改性海泡石对甲醛的吸附研究

题目改性海泡石对甲醛的吸附研究目录TOC\o"1-3"\h\u3458第一章绪论 绪论挥发性有机物污染挥发性有机物(VOCs)是[[]生态环境部.关于印发《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》的通知［EB/OL］．(2017－09－14)［2019－03－16］http://www.shouxian.gov.cn/openness/detail/content/5abc89a268b750981be1f5bc.html.[]生态环境部.关于印发《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》的通知［EB/OL］．(2017－09－14)［2019－03－16］http://www.shouxian.gov.cn/openness/detail/content/5abc89a268b750981be1f5bc.html.挥发性有机物的来源挥发性有机物来源[[]熊海瑶,阮大胜.空气中挥发性有机物的污染来源及防治措施分析[J].科技经济导刊,2019,27(25):115.][]熊海瑶,阮大胜.空气中挥发性有机物的污染来源及防治措施分析[J].科技经济导刊,2019,27(25):115.对人体造成的伤害的甲醛在人类的生命活动中随处可见,包括纺织品、快餐、软装家具、轿车等等。甲醛空气污染已经包围了人类生活中的衣食住行，在冬天的室内密闭空气中,甲醛对人体的危害大大提高,甲醛的主要来源有以下四种:室内各种装饰装修板材造板材如胶合板、纤维板、刨花板在加工过程中，需加入大量以甲醛为主要成分的脲醛树脂作为黏合剂，并涂刷油漆，是室内空气中甲醛、苯、苯系物等污染物的重要来源。各类材质的家具胶水板材在各类的家具中广泛使用，因此家具也成为空气污染的来源之一。在一些毛绒、化纤地毯、窗帘、软床沙发、茶几和鞋柜等家具中，因家具本身的材料差异，从制作到出厂销售的制造周期较短，放置在家中就会产生甲醛空气污染，而且家具的空气污染持续周期比较长，难以有效控制。日化用品在平日生活中，人类活动都会用到日化用品，如化妆品、洗涤用品、芳香剂等，含甲醛、乙醛、甲基醚、乙基醚、丙烯基乙二醇、乙醇等之类的空气污染物，对人体的损害也是无处不在。壁纸和墙漆壁纸，尤其是聚氯乙烯(PVC)胶面壁纸，不仅会含有氯乙烯、铅、镉、铬等重金属，还产生挥发性有机污染物；墙漆可分为水性、油性和干粉型，墙漆的使用也会产生一定的室内污染。挥发性有机物的危害挥发性有机物的种类繁多，有着复杂的成分，是一类至少含有一个氢原子和碳原子的化合物，大多数易挥发，有刺激性气味，还有渗透性、脂溶性等特点，在他们其中还有一些会致畸形、致癌变和突变性毒性等严重后果。人们通过呼吸、误食、皮肤接触等方式接触挥发性有机物,从而导致头痛、恶心、神志不清和间接性抽搐等症状,甚至还会对人体的肝、肾脏和神经系统造成危害,且随着挥发性有机物的浓度增加症状越明显。在人的一生中，比较常见的是甲醛的主要危害是对皮肤和粘膜有刺激作用来完成。当在甲醛达到一定浓度室内，人就会有不适感，常见的红眼睛，眼睛发痒，咽喉不适或疼痛，声音嘶哑，打喷嚏，胸闷，气喘的现象，皮炎的产生很大可能的原因是甲醛的浓度过量。引起众多疾病的主要诱因是因为新装修的房间甲醛含量较高,室内的软装家具等都可能长期伴有挥发性有机物的危害,严重的空气污染可增加患有癌症的风险。挥发性有机物污染的现状挥发性有机物的来源很广泛，就目前形势来看，室外的挥发性有机物污染主要来源于化工产业的排放、汽车尾气等；室内的挥发性有机物污染主要来源于新居的装修装饰及涂料等以及吸烟人群在吸烟时造成的烟草燃烧等。针对室内甲醛空气污染主要来源于室内的板材及涂料，已然成为人类健康的隐形杀手，甲醛污染现状有以下四点显著的特征：国内的甲醛污染比国外严重世界各国都是比较重视甲醛空气污染的，在室内装修装饰中人造板材成为甲醛一大来源，因此各国都对板材甲醛的释放限量有着严格的限量规定。由于国家的标准不同，所以根据查阅的资料，表1-1是我国与欧盟、日本国家对室内甲醛的释放量的一个对比。表1-1中、欧、日室内用板材的甲醛释放量标准对比中国欧盟日本等级标准E0≤0.5mg/L,E1≤1.5mg/L,E2≤5mg/LE1≤0.124mg/m3F4<0.3mg/L；F3<0.5mg/L标准来源GB18580-2001《室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放限量》[[]GB18580-2001《室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放限量》[]GB18580-2001《室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放限量》EN13986《建筑用人造板性能、合格评定和标志》2007《日本建筑基准法》备注E级是国际上界定甲醛释放限量的等级标志。日本用F星级标志。根据这个表格对比我们不难发现日本对于室内板材甲醛的释放量的要求最为严格，我国对于室内甲醛释放量的安全标准要求较低，我国对于甲醛释放量的安全值与板材质量的把控要求较低，也是造成室内甲醛空气污染对人体健康造成严重危害的重要原因。甲醛污染在儿童房中普遍较高家庭中对于儿童房的装修比较复杂繁琐，使用的板材比较多，空间相对狭小使空气污染物难以扩散。每年有大量的幼儿因空气污染而致死亡，其中大多数幼儿的死亡与装修污染有关，据调查有85%的白血病患儿都在新装修的室内生活过。甲醛检测超标率高对于装修近半年的室内的甲醛进行检测，在被检测的样品，绝大部分的甲醛浓度超标率很高，在95％的新装修的室内甲醛均已超标，在家庭生活中，人能大部分时间都生活在甲醛超标60％的空气污染中，而且有的检测样本中的甲醛超标最高达到100倍。不光在刚装修好的室内甲醛浓度超标，在小轿车中的样品检测甲醛浓度也超标，新的轿车内空气流通较低，车内的空气污染比室内更加严重。毒害性大、降低生活幸福感在国内因为甲醛污染问题从而导致的疾病以及甲醛污染而增加的患癌几率有显著地上升,尤其是孕妇、老翁和幼儿,在新装修的室内生活孕妇的致畸性率显著增高,老翁患癌的风险加大,幼儿也有很大几率患白血病。据统计,每年都有急性中毒事件是由有毒的建筑和装修装饰材料所引发的,中毒人数高达12万人。这些让人震惊的数据提醒我们甲醛空气污染防治刻不容缓,“空气质量直接关系群众幸福感”是[[]生态环境部发布《中国空气质量改善报告（2013-2018年）》][]生态环境部发布《中国空气质量改善报告（2013-2018年）》综上所述,在我国目前甲醛污染的现状令人担忧,危害性大、来源广、释放时间长、超标率高等都是甲醛污染的特点,并且甲醛的释放量与室内温度、相对湿度、室内建材和室内换气等因素都有关系。挥发性有机物污染根据国内外的文献综述以及调查研究，对于挥发性有机物的防治措施有以下措施。吸附法吸附法对于吸收挥发性有机物应用较为广泛，因为吸附法的可行性高、操作便利、吸附效果强、净化效率高等特点。孙慧等[[]孙慧.丝光沸石分子筛的合成及其吸附VOCs性能的研究[D].苏州科技大学,2017.]采用浸渍法，聚乙二醇400作表面活性剂制得的蜂窝型丝光沸石分子筛对甲苯的去除率高达100%；陈玉莲等[[]陈玉莲.活性炭的改性及其对甲苯和丙酮的吸附性能研究[D].华东理工大学,2015[]孙慧.丝光沸石分子筛的合成及其吸附VOCs性能的研究[D].苏州科技大学,2017.[]陈玉莲.活性炭的改性及其对甲苯和丙酮的吸附性能研究[D].华东理工大学,2015光催化法利用光催化剂与挥发性有机物接触，经过氧化反应从而产生没有污染的H2O、CO2等物质，达到降解治理的目的。常见的光催化剂有TiO2、WO3、Fe2O3、ZnO等，光催化法对于挥发性有机物的降解有显著的效果，其操作要求与操作成本较高。在处理醛类挥发性有机污染物时，通过在常温常压下可见光进行照射，使用光催化剂降解空气中的甲醛，降解率高达98.5％。Zhu等[[]ZhenZhu,Ren-JangWu.ThedegradationofformaldehydeusingaPt@TiO2nanoparticlesinpresenceofvisiblelightirradiationatroomtemperature[J].JournaloftheTaiwanInstituteofChemicalEngineers,2015,50.]采用沉积贵金属Pt制得Pt@TiO2纳米光催化剂，可见光下可降解98.3%的甲醛，重复使用，降解能力无显著变化。Wang等[[]WangL，XuX，WuS，etal．Nonstoichiometrictungstenoxideresidesin3Dnitrogendopedcarbonmatrix，acompositephotocata-lystforoxygenvacancyinducedVOCsdegradationandH2produc-tion［J］．CatalysisScience＆Technology，2018，8:1366－1374．[]ZhenZhu,Ren-JangWu.ThedegradationofformaldehydeusingaPt@TiO2nanoparticlesinpresenceofvisiblelightirradiationatroomtemperature[J].JournaloftheTaiwanInstituteofChemicalEngineers,2015,50.[]WangL，XuX，WuS，etal．Nonstoichiometrictungstenoxideresidesin3Dnitrogendopedcarbonmatrix，acompositephotocata-lystforoxygenvacancyinducedVOCsdegradationandH2produc-tion［J］．CatalysisScience＆Technology，2018，8:1366－1374．生物法生物处理技术主要分为生物过滤法、生物滴滤法和生物洗涤法，概况如表1-2所示。表1-2三种生物法处理挥发性有机物概况名称生物过滤池生物滴滤塔生物洗涤塔原理废气从底部进入，被填料表面的微生物降解顶部喷洒无机营养液，VOCs从底部向上而被微生物菌种降解废气从底部进入向上扩散进入液相，被带入生物反应器降解填料有机填料，如堆肥、泥炭、沙土等天然惰性填料或合成填料，如陶瓷、硅藻土、聚氨酯、泡沫等多孔、比表面积大的惰性材料优点设备简单易操作，投资和运行成本低，低压降中等投资，运行费用低，能处理酸性VOCs废气过程易控制，整体操作较为稳定，中等投资缺点填料湿度、PH值难控制，床层易堵塞操作要求高，易产生废水等二次污染设备复杂，运行费用昂贵适用范围亨利系数小于1的VOCs亨利系数小0.1的VOCs及恶臭物质亨利系数小于0.01的易溶性VOCs及恶臭物质去除率％90～9590～9960～98挥发性有机物生物净化法是通过吸附在过滤介质中生存的微生物，把空气污染物作为碳源进行分解，提供微生物的生存能源，高效的将挥发性有机污染物分解为H2O和CO2的方法。付妍等[[]付妍,胡清源,温暖家,史帅,王灿.石化行业恶臭废气生物净化装置的设计与运行[J].给水排水,2016,52(01):75-78.]研究发现，生物过滤塔压降低至0.45kPa/m条件下，含二氯甲烷的总挥发性有机物(TVOC)净化率达90%以上。苏俊朋等[[]苏俊朋,杜青平,李彦旭,刘涛,李嘉懿,韩浩,许燕滨,张国庆.鼠李糖脂强化生物滴滤塔去除乙苯废气效能及菌群结构研究[J].环境科学学报,2018,38(09):3514-3521.[]付妍,胡清源,温暖家,史帅,王灿.石化行业恶臭废气生物净化装置的设计与运行[J].给水排水,2016,52(01):75-78.[]苏俊朋,杜青平,李彦旭,刘涛,李嘉懿,韩浩,许燕滨,张国庆.鼠李糖脂强化生物滴滤塔去除乙苯废气效能及菌群结构研究[J].环境科学学报,2018,38(09):3514-3521.虽然这种方法高效便捷，但目前只适用于低浓度的挥发性有机物气体污染，对于高浓度的治理方法还需要进一步的探索，生物法处理挥发性有机物还有一些问题需要斟酌，比如填料的大小、间隙和比表面积等影不影响反应器内的生物量，这些都是需要研究解决的问题。对于本文所研究的甲醛空气污染除了上述的一些方法外，因为甲醛是一种易挥发的气体，所以还可以通过通风换气法来对甲醛浓度进行稀释。这种方法虽然简单快捷，但有一定的局限性，适用于低浓度的甲醛污染的场所，短时间内可大大降低室内甲醛的污染，由于室内甲醛是缓慢持续释放的，所以此方法是暂时性的，不能直接有效的治理室内甲醛污染。还有一种美观并且较为有效的方法是绿植净化法，根据研究表明，有些绿植的新陈代谢可净化甲醛空气污染。新装修的室内经常会摆放吊兰、绿萝等绿色植物，这些绿植不仅可以起到美化装饰的效果，还可以有效的吸附甲醛净化空气。海泡石材料海泡石是富含镁的粘土矿物的天然纤维状硅酸盐[[]肖洪涛.氨基改性海泡石的制备及其对Ni~(2+)的吸附性能研究[D].广东工业大学,2018.][]肖洪涛.氨基改性海泡石的制备及其对Ni~(2+)的吸附性能研究[D].广东工业大学,2018.海泡石的结构与性能海泡石[[]郭添伟,夏光华,占俐琳,成贵华.改性海泡石处理含铬工业废水的试验研究[J].陶瓷学报,2003(04):215-218.]是一种含水镁硅酸盐黏土矿物，分子式为Mg8(Si12O30)(OH)4·12H2O，[]郭添伟,夏光华,占俐琳,成贵华.改性海泡石处理含铬工业废水的试验研究[J].陶瓷学报,2003(04):215-218.图1-1海泡石结构示意图海泡石由于其特殊的结构，其内部有较多的细微孔道和广泛的孔径分布，使得海泡石具有统一的孔径、较高的比表面积、优异的离子交换能力,是其吸附性能好的原因,是一种潜在的优质吸附剂。天然海泡石[[13]翟学良,刘辉,周相廷,海泡石的组成对离子交换作用的影响,矿产综合利用,199815-18.]一般铝原子会把部分硅氧四面体硅原子中心或镁氧八面体镁原子中心取代，海泡石根据成因不同分为两种类型的海泡石：一种是α-型海泡石，其MgO和SiO2含量高，而Al2O3含量低，为富镁海泡石；另一种为β-型海泡石，其Al2O3含量高，而MgO和SiO2含量低，为富铝海泡石；Al3+取代Si4+成为四面体中心，使得海泡石内部存在负电荷位，可以吸附阳离子，让海泡石具有了一定的离子交换能力，这样的特点使得海泡石具有吸附性，然而天然海泡石矿品位低，杂质含量较高，且表面酸性弱、通道小、热稳定性不好及表面酸性弱，这些弱点限制了海泡石的应用。因此必须预先经过提纯、超细加工、改性等一系列处理，进一步改善其优良性能。[13]翟学良,刘辉,周相廷,海泡石的组成对离子交换作用的影响,矿产综合利用,199815-18.海泡石的预处理海泡石因价格低廉、储量丰富已被广泛的应用于工业、农业、水污染、空气污染等方面。由于国内的天然的海泡石品位普遍较低，伴随着大量方解石、滑石、石英石等其他矿石，因此想要更为广泛的应用海泡石这种天然矿石，把资源合理高效化应用，使海泡石可以更好地投入环境治理和修复中，则需要对其进行提纯及改性[[][]ZhouF,YanC,ZhangY,etal.PurificationanddefiberingofaChinesesepiolite[J].AppliedClayScience,2016,124-125:119-126.由于天然海泡石的一些缺点，很少会把海泡石直接投入应用，要想应用海泡石的优良特性，必须要对其进行改性[[]刘玉芬,蒋名乐,锜华,罗志刚,柳艳.酸、热联合改性海泡石处理多金属废水[J].广州化工,2011,39(21):137-139.]；现在有焙烧法、酸活化法、水热处理法、离子交换法、有机改性、复合改性等方法对海泡石进行活化改性[[]刘玉芬,蒋名乐,锜华,罗志刚,柳艳.酸、热联合改性海泡石处理多金属废水[J].广州化工,2011,39(21):137-139.[]顾继光,林秋奇,胡韧,诸葛玉平,周启星.土壤—植物系统中重金属污染的治理途径及其研究展望[J].土壤通报,2005(01):128-133.焙烧法焙烧法是通过高温烘焙对海泡石孔径内部的吸附水、结晶水和沸石水进行去除，让海泡石的孔径空间增大，扩大孔道的空间容量，使得通道更加通畅，增强其吸附能力。此法已经较为成熟，为了得到优良性能的海泡石最为重要的是焙烧的温度。用合适的温度焙烧天然的海泡石，需要达到既可驱除海泡石孔道间的沸石水，也不能破坏海泡石的基本骨架和结构特；对于过高的温度会导致海泡石石灰化，结构完全塌陷。Miura等[[]MiuraA,NakazawaK,TakeiT,etal.Acid-,base-,andheat-induceddegradationbehaviorofChinesesepiolite[J].CeramicsInternational,2012,38(6):4677-4684.]研究了不同温度下海泡石比表面积的变化，通过多次试验发现，当温度超过300℃，若使温度不断地升高，海泡石的比表面将缓慢逐渐的降低；焙烧法改性海泡石制备方法简单，但是只能提高海泡石的物理吸附性能，却不能提高其化学吸附性能并且此法的耗能较大。王吉忠等[[]MiuraA,NakazawaK,TakeiT,etal.Acid-,base-,andheat-induceddegradationbehaviorofChinesesepiolite[J].CeramicsInternational,2012,38(6):4677-4684.[]王吉中,陈安国.热处理海泡石石棉研究[J].河北地质大学学报,1996(z1):319-323.酸活化法酸活化是一种常见改性方法,原理是海泡石的四面体骨架依然保持不变，但其八面体层阳离子被脱除。酸化法[[]蒋文斌,刘德义,屠式瑛.海泡石的酸性和性能研究Ⅰ.改性历程和改性产物的结构[J].石油学报(石油加工),1994,10(1):29-35.]采用的酸溶液(主要为硝酸、硫酸、盐酸等无机酸)浸入海泡石方式搅拌，以这样的方式，来去除海泡石内部孔道中的有机物以及碳酸盐类杂质,可以疏通孔道,使得所述的孔体积增大，提高吸附性能。对于低浓度的无机酸可以促使海泡石中的镁离子脱除效率增大[[]李松军,罗来涛.海泡石的改性研究[J].江西科学,2001(01):61-66.[]蒋文斌,刘德义,屠式瑛.海泡石的酸性和性能研究Ⅰ.改性历程和改性产物的结构[J].石油学报(石油加工),1994,10(1):29-35.[]李松军,罗来涛.海泡石的改性研究[J].江西科学,2001(01):61-66.离子交换改性离子交换法一般是将海泡石泡在不同价态的金属离子溶液中,浸泡多次,利用高价阳离子代替八面体层边缘的镁离子,将金属离子和海泡石骨架中的Mg2+,产生的酸性或碱性中心，海泡石可以产生中等强度的表面酸性，从而使海泡石具有一定的催化效应,而由于酸或碱引入中心，将有碱性或酸性气体的特别的吸附位点，该位点用于吸附特定的气体。Corma[[][]CORMAA,MARTIN_ARANDARM.Applicationofsol-idbasecatalystsinthepreparationbycondensationofkotonesandmalononitrile[J].ApplCatalA:1993,105:271-279.上述的三种方法都属于无机改性,都只是单纯的提高物理吸附性能,其优点是生产成本较低、操作较为简便,但对于一些有机污染物的吸收十分有限,吸附选择性较差。有机改性由于无机改性的海泡石的吸附选择性较差，研究学者们开始将研究重点放在有机改性海泡石，用来弥补无机改性的缺陷，通过有特定功能基团在海泡石上的附着或在海泡石纤维上聚合，产生具有特定功能的海泡石产品。对于目前来说，常用的有机改性剂有有机酸、阳离子表面活性剂、有机硅烷偶联剂等。改性的原理主要是利用海泡石表面的酸活性中心和活性Si-OH基团。表面处理剂有有机硅烷或有机硅偶联剂、有机钛酸酯偶联剂、有机酸和有机醛、吡啶及其衍生物、阳离子表面活性剂等。作为一种新型改性剂有机硅烷偶联剂，同时具有可水解基团和非水解基团水解性有机基团水解后可产生硅羟基（Si-OH），可与海泡石的表面羟基缩合反应，因此更为有效地接枝到材料上；非水解基团含有氨基、巯基、羧基等有机活性基团，可与重金属配位通过共价键或者静电引力的方式结合，以便更好地达到选择性吸附的目的。Dogan等[[]M.Doğan,Y.Turhan,M.Alkan,H.Namli,P.Turan,Ö.Demirbaş,Functionalizedsepioliteforheavymetalionsadsorption,Desalination,230(2008)248-268.[]M.Doğan,Y.Turhan,M.Alkan,H.Namli,P.Turan,Ö.Demirbaş,Functionalizedsepioliteforheavymetalionsadsorption,Desalination,230(2008)248-268.综上所述，巨大的比表面和优良的孔道特性是海泡石所具有得、其独特的硅氧四面体和镁氧八面体交替排列形成的层链状结构的化学结构，在吸收挥发性有机物、重金属吸附、多相催化、材料性能强化等方面改性的海泡石具有极其广阔的应用前景，随着材料改性规律的不断深入了解，新改性手段的不断加入，将有越来越多的新功能被开发出来。海泡石材料的应用现状海泡石由于其结构特点，经过各种改性已应用于不同的研究领域，易文静[[]易文静,高小红.改性海泡石除甲醛净化剂的研制[J].科技创业月刊,刊,2014,27(02):188-189.]等将实验得到的改性海泡石除甲醛净化剂样品剪成高度与直径相等得到原颗粒样品，然后均匀装入反应管中。实验表明天然海泡石经改性后制得的除甲醛净化剂在温度0～40℃、相对湿度10～90％、空速1000～5000h等条件下，净化度≤0.1mg／m3，达到国家标准，可满足净化空气中微量甲醛的要求，在上述条件下工作甲醛容量≥5％，具有实际应用价值。颜酉斌[[]颜酉斌,叶艳华,张洪林,唐海.改性海泡石对有机污染物氯苯的吸附研究[J].中国非金属矿工业导刊,2009(06):42-44.]等采用先酸改性再进行热改性联合处理手段，提高海泡石对氯苯的吸附能力；具体方法为：在95℃水浴中，将海泡石用5%的盐酸浸泡8h，取出过滤，清洗后，放入马弗炉内在450℃下焙烘6h，研磨，制得酸热改性海泡石，备用；结果表明经酸热改性的海泡石吸附氯苯废水，在pH值为6～7，振荡1h条件下，氯苯去除率可达80%左右。改性海泡石[[[]易文静,高小红.改性海泡石除甲醛净化剂的研制[J].科技创业月刊,刊,2014,27(02):188-189.[]颜酉斌,叶艳华,张洪林,唐海.改性海泡石对有机污染物氯苯的吸附研究[J].中国非金属矿工业导刊,2009(06):42-44.[]刘进军,杨国营,翟学良.海泡石在医学与环保等领域的应用[J].承德医学院学报,2002(01):61-63.研究目的、意义和主要内容研究目的和意义本次研究是对海泡石和氨基类硅烷改性海泡石进行分析，以及探究吸附的最佳制备条件、吸附条件和机理。目的是为了研制出价格低廉、吸附能力强、改性过程简单的有机改性海泡石吸附材料，并且将它运用于挥发性有机物--甲醛的空气污染治理，使得天然矿石资源优化利用的同时也可以对空气污染防治做出贡献。针对于目前吸收甲醛空气污染的研究也有很多，但对于有机改性海泡石的这种新型吸收材料的研究较少，有机硅烷偶联剂在黏土矿物改性应用方面已有部分研究，但在海泡石的改性研究上较少。因此，以硅烷负载作为改性剂，用来制备氨基改性海泡石材料，并将其应用于吸附甲醛空气污染作为本课题的主要研究方向。通过实验得出硅烷负载量、甲醛的初始测试浓度、吸附温度和吸附时间对吸附性能的影响，此外，对吸附剂的循环吸附量进行研究，探究吸附剂的吸附效果，探究吸附的最佳条件，从而得到提高硅烷负载海泡石基吸附甲醛性能的方法。综上所述，本课题为氨基类硅烷改性海泡石吸附甲醛的研究，重点针对氨基类硅烷改性海泡石吸附剂的制备条件和氨基类硅烷改性海泡石吸附剂的吸附效果进行研究。研究内容因为天然海泡石的储量大、价格低廉作为吸收材料，通过有机硅烷偶联剂APTES改性，使得海泡石的性能得以提升，提高其吸附能力。具体研究内容如下:采用氮气物理吸脱附、酸活化等方法对天然海泡石进行预处理。对海泡石改性前后对于甲醛的去除率进行数据检测对比。探究甲醛浓度及吸附时长等因素对海泡石与改性海泡石吸附性能的影响，确定最优吸附条件。根据数据对比来说明氨基类硅烷改性海泡石对于甲醛净化的吸附效果，来探究吸附剂应用于实际生产的效果。

实验部分实验药品及其实验设备实验原料和试剂见表2-1主要实验试剂及规格。表2-1主要实验试剂及规格中文名称英文名称分子式分子量规格生产厂商海泡原矿石RawSepiolite17%湘潭海泡石科技有限公司高纯海泡石Highpuritysepiolite90%湘潭海泡石科技有限公司超纯水UltrapurewaterH2O18电阻率＞18.2MΩ·cm湖南中沃水务科技有限公司六偏磷酸钠Sodiumhexametaphosphate(NaPO3)6611.17分析纯国药集团化学试剂有限公司盐酸HydrochloricacidHCl36.5分析纯成都市科龙化工试剂厂氢氧化钠SodiumhydroxideNaOH40.0分析纯国药集团化学试剂有限公司3-氨丙基三乙氧基硅烷3-AminopropyltriethoxysilaneC9H23NO3Si221.37分析纯上海阿拉丁试剂有限公司实验仪器及设备表2-2主要实验仪器及表征设备。表2-2主要实验仪器及表征设备设备名称型号公司电子分析天平JA2003舜宇恒平有限公司鼓风干燥箱101-1AB天津泰斯特仪器公司真空干燥箱DZ-2BC‖天津泰斯特仪器公司磁力搅拌器84-1上海梅颖浦仪器仪表公司恒温水浴锅DF-101S巩义市予华仪器有限公司水循环真空泵SHB-B95郑州市长城科工贸有限公司pH计PHS-3C上海仪电科学仪器公司高速离心机H1650-W湖南湘仪离心机仪器公司超声波清洗仪KQ5200DE昆山超声仪器有限公司甲醛发生器FD-PG苏州孚然德甲醛检测仪4160-2美国INTERASCAN吸附剂制备采用“提纯+活化+改性”三重技术，致力于建立高纯海泡石载体材料制备关键技术，通过一系列有机改性，开发岀性能优异、成本低廉的海泡石基HCHO气体吸附材料，使其应用于HCHO控制与治理过程中,从而有效实现甲醛治理。图2-1吸附剂制备流程海泡石的提纯称取20g海泡石原矿，加入超纯水固液比为1:20，充分的在烧杯中进行搅拌，充分静置到分层，将水和下层的海泡石分离。然后在烧杯中加入一定质量的六偏磷酸钠分散剂，搅拌3小时后静置，沉降36小时。取上层悬浊液进行离心，最后将离心得到的固体在干燥箱中干燥24h，研磨得到高纯度的海泡石样品。海泡石的酸活化取一定量高纯度海泡石与浓度1.5%的盐酸混合后静置36h，除去上层清液，下层用超纯水冲洗3次后用NaOH调节pH至中性。将产品在进行离心分离，得到酸处理海泡石沉淀，在110℃的鼓风干燥箱中进行烘干，研磨得到酸处理海泡石样品。硅烷负载吸附剂的制备加热湿法改性将20g预处理的海泡石，加入三口烧瓶内的水溶剂中，悬浮液在超声波仪器中超声20min，加入3—氨基丙基三乙氧基硅烷，在油浴锅中80℃恒温加热，冷凝回流反应4h后，用超纯水进行洗涤、抽滤，所得固体烘干后进行研磨，得到改性后的海泡石。常温湿法改性加热湿法改性在生产过程中耗能较高，所以采用常温湿法改性，预处理后得到的海泡石，加入水溶剂进行超声后，再加入3—氨基丙基三乙氧基硅烷，常温条件下进行接枝反应（Si-OH——Si-O-Si-R-NH2），后用超纯水洗涤、抽滤，所得固体研磨，得到产品。甲醛吸附剂的吸附性能测试实验装置及流程设置甲醛吸附量测定在一个60cm*60cm*60cm装有功率为5W风扇的密封有机玻璃箱内进行，实验舱与甲醛发生器和甲醛检测仪相连，此实验可以直接读出甲醛浓度，甲醛发生器可以直接将37%甲醛溶液挥发产生甲醛气体。在实验中，称取空气净化剂，打开箱内风扇，向实验舱中注射37%的甲醛溶液,挥发30min,静置30min后，读取甲醛检测仪数值，记为第1h甲醛浓度,之后每隔1h读取甲醛浓度,并做空白。图2-2装置图甲醛净化效率计算方法本次实验通过甲醛实验舱进行甲醛净化效率的计算，甲醛净化效率按照标准QBT2761-2006《室内空气净化产品净化效果测定方法》测定。通过甲醛发生器和甲醛检测仪可以控制甲醛的浓度及反应时长，得到甲醛净化效率。通过舱内甲醛的始末浓度计算样品的甲醛净化效率Q，计算公式见式（1）：Q=C0−其中Q为净化效率（%），C0为舱内初始甲醛浓度（mg/m3），C1为舱内24h时甲醛浓度（mg/m3）。

硅烷负载改性海泡石吸附剂的甲醛吸附性能研究室内甲醛空气污染已经成为大家所密切关注的事情，新型材料应用于空气净化行业屡见不鲜。由于海泡石储量大,吸附性强以及价格便宜，节能环保等优秀性能成为吸附室内挥发性有机物的重要材料。在本次研究中，主要对制备的海泡石吸附剂的甲醛吸附性能进行测试，测试装置模拟室内环境，更符合实际应用，具有实际研究价值。考察了改性高纯海泡石、加热湿法改性及常温湿法改性这三种方法对甲醛的净化效果。改性高纯海泡石的甲醛吸附性能取样品10g，在试验舱内温度为25℃，湿度为50%的条件下进行吸附测定，居室空气中甲醛的最高容许浓度为：0.08mg/m3，测试中实验舱内的甲醛初始浓度为1.12mg/m3。不同海泡石与改性高纯海泡石对甲醛去除的对比如下：表3-1海泡石空气净化剂（粉末）甲醛净化效果样品甲醛浓度（mg/m3）净化效率（%）4.5h24h4.5h24h北方海泡石0.5250.43953.1360.80改性北方海泡石0.2160.04780.7195.80湘潭高纯海泡石0.9730.90613.1319.11改性湘潭高纯海泡石0.4130.06363.1394.38改性湘潭高纯海泡石（加酸改）0.1550.05186.1695.45从表3-1看出，北方海泡石经过硅烷负载改性后，甲醛浓度在一定时间内大幅度降低，甲醛净化效率得到提升。湘潭高纯海泡石直接吸附甲醛其净化效率较低，耗时长，但通过酸活化和硅烷负载改性后制备的改性海泡石吸附剂对甲醛有较好的去除效果，其净化效率显著增加,净化率高达95%以上.对海泡石进行改性后,在24h内均可将舱内甲醛浓度降至居室空气中甲醛的最高容许浓度以下，达到国家标准，可见，硅烷负载改性制备的海泡石吸附剂可作为去除室内甲醛的有效吸附剂。加热湿法改性工艺优化及其效果实验室研究80℃加热改性条件下，改性剂投加量对样品甲醛净化效率的影响，并在优选条件下，开展第一次中试生产。表3-2加热湿法改性的吸附剂甲醛净化效率对比（50g吸附剂2mm颗粒）样品编号改性剂量（%）甲醛净化效率（%）H-11.592.70H-2394.40H-34.5有异味第一次中试1.580当改性剂投加量为4.5%时，样品有异味，说明投加量过大，优选改性剂投加量为3%，由于改性剂投加量为1.5%和3%时，甲醛净化效率相差不大，从中试生产目的（验证生产工艺可行性）和生产成本角度考虑，选取1.5%为第一次中试生产改性剂投加量，改性温度为80℃。经广东省微生物检测中心检测，50g生产样品颗粒，甲醛净化效率为80%。但生产过程中发现，通过反应釜加热改性，釜内温度上升和下降太慢，以致于耗能太高、耗时太长、产能太小等缺陷。常温湿法改性工艺优化及其效果为解决第一次中试生产中出现的耗能问题，实验室研究常温改性条件下，改性剂投加量对样品甲醛净化效率和吸附速率的影响，并在优选条件下，开展第二次中试生产。表3-3常温湿法改性吸附剂甲醛净化效率对比（50g吸附剂颗粒）样品编号改性剂量（%）甲醛净化效率（%）H-41.592.2H-5390.6第二次中试386表3-4常温湿法改性吸附剂甲醛吸附速率对比（20g吸附剂颗粒）样品编号甲醛去除率（%）吸附1h吸附2h吸附4h吸附5h吸附6h吸附7hH-411.0318.5650.5663.4569.8275.10H-531.3754.9076.0381.1585.6688.45第一次中试5.0510.9538.5247.6056.2263.29第二次中试23.9248.9271.9978.5982.0192.72从表3-2和表3-3可知，常温改性和加热改性吸附剂24h甲醛净化效率相差不大，所以常温改性条件具有可行性；此外，虽然1.5%改性剂投加量和3%改性剂投加量的甲醛净化效率相差也不大，但从表3-4可以看出，两者的甲醛吸附速率存在明显差别，3%投加量较1.5%投加量甲醛吸附速率快、饱和吸附量大，且甲醛吸附性能明显好于第一次中试生产样品。所以优选改性剂投加量为3%，改性温度为常温，并在此优化条件下，开展第二次中试生产。价格评估为了评估制备的改性海泡石吸附剂在甲醛吸附上的优势，对市场上常见甲醛吸附剂进行了甲醛净化效果测试。甲醛净化效率按照标准QB/T2761-2006测定所得，吸附剂用量为50g，根据调查其成本及各类样品对甲醛的净化，对于海泡石空气净化剂开展了两次湿法改性中试生产和一次干法改性试验。图4-1是市场空气净化剂产品甲醛吸附性能对比，实验室在60cm*60cm*60cm的有机玻璃试验箱中进行测定，吸附剂用量为20g，通入甲醛气体初始量为3.41mg。经检验，产品与市场吸附剂产品甲醛吸附性能对比结果如表3-5和图3-1所示。表3-5与市场空气净化剂产品甲醛净化效率与成本对比样品甲醛净化效率（%）成本或出厂价（万/吨）第一次湿法中试生产78.91～2第二次湿法中试生产841～2干法改性试验82<1蓝旋风第三代801.7清华小在意变色球78.810杨家桥纳米矿晶28.70.25杨家桥光触媒纳米矿晶53.50.35富瑞邦氧化锰催化剂（空气净化器专用