基于硅藻土的粉狀過濾材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及過濾材料的制備
【背景技術(shù)】
[0002] 甲醛的分子式為HCH0,分子量為30. 03,是最簡(jiǎn)單的醛類，通常情況下是一種可 燃、無色及有刺激性的氣體。甲醛是一種重要的有機(jī)原料，主要用于塑料工業(yè)（如制酚醛樹 月旨、脲醛塑料）、合成纖維（如合成維尼綸聚乙烯醇縮甲醛）、皮革工業(yè)、醫(yī)藥、染料等。然而， 甲醛具有明顯的毒性。人吸入 6〇~120mg/m3,發(fā)生支氣管炎、肺部嚴(yán)重?fù)p害；人吸入12~ 24mg/m3,鼻、咽粘膜嚴(yán)重灼傷、流淚、咳嗽；人經(jīng)口 10~20ml，致死。人吸入20~70mg/m3長(zhǎng) 時(shí)間，食欲喪失、體重減輕、無力、頭痛、失眠；人吸入12mg/m 3長(zhǎng)期接觸，嗜睡、無力、頭痛、手 指震顫、視力減退。哺乳動(dòng)物體細(xì)胞突變：人淋巴細(xì)胞130 ymol/L ;而且還可能對(duì)生殖系統(tǒng) 產(chǎn)生不良影響，并且可能導(dǎo)致癌癥。據(jù)報(bào)道，甲醛對(duì)眼睛、呼吸道及皮膚有強(qiáng)烈刺激性。接 觸甲醛蒸氣引起結(jié)膜炎、角膜炎、鼻炎或支氣管炎，由此可能引起喉痙攣、聲門水腫、肺炎、 肺水腫。另外，甲醛對(duì)皮膚有原發(fā)性刺激和致敏作用。可致皮炎。濃溶液可引起皮膚凝固 性壞死。口服灼傷口腔和消化道，可發(fā)生胃腸道穿孔、休克和肝腎損害。長(zhǎng)期接觸低濃度甲 醛可有輕度眼及上呼吸道刺激癥狀、皮膚干燥、皸裂。
[0003] 室內(nèi)環(huán)境中甲醛主要來自于家具和織物、木制品填料、建筑來源、清潔劑、化妝品 和個(gè)人用品等，其中主要是人造板材。根據(jù)GB/T18883-2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，空氣中 的甲醛含量應(yīng)彡〇. l〇mg/m3,而目前室內(nèi)空氣中甲醛含量很多均超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，因此給人們 的健康帶來了非常嚴(yán)重的威脅。
[0004] 硅藻土是一種生物成因的硅質(zhì)沉積巖，是海洋或湖泊中生長(zhǎng)的硅藻類的殘骸在水 底沉積，經(jīng)自然環(huán)境作用而逐漸形成的一種非金屬礦物。硅藻土主要分布在中國(guó)、美國(guó)、丹 麥、法國(guó)、羅馬尼亞等國(guó)。是一種生物成因的硅質(zhì)沉積巖，它主要由古代硅藻的遺骸所組成。 我國(guó)硅藻土儲(chǔ)量3. 2億噸，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量達(dá)20多億噸，主要集中在華東及東北地區(qū)，其中規(guī)模較 大，儲(chǔ)量較多的有吉林（54.8% )、浙江、云南、山東、四川等省。
[0005] 娃藻土的密度I.9-2.3g/cm3,堆密度0?34-0. 65g/cm3,比表面積40_65m/g，孔體積 0. 45-0.98m，吸水率是自身體積的2-4倍，熔點(diǎn)1650C-1750°C，在電子顯微鏡下可以觀察到 特殊多孔的構(gòu)造。硅藻土具有一定的化學(xué)活性，同時(shí)因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征，使得硅藻土具有 細(xì)膩、松散、質(zhì)輕、多孔、吸水性和滲透性強(qiáng)的物性。
[0006] 基于硅藻土的材料有很多，但是仍存在很多亟待解決的問題。從產(chǎn)品的功能效果 上看，由于過于強(qiáng)調(diào)和依賴硅藻土單一的性能，雖大量采用硅藻土，但沒有吸附分解甲醛、 有害氣味效果并不明顯。有的還大量復(fù)配高嶺土、云母類的礦物粉，其實(shí)硅藻土的伴生礦中 就含有大量的高嶺石及云母粘土礦，造成材料浪費(fèi)的同時(shí)還顯著增加了制造成本。
[0007] 以上這些產(chǎn)品存在著不容忽視的缺點(diǎn)。例如硅藻土本身不具備膠凝性，如果為了 提高其粘結(jié)性及強(qiáng)度，采用諸如水泥等增強(qiáng)材料進(jìn)行復(fù)合，導(dǎo)致硅藻土不但無法循環(huán)使用， 而且限制了硅藻土的吸附功能，最直接的效果就是吸附性能下降。有的使用樹脂類粘結(jié)劑， 堵塞了硅藻土的微小細(xì)孔，造成分解甲醛能力下降。
[0008] 鑒于甲醛的重要性和危害性以及硅藻土作為過濾材料的功能不足的問題，有必要 提供能夠充分挖掘硅藻土的過濾性能尤其是吸濾甲醛功能的材料和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為了解決硅藻土作為過濾材料使用過程中存在的上述一種或者多種問題，本發(fā)明 提供了一種用于制備基于硅藻土的粉狀過濾材料的方法、由該方法制得的基于硅藻土的粉 狀過濾材料以及該材料在空氣過濾尤其是甲醛吸濾中的應(yīng)用。
[0010] 本發(fā)明在第一方面提供了一種用于制備基于硅藻土的粉狀過濾材料的方法，其特 征在于，所述方法包括如下步驟：
[0011] (1)獲得硅藻土粉末；
[0012] (2)將所述硅藻土粉末與一元堿水溶液蒸煮，獲得硅藻土蒸煮液；
[0013] (3)將所述硅藻土蒸煮液過濾，獲得硅藻土蒸煮濾液；
[0014] (4)向所述硅藻土蒸煮濾液添加甘油并攪拌均勻，得到第一混合物；
[0015] (5)向所述第一混合物中添加聚乙烯吡咯烷酮并攪拌均勻，得到第二混合物；
[0016] (6)向所述第二混合物中添加乙醇并攪拌均勻，得到第三混合物；
[0017] (7)將所述第三混合物的pH調(diào)節(jié)至pH 5至6,然后在室溫靜置至膠凝，得到第一 娃藻土凝膠；
[0018](8)將所述第一硅藻土凝膠浸泡在乙醇中12小時(shí)至18小時(shí)，得到第二硅藻土凝 膠；
[0019] (9)將所述第二硅藻土凝膠進(jìn)行超臨界干燥，得到所述基于硅藻土的粉狀過濾材 料。
[0020] 本發(fā)明在第二方面提供了由本發(fā)明第一方面所述的方法制得的基于硅藻土的粉 狀過濾材料。
[0021] 本發(fā)明在第三方面提供了本發(fā)明第一或第二方面所述的基于硅藻土的粉狀過濾 材料在空氣過濾中的應(yīng)用，尤其在甲醛吸濾中的應(yīng)用。
[0022] 本發(fā)明方法制得的基于硅藻土的粉狀過濾材料具有具有輕質(zhì)、高效空氣過濾尤其 是甲醛吸濾的能力，可以用于室內(nèi)空氣過濾，例如可以制造成濾芯放到空調(diào)機(jī)的風(fēng)道中。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下文將通過提供一些具體的實(shí)施方式以舉例方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的描述。但 是本申請(qǐng)請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案不限于這些具體的實(shí)施方式。
[0024] 本發(fā)明在第一方面提供了一種用于制備基于硅藻土的粉狀過濾材料的方法，其特 征在于，所述方法包括如下步驟：
[0025] (1)獲得硅藻土粉末；
[0026] (2)將所述硅藻土粉末與一元堿水溶液蒸煮例如4至6小時(shí)，例如為4、5或6小時(shí)， 獲得硅藻土蒸煮液；如果蒸煮時(shí)間過長(zhǎng)，一是導(dǎo)致耗時(shí)過多，而是導(dǎo)致繼發(fā)性凝聚；如果蒸 煮時(shí)間過短，浸出不足；
[0027] (3)將所述硅藻土蒸煮液過濾，獲得硅藻土蒸煮濾液；
[0028] (4)向所述硅藻土蒸煮濾液添加甘油并攪拌均勾，得到第一混合物；
[0029] (5)向所述第一混合物中添加聚乙烯吡咯烷酮并攪拌均勻，得到第二混合物；
[0030] (6)向所述第二混合物中添加乙醇并攪拌均勻，得到第三混合物；
[0031] (7)將所述第三混合物的pH調(diào)節(jié)至pH 5至6,然后在室溫靜置至膠凝，得到第一 硅藻土凝膠；本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果pH過低或者過高，都會(huì)出現(xiàn)凝聚沉降現(xiàn)象；
[0032] (8)將所述第一硅藻土凝膠浸泡在乙醇中12小時(shí)至18小時(shí)，得到第二硅藻土凝 膠；如果浸泡時(shí)間過短，得到的第二硅藻土凝膠老化不足，如果浸泡時(shí)間過長(zhǎng)，在延長(zhǎng)制備 過長(zhǎng)的同時(shí)還導(dǎo)致第二硅藻土凝膠的收縮；
[0033] (9)將所述第二硅藻土凝膠進(jìn)行超臨界干燥，得到所述基于硅藻土的粉狀過濾材 料。
[0034] 在一些實(shí)施方式中，所述硅藻土粉末優(yōu)選具有20微米至100微米的粒徑，例如為 20、30、40、50、60、70、80、90或100微米，進(jìn)一步優(yōu)選的是具有50微米至80微米的粒徑。粒 徑過低，會(huì)導(dǎo)致硅藻土原有的微孔結(jié)構(gòu)的破壞；粒徑過高，顯著降低了浸出速度和效率。
[0035] 在一些實(shí)施方式中，以所述硅藻土粉末的重量計(jì)，所述堿液的用量?jī)?yōu)選為50克/ 摩爾至150克/摩爾，例如為50、60、70、80、90、100、120或150克/摩爾；更優(yōu)選的是，所述 堿液的用量?jī)?yōu)選為80克/摩爾至120克/摩爾。在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述一元堿水 溶液為氫氧化鈉或強(qiáng)氧化鉀，特別優(yōu)選的是氫氧化鈉。
[0036] 在一些實(shí)施方式中，步驟（2)中的蒸煮溫度為80°C至90°C，例如為80°C、85°C或 90°C。如果蒸煮溫度過高，會(huì)導(dǎo)致濾液顏色過深。
[0037] 在一些實(shí)施方式中，以所述娃藻土蒸煮濾液的體積計(jì)，所述甘油的用量為5體 積％至10體積％，例如為5、6、7、8、9或10體積％。如果甘油的用量過低，導(dǎo)致最后制得的 粉末材料微孔結(jié)構(gòu)分布不均勻