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CN108273338B - 一种超细颗粒物的吸附方法 - Google Patents

一种超细颗粒物的吸附方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种超细颗粒物的吸附方法，属于环境保护技术领域。该方法通过离子交换法改性LSX型分子筛原粉，将改性LSX型分子筛置于筛网上作为过滤介质，并将其置于圆筒形过滤器内。该方法所用吸附过滤系统包括质量为50‑300mg的过滤介质层、多层400目或500目筛网及圆筒形吸附柱。少量过滤介质在室温条件下，于较大正面风速范围及较大超细颗粒物浓度范围内，对超细颗粒物具有极高的脱除效率。本方法工艺条件简单，可操作性较强，过滤介质材料用量少，适合室内超细颗粒物的净化，具有很高的实用价值。

Description

一种超细颗粒物的吸附方法
技术领域
本发明涉及环境保护技术领域，特别是指一种超细颗粒物的吸附方法。
背景技术
据统计，2016年全国338个地级以上城市中有254个空气质量超标，以PM2.5为首要污染物的天数几乎占重度及以上污染天数的80.3％。而超细颗粒物(UFPs)的数量浓度占总颗粒物的70％以上。与此同时，凝结核模态与埃根核模态颗粒物在相对清洁、高温度和低湿度大气环境下浓度较高。UFPs不仅在大气中滞留时间长,可远距离输送，对大气的能见度及地球辐射影响极大；而且UFPs的极小尺寸效应使其可以通过吸入暴露渗透到血液循环系统，与人类的呼吸系统及心血管疾病的发病率和死亡率有着强烈的相关性。因此高效脱除超细颗粒物具有非常重要的环境和健康价值。
团聚技术作为目前去除UFPs的主要技术手段，包括电团聚、声团聚、磁团聚、热团聚、湍流边界层团聚、光团聚和化学团聚等。但是，除电团聚和化学团聚，其他团聚方式均处于理论阶段，而电团聚和化学团聚设备体积大，占地面积多，系统复杂，投资大，而且对设备的制造、安装质量及维护保养要求较高。所以，以吸附过滤方式脱除UFPs成为环境领域研究的热点和焦点。过滤法脱除UFPs主要有纤维过滤方式及颗粒床过滤方式两种，颗粒床过滤较纤维过滤更加耐高温高压、耐腐蚀，效果更佳。介孔材料具有其他材料不具有的梯级孔径，有着极高的比表面积和特殊的表面形态。合适的孔径允许UFPs通过布朗扩散进入孔道内部，同时结构中具有金属离子的介孔材料还可以通过表面静电吸附作用和拦截作用将UFPs截留，多重机制下的去除效果使介孔材料成为现阶段最有发展前景的UFPs脱除材料之一。
因此，在流体中高效脱除超细颗粒物具有良好的社会价值和市场应用前景，因而开发出一种在常温条件下，对正面风速适应性较强且简单易行的高效脱除超细颗粒物的技术具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种超细颗粒物的吸附方法，该方法通过LiCl的离子交换液将LSX型分子筛原粉进行离子交换改性，改性LSX型分子筛平铺于圆筒形过滤器内的筛网上作为过滤介质。少量该过滤介质在室温条件下，于较大正面风速范围内，对超细颗粒物具有极高的脱除效率。
该方法具体步骤如下：
(1)配制离子交换所需溶液；
(2)将LSX型分子筛原粉置于步骤(1)得到的溶液中进行离子交换改性；
(3)将步骤(2)中得到的改性LSX型分子筛反复清洗至无残留离子后低温干燥并研磨成粉，制得脱除超细颗粒物的改性LSX型分子筛样品；
(4)取多层筛网，嵌入圆筒形过滤器中央与筛网相应大小的凹槽中，保证过滤器密封性良好；
(5)取适量步骤(3)制得的改性LSX型分子筛作为过滤介质，平铺于步骤(4)中过滤器的筛网上，保证LSX型分子筛铺满整个筛网，取石英棉轻压在过滤介质上方至过滤器倒置时过滤介质不渗出；
(6)将步骤(5)中的过滤器置于超细颗粒物生成系统后测试脱除效率。
其中，步骤(1)中离子交换所需溶液的配制方法为称取LiCl，加去离子水配制成为0.5-4mol/L的离子交换液，其中优选为浓度为2mol/L以上的LiCl溶液。
步骤(2)中离子交换改性所用的离子交换液体积为30-200mL，所用LSX型分子筛原粉质量为1g，改性温度为50-100℃，搅拌速率为500rpm，改性时间长度为48-168h，其中优选为离子交换液体积50-150mL，改性时间96-168h。更优选为离子交换液体积50-100mL，改性时间120-168h。
步骤(3)中低温干燥在120℃下进行，将干燥并研磨后的改性LSX型分子筛过筛，保留400目-300目的改性LSX型分子筛粉末作为改性LSX型分子筛样品。
步骤(4)中多层筛网层数为2-3层，筛网目数为400目或500目或400目和500目两种目数筛网混合使用。
步骤(5)中称取改性LSX型分子筛作为过滤介质的质量为50-300mg，其中优选为100-150mg。
步骤(6)中超细颗粒物生成系统中通过过滤器的正面风速为5.88-23.59cm/s，流体中超细颗粒物浓度为1×105-6×105个/cm3，测试时间为120h。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，制备及吸附过滤工艺简单，负载物成本低，便于制备和推广；该样品在室温下对超细颗粒物的脱除效率极高，材料用量少，适用于室内超细颗粒物的净化脱除。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种超细颗粒物的吸附方法，该方法包括步骤如下：
(1)配制离子交换所需溶液；
(2)将LSX型分子筛原粉置于步骤(1)得到的溶液中进行离子交换改性；
(3)将步骤(2)中得到的改性LSX型分子筛反复清洗至无残留离子后低温干燥并研磨成粉，制得脱除超细颗粒物的改性LSX型分子筛样品；
(4)取多层筛网，嵌入圆筒形过滤器中央与筛网相应大小的凹槽中，保证过滤器密封性良好；
(5)取适量步骤(3)制得的改性LSX型分子筛作为过滤介质，平铺于步骤(4)中过滤器的筛网上，保证LSX型分子筛铺满整个筛网，取石英棉轻压在过滤介质上方至过滤器倒置时过滤介质不渗出；
(6)将步骤(5)中的过滤器置于超细颗粒物生成系统后测试脱除效率。
下面结合具体实施例予以说明。
实施例1
将LSX型分子筛原粉置于体积为50mL的2mol/L的LiCl溶液中，离子交换温度设为60℃，搅拌速率设为500rpm，离子交换时间为120h。将离子交换完成后的样品抽滤洗涤至无残留离子存在后，置于真空干燥箱干燥。将干燥后样品研磨过筛(400-300目)后，取150mg样品置于圆筒形过滤器中部的一层400目和一层500目筛网上，同时保证铺满整个筛网，取石英棉轻压在过滤介质上方至其倒置时不渗出。
将过滤器置于初始超细颗粒浓度为1×105个/cm3的颗粒生成装置之后，测试正面风速为5.88cm/s条件下120h后过滤介质对超细颗粒物的脱除效率。测得脱除效率最高时可高达98.58％，且整个过程无因压力过大导致的管路解体现象发生，出气口下游管壁几乎无粉末附着。
实施例2：
其他条件与实施例1相同，不同之处在离子交换液体浓度为0.5mol/L，离子交换液体体积为30mL，离子交换时间为48h；其他条件以及测试条件与1相同，所述样品测得的脱除效率最高时可达95.66％，且整个过程无因压力过大导致的管路解体现象发生，出气口下游管壁几乎无粉末附着。与实施例1相比较差。
实施例3：
其他条件与实施例1相同，不同之处在离子交换液体浓度为0.5mol/L，离子交换时间为168h，取改性后样品质量50mg；其他条件以及测试条件与1相同，所述样品测得的脱除效率最高时可达90.24％，且整个过程无因压力过大导致的管路解体现象发生，出气口下游管壁几乎无粉末附着。与实施例1相比较差。
实施例4：
其他条件与实施例1相同，不同之处在离子交换液体浓度为0.5mol/L，离子交换液体体积为200mL，取改性后样品质量300mg；其他条件以及测试条件与1相同，所述样品测得的脱除效率最高时可达98.54％，且整个过程无因压力过大导致的管路解体现象发生，出气口下游管壁几乎无粉末附着。与实施例1相当。
实施例5：
其他条件与实施例1相同，不同之处在离子交换液体体积为30mL，离子交换时间为168h，取改性后样品300mg；其他条件以及测试条件与1相同，所述样品测得的脱除效率最高时可达98.74％，且整个过程无因压力过大导致的管路解体现象发生，出气口下游管壁几乎无粉末附着。与实施例1相当。
实施例6：
其他条件与实施例1相同，不同之处在离子交换液体体积为200mL，离子交换时间为48h，取改性后样品50mg；其他条件以及测试条件与1相同，所述样品测得的脱除效率最高时可达91.35％，且整个过程无因压力过大导致的管路解体现象发生，出气口下游管壁几乎无粉末附着。与实施例1相比较差。
实施例7：
其他条件与实施例1相同，不同之处在离子交换液体浓度为4mol/L，离子交换液体体积为30mL，取改性后样品质量50mg；其他条件以及测试条件与1相同，所述样品测得的脱除效率最高时可达90.28％，且整个过程无因压力过大导致的管路解体现象发生，出气口下游管壁几乎无粉末附着。与实施例1相比较差。
实施例8：
其他条件与实施例1相同，不同之处在离子交换液体浓度为4mol/L，离子交换时间为48h，取改性后样品300mg；其他条件以及测试条件与1相同，所述样品测得的脱除效率最高时可达94.36％，且整个过程无因压力过大导致的管路解体现象发生，出气口下游管壁几乎无粉末附着。与实施例1相比较差。
实施例9：
其他条件与实施例1相同，不同之处在离子交换液体浓度为4mol/L，离子交换液体体积为200mL，离子交换时间为168h；其他条件以及测试条件与1相同，所述样品测得的脱除效率最高时可达98.50％，且整个过程无因压力过大导致的管路解体现象发生，出气口下游管壁几乎无粉末附着。与实施例1相当。
实施例10：
其他条件与实施例1相同，不同之处在取3层500目筛网；其他条件以及测试条件与1相同，所述样品测得的脱除效率最高时可达98.80％，但整个过程有因压力过大导致的管路解体现象发生，出气口下游管壁几乎无粉末附着。与实施例1相比较差。
实施例11：
其他条件与实施例1相同，不同之处在取2层400目筛网；其他条件以及测试条件与1相同，所述样品测得的脱除效率最高时可达98.16％，且整个过程无因压力过大导致的管路解体现象发生，但出气口下游管壁有粉末附着。与实施例1相比较差。
实施例12：
其他条件与实施例1相同，不同之处在测试条件中正面风速为23.59cm/s，所述样品测得的脱除效率最高时可达95.34％，且整个过程无因压力过大导致的管路解体现象发生，出气口下游管壁几乎无粉末附着。
实施例12：
其他条件与实施例1相同，不同之处在测试条件中初始超细颗粒物浓度为6×105个/cm3，所述样品测得的脱除效率最高时可达94.81％，且整个过程无因压力过大导致的管路解体现象发生，出气口下游管壁几乎无粉末附着。
对比例1：
其他条件与实施例1相同，不同之处在选用未改性的LSX型分子筛作为过滤介质；其他条件以及测试条件与1相同，所述样品测得的脱除效率最高时可达93.27％，且整个过程无因压力过大导致的管路解体现象发生，出气口下游管壁几乎无粉末附着。与实施例1相比较差。
通过实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6、实施例7、实施例8、实施例9的比较并结合经济角度分析可见，离子交换液体浓度2mol/L、体积50mL、离子交换时间120h、取改性后样品150mg为最佳。由实施例1、实施例10、实施例11的比较可知，两层400目与500目筛网混用较佳。由实施例1、实施例12、实施例13的比较可知，过滤介质适应风速、超细颗粒物初始浓度在较大范围变化，吸附过滤效率仍在94％以上。由实施例1与对比例1的比较可见，对LSX型分子筛改性后对其性能有较大的改善。
综上所述，本发明中的吸附过滤技术具有优异的脱除超细颗粒物性能。试样制备及过滤过程简单，材料用量较少，具有很好的应用前景。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种超细颗粒物的吸附方法，其特征在于：包括步骤如下：
(1)配制离子交换所需溶液；
(2)将LSX型分子筛原粉置于步骤(1)得到的溶液中进行离子交换改性；
(3)将步骤(2)中得到的改性LSX型分子筛反复清洗至无残留离子后低温干燥并研磨成粉，制得脱除超细颗粒物的改性LSX型分子筛样品；
(4)取多层筛网，嵌入圆筒形过滤器中央与筛网相应大小的凹槽中，保证过滤器密封性良好；
(5)取适量步骤(3)制得的改性LSX型分子筛作为过滤介质，平铺于步骤(4)中过滤器的筛网上，保证LSX型分子筛铺满整个筛网，取石英棉轻压在过滤介质上方至过滤器倒置时过滤介质不渗出；
(6)将步骤(5)中的过滤器置于超细颗粒物生成系统后测试脱除效率；
所述步骤(2)中离子交换改性所用的离子交换液体积为30-200mL，改性温度为50-100℃，搅拌速率为500rpm，改性时间长度为48-168h；
所述步骤(3)中低温干燥在120℃下进行，将干燥并研磨后的改性LSX型分子筛过筛，保留400目-300目的改性LSX型分子筛粉末作为改性LSX型分子筛样品；
所述步骤(6)中超细颗粒物生成系统中通过过滤器的正面风速为5.88-23.59cm/s，流体中超细颗粒物浓度为1×105-6×105个/cm3，测试时间为120h；
所述步骤(1)中离子交换所需溶液的配制方法为称取LiCl，加去离子水配制成为0.5-4mol/L的离子交换液；
所述步骤(4)中多层筛网层数为2-3层，筛网目数为400目或500目或400目和500目两种目数筛网混合使用。
2.根据权利要求1所述的超细颗粒物的吸附方法，其特征在于：所述步骤(5)中称取改性LSX型分子筛作为过滤介质的质量为50-300mg。
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