间内逐步升温，控制热分解速率，形成具有多级孔径分布的活性炭结构；在溴化钾和硫磺对生成的活性炭掺杂处理的基础上，引入稀土元素进行共掺杂，同时，采用等离子体表面处理技术，在活性炭表面引入含氧官能团；通过氢氧化钾、碳酸钠和尿素组成处理剂，加入纳米级金属氧化物作为活化助剂。技术研发人员：吴龙涛,苗新楼,程静,裴彩红,胡培勇,陈凯,侯欢欢,陈雷雷,沈习旺,金星,张转春受保护的技术使用者：江苏亿盛科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14