CN105502377B - 一种椰子壳活性炭的改性方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种椰子壳活性炭的改性方法，取20‑40目的椰子壳活性炭置于第一反应器中，然后放入马弗炉中350~450℃加热氧化，冷却至室温后加入消解液，在150~250℃下消解；过滤分离经处理后的活性炭，用去离子水洗涤，活性炭洗涤到洗涤液pH值为6～7为止；将得到的活性炭加入盛有碱水溶液的第二反应器，搅拌混合后静置，然后过滤掉碱水溶液；将得到的活性炭加入第三反应器中，放入马弗炉，在350~450℃下活化，然后冷却至室温即为改性的椰子壳活性炭。通过本发明的方法获得的椰子壳活性炭在萘及联苯的解吸效率、空白值等各方面均能满足相关要求。

Description

一种椰子壳活性炭的改性方法

技术领域

本发明属于材料学领域，涉及一种活性炭，具体来说是一种椰子壳活性炭的改性方法。

技术背景

随着我国经济的快速发展，涉及职业病危害因素的企业数量急速增加，导致职业病防治形式十分严峻。2011年，第十一届全国人大常委会第二十四次会议通过了《关于修改〈中华人民共和国职业病防治法〉的决议》，进一步强调了加快建立健全职业卫生技术服务体系。职业病防治的关键在于预防，预防的源头在于工作现场，因此工作场所职业病危害因素检测结果的准确与否直接决定了职业病防治工作的成败。

按照《中华人民共和国国家职业卫生标准工作场所空气有毒物质测定》多苯类化合物(GBZ/T 160.43-2004)、多环芳香烃化合物(GBZ/T 160.44-2004)，工作场所空气中的萘和联苯，可使用活性炭管采集，并以二硫化碳溶剂解吸后进样，经气相色谱仪的色谱柱分离，氢焰离子化检测器检测，以保留时间定性，峰面积定量。标准中对活性炭管中的活性炭填料未进行具体说明。由于椰子壳活性炭具有机械性能好易加工，对空气中有机物的吸附能力强，且有国内外相关标准可参考(1.《中华人民共和国国家标准民用建筑工程室内环境污染控制规范》GB50325-2010，活性炭管中填充椰子壳活性炭；2.美国国家职业安全卫生研究所NIOSH，《Guidelines for Air Sampling and Analytical Method Development andEvaluation》,活性炭管中填充20-40目椰子壳活性炭)，因此国内现有的用于工作场所空气有毒物质测定(包括萘和联苯)的活性炭管中活性炭填料多为20-40目椰子壳活性炭。但在长期实际应用中发现椰子壳活性炭在对萘和联苯具有优异吸附性能的同时，萘和联苯在椰子壳活性炭上的解吸效率非常低(分别为36.0％和37.2％)，达不到解吸效率最低不得低于75％的要求(《中华人民共和国国家职业卫生标准工作场所空气中化学物质测定方法》GBZ/T210.4-2008)，从而导致检测结果与现场调查结果不符，无法真实反映工作场所空气质量。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种椰子壳活性炭的改性方法，所述的这种椰子壳活性炭的改性方法解决了现有技术中萘和联苯在椰子壳活性炭上的解吸效率非常低，达不到解吸效率最低不得低于75％的技术问题。

本发明提出了一种椰子壳活性炭的改性方法，包括如下步骤：

1)取20-40目的椰子壳活性炭置于第一反应器中，然后放入马弗炉中350～450℃加热氧化20～40min，冷却至室温后加入消解液，在150～250℃下消解0.5～2h；

2)过滤分离经步骤1)处理后的活性炭，用去离子水洗涤，活性炭洗涤到洗涤液pH值为6～7为止；

3)将步骤2)得到的活性炭加入盛有碱水溶液的第二反应器，搅拌混合后静置10～30h，然后过滤掉碱水溶液；

4)将步骤3)得到的活性炭加入第三反应器中，放入马弗炉，在350～450℃下活化20～40min，然后冷却至室温即为改性的椰子壳活性炭。

进一步的，所述的消解液由高氯酸和硝酸组成，所述的高氯酸和硝酸的体积比为100：850～1000；所述的高氯酸的ρ₂₀＝1.67g/mL；所述的硝酸的ρ₂₀＝1.42g/mL。

进一步的，所述的碱水溶液中含有氢氧化钾，所述的氢氧化钾的质量百分比浓度为30～50％。

本发明还提供了通过上述改性的方法获得的椰子壳活性炭在采集与检测萘或者联苯中的用途。

本发明通过化学方法对20-40目的椰子壳活性炭进行改性处理。使之在解吸效率、穿透容量、通气阻力和萘及联苯的空白值方面均能满足工作场所空气中萘和联苯采集与检测需求。

本发明的椰子壳活性炭改性方法过程简单，可操作性强，成本低。按照此方法制备的椰子壳活性炭封装入玻璃管，制成溶剂解吸型活性炭管，各方面性能均能满足工作场所空气中萘和联苯采集与检测需求。

本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明针解决了现有技术中的20-40目椰子壳活性炭对萘和联苯解吸效率过低的问题。通过改性后，本发明使椰子壳活性炭上萘和联苯的解吸效率和空白值，以及使用该改性椰子壳活性炭制作的活性炭管在穿透容量、通气阻力，四方性能均满足《作业场所空气采样仪器的技术规范》(GB/T17061-1997)和《职业卫生标准制定指南第四部分：工作场所空气中化学物质测定方法》(GBZ/T210.4-2008)的要求。

附图说明

图1是本发明一种椰子壳活性炭的改性方法的工艺流程图。

图2是溶剂解吸型活性炭管示意图。

图3是活性炭管通气阻力实验仪器连接示意图。

图4是改性后椰子壳活性炭空白试验检测结果。

图5是吸附有萘和联苯的活性炭解吸后的检测结果。

图6是改性后的20-40目活性炭电镜扫描结果。

图7是改性前的20-40目活性炭电镜扫描结果。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明作进一步的详细描述。

实施例1本发明一种改性的椰子壳活性炭的制备方法

如图1所示，取15g椰子壳活性炭颗粒(20-40目)，将其置于反应容器中，放入马弗炉400℃加热30min，取出并冷却至室温后，加入消解液100mL(消解液：将100mL高氯酸(ρ₂₀＝1.67g/mL)加入900mL硝酸(ρ₂₀＝1.42g/mL)中，混合制备)，于200℃下消解1h。冷却至室温后过滤消解液，用去离子水洗涤活性炭洗涤至洗涤液pH值为6～7为止。将得到的活性炭加入盛有KOH(40％)水溶液100mL的第二反应器，搅拌混合后静置24h，然后过滤掉KOH水溶液。将碱液处理的活性炭加入第三反应器中，放入马弗炉，在400℃下活化30min，然后冷却至室温。由于活性炭上有碱液残留，使用马弗炉火化后活性炭增重至23.6g。100mg和50mg椰子壳活性炭经处理后分别增重至157mg和79mg。因此分别称取157mg和79mg活性炭，按照溶剂解吸型活性炭管的制作要求，制作成活性炭管样品备用(图2)。

实施例2

利用本发明改性椰子壳活性炭制得的溶剂解吸型活性炭管进行性能测试，主要技术参数为解吸效率、穿透容量、通气阻力和萘及联苯的空白值。通过下述实验对各技术参数分别进行说明。

(1)改性后椰子壳活性炭解吸效率实验

按照GBZ/T210.4-2008固体吸附剂管解吸效率的实验要求，利用气相色谱仪的进样口，对用微量注射器加注的萘和联苯的二硫化碳溶液进行加热气化，以200mL/min的氮气流量吹送气化样品从出气口导出，模拟实际采样过程，然后分别用未改性和改性后活性炭制备的溶剂解吸型活性炭管进行模拟采样。(气相色谱仪：上海科创色谱仪器有限公司，GC9800)

采样后将活性炭管前管(图2)的椰子壳活性炭倒入解吸瓶，加入1mL二硫化碳解吸30min，然后使用气相色谱仪进行检测。具体试验数据见表1、表2。

表1 改性后的椰子壳活性炭制作的活性炭管采样后样品的解吸率

表2 未改性的椰子壳活性炭制作的活性炭管采样后样品的解吸率

经过改性后的椰子壳活性炭对萘和联苯的平均解吸效率分别为79.3％和83.3％，满足GBZ/T210.4-2008对固体吸附剂解吸效率不小于75％的要求。而未改性的椰子壳活性炭对萘和联苯的平均解吸效率仅为36.0％和37.2％。(气相色谱仪：Agilent气象色谱仪7890B，进样口200℃，载气流速2.5mL/min，柱温150℃，保留时间3min，FID检测器，检测器温度250℃；色谱柱：HP-530m*320μm*0.25μm)

(2)溶剂解吸型活性炭管前管穿透容量实验

利用与活性炭解吸效率实验相同装置进行活性炭管前管穿透容量实验，在进样口使用微量注射器加注萘和联苯的二硫化碳溶液。当萘和联苯的进样量分别为5mg时，后管活性炭经解吸，萘和联苯的含量均小于检出限，因此使用改性后的椰子壳活性炭制作的溶剂解吸型活性炭管穿透容量要求符合《作业场所空气采样仪器的技术规范》(GB/T17061-1997)穿透容量不低于1mg的要求。

(3)活性炭管通气阻力实验

将盛有改性后椰子壳活性炭的活性炭管与采样器和压力测量仪连接，连接方式见图3。采样器的采样气体流量定为200mL/min，经测定活性炭管的通气阻力为2.529kPa～2.776kPa，符合作业场所空气采样仪器的技术规范(GB/T17061-1997)活性炭管通气阻力2kPa～4kPa的要求。(采样器：浙江恒达仪器仪表有限公司，ZC-Q便携大气采样器；压力测量仪：德图testo 435-4多功能测量仪)。

(4)活性炭中萘和联苯的空白值实验

对使用改性后的椰子壳活性炭制作的活性炭管中的活性炭使用二硫化碳进行解吸，其测试结果见图4，萘和联苯含量均小于方法检出限，因此适用于工作场所空气中萘和联苯的采集和检测。图5为吸附了萘和联苯的活性炭解吸后的对比图，萘和联苯的保留时间分别为2.542min和4.945min。

本发明所制备的改性20-40目椰子壳活性炭的扫描电镜图片如图6所示。可以看出经改性后活性炭表面的部分孔道被堵塞，使萘和联苯只能进入中孔，有效降低了活性炭对两种有机物的吸附能力，使其在二硫化碳溶液中的解吸效率明显提高。而在未改性的活性炭表面(图7)，孔道明显通畅，且存在大量微孔，比表面积大，对萘和联苯的吸附能力强，从而导致解吸效率低下，增加了对两种物质的测量不确定度。(扫描电镜：日立，S4800)

Claims (3)

1.一种椰子壳活性炭的改性方法，其特征在于包括如下步骤：

取20-40目的椰子壳活性炭置于第一反应器中，然后放入马弗炉中350~450℃加热氧化20~40min，冷却至室温后加入消解液，在150~250℃下消解0.5~2h，所述的消解液由高氯酸和硝酸组成，所述的高氯酸和硝酸的体积比为100：850~1000；所述的高氯酸的ρ20=1.67g/mL；所述的硝酸的ρ20=1.42g/mL；

过滤分离经步骤1）处理后的活性炭，用去离子水洗涤，活性炭洗涤到洗涤液pH值为6～7为止；

将步骤2）得到的活性炭加入盛有碱水溶液的第二反应器，搅拌混合后静置10~30h，然后过滤掉碱水溶液；

将步骤3）得到的活性炭加入第三反应器中，放入马弗炉，在350~450℃下活化20~40min，然后冷却至室温即为改性的椰子壳活性炭。

2.根据权利要求1所述的一种椰子壳活性炭的改性方法，其特征在于：所述的碱水溶液中含有氢氧化钾，所述的氢氧化钾的质量百分比浓度为30~50%。

3.通过权利要求1所述的方法获得的椰子壳活性炭在采集与检测萘或者联苯中的用途。