VOCs吸附剂专利技术概述

挥发性有机化合物VOCs(Volatile Organic Compounds)的定义有好几种，美国将其定义为任何能参加大气光化学反应的有机化合物。而在我国，VOCs是指常温下饱和蒸汽压大于70Pa、常压下沸点在260℃以下的有机物。VOCs包含有多种有机物，通常是指常温常压下容易挥发的有机化合物，如苯、甲苯、二甲苯、丙酮、苯乙烯等。VOCs主要来源于石油化工、电子制造及汽车尾气等。某些VOCs具有很强的毒性或致癌性，严重威胁着给人类的生命和健康。目前，VOCs日益成为大气污染的重要组成，对环境会造成巨大的破坏作用。

VOCs的脱除方法有多种，吸附法具有效率高、能耗低、操作简单、可回收等优点，因而成为脱除VOCs最有效的技术。本文在介绍VOCs吸附机理的基础上。概括了VOCs吸附剂方面的研究进展，并展望了吸附法脱除VOCs的研究方向。

一、吸附机理

物质内部的分子所受的力是对称的，故彼此处于平衡。但处于界面处的分子的力场是不饱和的，液体或固体物质的表面可以吸附这种处于界面的分子，这种一种或几种物质在另一物质表面积蓄的过程和现象称为吸附。吸附的根本原因是因为物质内部的分子和周围分子之间有互相吸引的作用。

二、吸附剂

VOCs吸附技术的关键是吸附剂，理想的吸附剂通常应具备：大的比表面积、适宜的表面结构、容易再生、成本低廉等优点。吸附剂一般可分为无机和有机吸附剂两类，实际应用中无机吸附剂更为普遍。通过对VOCs吸附剂领域专利申请的检索与分析，得知有关VOCs吸附剂主要包括以下几大类：活性炭、分子筛、黏土、金属有机骨架材料、有机吸附剂。

1．活性炭

活性炭是应用最广泛的一类吸附剂，它具有疏松多孔的性质，具有较高的比表面积和较大的孔容积，对VOCs的吸附能力较强，尤其对苯系物等大分子VOCs的脱除效果显著，但是对甲醛等小分子吸附性能较差。

活性炭的表面官能团结构对活性炭吸附性能有重要影响。常常通过调节活性炭表面含氮、含氧等官能团的种类及数量来调整活性炭的表面酸碱性及孔结构从而改善其吸附VOCs的性能。

CNl03861561A公开了一种去除低浓度低分子量挥发性有机物的碳化物衍生碳吸附剂及其制备方法，所述制备方法先将商用碳化物在惰性气氛中升温至600～900℃，再改通氯气2~4小时进行高温蚀刻，流量为30~50mL／min。然后，再次通惰性气氛冷却至室温，得到碳化物衍生碳初级产品。然后将所得碳化物衍生碳初级产品加入到氧化性溶液中进行浸渍处理6～12小时。然后，用去离子水洗涤至中性，在105℃温度下干燥3～8小时，即得到碳化物衍生碳吸附剂最终产品。该吸附剂在高空速下能高效吸附低浓度低分子量VOCs，吸附容量大，使用寿命长，适用于建筑物室内、密闭舱室和其他有限空间内空气净化处理。

2．分子筛

分子筛是优良的VOCs吸附剂之一，有较大比表面积和微孔体积，对水等极性分子有强烈的吸附能力。目前使用较多的吸附剂包括NaY、Hβ、ZSM-5、SBA-15、MCM-41等。总得来说。分子筛材料已被广泛用于对VOCs的吸附。不同类型的分子筛对VOCs的吸附效果不同，这就要求对分子筛进行化学修饰和改性，提高对VOCs的去除效果。

CNl03949204A公开了一种多级孔道复合分子筛吸附剂，采用硅溶胶、正硅酸乙酯、硫酸铝、氢氧化钠、盐酸、溴化六甲双铵、十六烷基三甲基溴化铵、去离子水为原料，先合成十元环微孔分子筛，然后合成微孔一介孔分子筛，经恒温箱加热、反应釜晶化反应、淬冷、真空干燥、高温焙烧，最终合成多级孔道复合分子筛吸附剂，制备的多级孔道复合分子筛吸附剂晶粒直径≤1.5um，孔道直径≤2.83nm，产物纯度达96％，可直接用于挥发性有机化合物的吸附剂，也可与多种化学物质匹配，作为吸附材料使用。

3．黏土

黏土因其比表面积较大、孔结构和成本低廉而得到广泛应用。海泡石、坡缕石等比表面积相对较大的黏土矿物可直接应用于气体吸附。膨润土是一种以蒙脱石为主要成分的黏土矿物，具有较大的比表面积和阳离子交换容量。表面活性改性后的有机膨润土吸附有机污染物的性能显著提高，经不同表面活性剂改性制备的有机膨润土对吸附质具有选择性。

CNl04857929A公开了一种VOC吸附一光催化材料及其制备方法，其制备方法包括如下步骤：步骤一，将凹凸棒石、膨润土、海泡石、沸石原矿晾晒后进行混合，粗碎，喷水，挤压成片状粘土混合物；步骤二，将所述片状粘土混合物晾晒，然后将晾晒后的片状粘土混合物和水放人打浆池，加入六偏磷酸钠，打浆，高速剪切，获得悬浮液；步骤三，将悬浮液通过旋流分级后转入密闭反应釜，添加四氯化钛和硫酸铵，保温反应，添加氨水调节pH值，获得乳浊液；步骤四，将所述乳浊液压滤获得的饼料和水放人打浆池打浆，洗涤，利用回转窑焙烧，然后破碎，磨粉；步骤五，造粒，即得。该吸附剂采用的矿物原料易得，成本低，而且操作步骤简单，容易控制，适于在工业上大规模应用。

4．金属有机骨架材料

金属有机骨架材料(MOFs)是近十几年发展起来的一类新型材料。由于具有高比表面积及化学性质稳定等特点，在环境有害有机气体吸附方面的应用得到科研人员的广泛研究。研究较多的MOFs吸附VOCs的材料包括MOF-5、MIL-101和MOF-177等。

CNl02335592A公开了一种金属有机骨架一氧化石墨纳米复合吸附材料及其制备方法，该材料由氧化石墨与铬基金属有机骨架构成。制备方法包括如下步骤：将硝酸铬和对苯二甲酸溶于去离子水中，边搅拌边逐滴加入氢氟酸，再加入氧化石墨并搅拌均匀得到反应液，程序控温下进行水热反应；将析出的物质依次进行水洗和乙醇洗涤后，离心，干燥，得到金属有机骨架一氧化石墨纳米复合吸附材料。该吸附材料对烃类挥发性有机物的吸附容量大幅提高，且易脱附再生，制备方法工艺简单，成本低。

5．有机吸附剂

有机吸附剂主要是指高聚物吸附树脂。高聚物吸附树脂是指一类多孔性的、高度交联的，并以吸附为特点，对有机物具有浓缩、分离作用的高分子聚合物。吸附树脂主要分为凝胶型和大孔型，目前使用广泛的是大孔型吸附树脂。随着大孔离子交换树脂的出现，大孔吸附树脂得到了发展。在吸附性能上吸附树脂与活性炭很相似，大多可以定量吸附，重复使用。而活性炭虽然吸附性能很好，可是再生往往很困难。目前已有的商品吸附树脂品牌有200多种，并且还在不断的增加。按照树脂的表面性质，吸附树脂一般分为非极性、中极性、极性和强极性四类。

CNl05195107A公开了一种新型小分子挥发性有机污染物吸附。树脂及其制备方法，具体制备方法如下：首先将选用的非极性大孔吸附树脂放置在马弗炉，设置程序升温对树脂进行加热，然后采用饱和氯化钠溶液浸泡发胀，再用浓度梯度递减的硫酸进行磺化，然后用去离子水洗净，采用马弗炉对经过处理的吸附树脂设置程序升温加热，将吸附树脂炭化开孔，然后在高温下通入水蒸气活化，在惰性气氛下冷却后取出封装保存。该吸附树脂的制备方法过程简单，可操作性强，涉及的改性药剂常见易得。并且由此方法制备的吸附树脂能够有效吸附小分子挥发性有机物(VOCs)，即使对于室内环境中低浓度VOCs仍具有很好的吸附效率，且该吸附剂环保安全，使用过程中无二次污染。

三、展望

VOCs对环境的危害和对人类健康的威胁，引起社会公众的普遍关注，其治理已迫在眉睫。在VOCs污染控制的技术里，吸附是有效和经济的技术之一，吸附剂是治理VOCs污染的关键，但是目前的吸附剂还存在高温度下吸附效率低、高湿度下VOCs的吸附被抑制等缺点，因此，通过对现有吸附材料进行表面改性、调整孔隙结构、多种材料复合等手段进一步提高吸附容量与吸附效率以开发出更为高效绿色的吸附材料是今后的研究方向。