納米微孔活性矽

納米微孔活性矽，簡稱活性矽，是一種白色固體粉末狀物質，其物相結構為非晶矽酸鹽，主要含有Si、Al、 Fe、Ca、Mg等元素。活性矽顆粒粒徑為5-25μm，由捲曲的納米級微片團聚而成，內部呈蜂窩微孔結構，納米片厚度10-100nm，微孔尺寸可達0.1-0.5μm，比表面積為100～1000m²/g，具有超強的吸附性能，為用途廣泛的一種納米環境材料。

基本介紹

• 中文名：納米微孔活性矽
• 簡稱：活性矽

物理化學性能

物理性質

白度	堆積密度; g/cm	真密度; g/cm	平均粒徑; μm	比表面積; m/g
>80	≦0.36	1.35	5-25	100-1000

顯微結構

活性矽顆粒內部呈蜂窩狀、彎曲層片狀結構，內部微孔極其發達，孔徑0.1-0.5μm，對多種物質具有極強的吸附能力，也為孔道中的反應提供了場所

吸附二噁英性能

對活性矽及活性碳（垃圾焚燒電廠用）在不同時間段的吸附能力進行比較，實驗結果如圖1所示。當吸附時間為10min時，活性矽對二噁英的吸附量略高於活性碳，隨著吸附時間的延長，活性矽和活性碳的吸附量基本相當。1g 活性矽 1h 吸附量為 0.3599 ng I-TEQ，表明活性矽材料在高溫煙氣夾帶流中對二噁英的吸附速率較快，且後期吸附能力基本等同於活性碳。由於活性矽屬於無機非金屬材料，不會對袋式除塵器產生燒袋或損傷，也不會對電除塵器構成安全隱患，因此可作為煙氣噴射吸附淨化材料，與現有除塵設備結合使用，套用於垃圾焚燒、生物質燃燒、冶金等高溫煙氣二惡英的脫除淨化。

不同時間段活性碳及活性矽吸附二噁英能力

對其它有害氣體的吸附性能

活性矽對多數揮發性有機氣體和酸性氣體，尤其是甲醛、甲苯等室內有害氣體具有很強的吸附能力，且飽和時間較短，吸附速率快。與其它吸附材料相比，活性矽對甲醛的吸附速率與飽和吸附量高出幾十到幾百倍，且極少脫附

活性矽吸附材料飽和吸附量

清華大學建築環境檢測中心測試

參數; 污染物	質量; （g）	管道流速（L/min）	進口濃度（mg/m）	飽和時間（h）	平衡吸附量（mg/g）
甲醛	0.256	0.502	0.95	15	0.57
二氧化硫	0.508	0.502	21.5	38	53.49
氮氧化物	0.204	0.502	5.5	3	0.60
苯	0.204	0.502	4.5	150	13.42
甲苯	0.204	0.502	3.6	400	54.05

納米微孔活性矽在高效淨化甲醛塗料中的套用

塗料是塗覆在建築物或者製品表面起保護和裝飾作用的一類膜材料。塗料種類繁多、適應性強、使用方便、成本低廉，具有防腐、絕緣、導電、防火以及美觀等重要作用，廣泛套用於各種金屬、木材、水泥、磚石、皮革、織物、塑膠、橡膠、玻璃及紙張表面，在國民經濟和國防建設中占有重要地位。

目前，在建築塗料的乳液及助劑中存在的游離單體，易產生大量揮發性有機物（VOC）、甲醛、苯等有害性揮發物，這些揮發物不僅會污染環境，而且嚴重危害人體健康，容易引發慢性呼吸道疾病、白血病等，其中VOC和甲醛是危害最嚴重、最具代表性的有害氣體物質。隨著人們環境保護意識的提高，各國環保法規對塗料體系中VOC和甲醛的含量進行嚴格限制，我國也加強了相關政策的制定。我國GB 18582-2008中規定建築內牆塗料VOC含量小於120g/L，甲醛含量小於0.1g/L，外牆塗料VOC含量小於200g/L。隨著對塗料中VOC含量限制政策的陸續出台，傳統溶劑型塗料因其VOC含量太大，對環境污染嚴重，生產能耗大，其市場份額正大幅度降低，具有低污染環保特性的高固化塗料、粉末塗料、水性塗料等綠色環保塗料在全球塗料市場成為持續熱點。

水性塗料是一種極具發展潛力的綠色環保塗料，它是指用水作溶劑或者作分散介質的塗料。與粉末塗料和高固化塗料相比，水性塗料具有易淨化、低成本、低粘度、良好的塗布適應性、無毒性、無刺激、不燃性等特點，已成為綠色環保塗料的主要發展方向。2010年，水性塗料的總產量約為416萬噸左右，2012年，水性塗料建築塗料已經占整個塗料行業的38%。我國塗料行業“十二五”環保發展規劃中明確提出：全面推進塗料水性化，高固體分醇酸塗料份額提高20%，大力發展無毒、低污染、高性能、節能與功能性塗料，同時單位能耗在2009年基礎上降低20%，重點發展塗料與無機顏料的循環經濟項目；

納米微孔活性矽具有高白度、高孔隙率、大比表面積，對甲醛具有強吸附能力；納米微孔活性矽載Ag-AgBr-TiO₂複合光催化劑採用化學沉澱法製備，能夠在可見光照下將甲醛等室內有害氣體高效降解為CO₂和H₂O，同時具有抑菌和抗菌的功能；採用有機矽表面改性劑對納米微孔活性矽吸附材料進行表面化學包覆改性，將表面改性後的活性矽多孔吸附材料作為一種新型的塗料顏料。以改性後的活性矽替代70%以上鈦白粉，同時添加活性矽負載Ag-AgBr-TiO₂複合催化劑，確定了一種新型高淨化甲醛、具有抗菌抑菌功能和調節室內濕度的功能塗料配方及其生產工藝。

利用納米微孔活性矽生產的高淨化甲醛塗料中不含揮發性有機物和重金屬類有害物質，各項性能均達到GB/T9756-2009《合成樹脂乳液內牆塗料》的規定，對甲醛的淨化性能高達99%、甲醛淨化效果持久性高達90%以上，均超過JC/T 1074—2008《室內空氣淨化功能塗覆材料淨化性能》規定的甲醛的淨化性能≥75%、甲醛淨化效果持久性≥60%的標準要求，該指標達到國內領先水平

納米微孔活性矽在垃圾焚燒煙氣淨化中的套用

納米微孔活性矽吸附材料具有容重小、空隙發達、比表面積大、表面活性基團多等特性，對二噁英、SO₂、H₂S、HCl等氣體以及揮發性重金屬具有極強的吸附性能。

在垃圾焚燒電廠的工業試驗結果表明：在與活性炭相同噴入量的情況下，納米微孔活性矽吸附材料對二噁英的脫除效率達到99%以上，排放煙氣中二噁英的濃度低於0.1ng/Nm，符合EU2000/76/EC的排放標準，也遠低於我國2014年7月1日起頒布實施的0.1 ng/Nm的排放標準；同時煙氣中SO₂、HCl等有害氣體的排放濃度也遠遠低於國家標準規定的排放濃度

活性矽複合材料用於垃圾焚燒煙氣淨化效果表

煙氣分析指標及標準		活性矽複合材料; 淨化煙氣指標
項目	國標/歐盟Ⅱ
粉塵	80/10 mg/m	1.4
HCl	75/10 mg/m	0.3
CO	150/50 mg/m	5.56
SO2	260/50 mg/m	25.7
NOx	400/200 mg/m	156.36
HF	/1 mg/m	0.68
NH3	/	16.4
CO2	/	9.52%
二噁英	1/0.1 ng/Nm	0.043

利用納米微孔活性矽吸附材料作為煙氣淨化的反應劑，在進布袋除塵器的煙道以及布袋除塵器中反應劑粉體與煙氣充分接觸，活性矽複合材料通過化學吸附和物理吸附的方式對煙氣中的二噁英、酸性氣體、揮發性重金屬等有害氣體進行綜合淨化脫除；反應後的粉體經布袋除塵器收集、螯合處理後排出；淨化後的煙氣由排風機經煙囪排入大氣。同時，由於活性矽屬無機非金屬粉體材料，對濾袋具有保護作用，也便於布袋除塵飛灰的固化處理。

小結

納米微孔活性矽通過最佳化製備條件、控制材料孔徑及孔結構、表面改性處理等技術途徑，可獲得具有大比表面積和強吸附性能的新型環境材料。該類材料具有特定的孔結構和孔徑範圍，比表面積大，對甲醛等室內有害氣體吸附性能超強，可廣泛套用於室內空氣污染治理，同時也可套用於垃圾焚燒、汽車尾氣、金屬冶煉等領域的高溫煙氣PM2.5污染控制等領域，套用前景廣闊。