CN106732398A - 一种提高炭球‑活性炭复合材料甲苯吸附量的改性方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高炭球‑活性炭复合材料甲苯吸附量的改性方法，采用水热法制备得到炭球‑活性炭复合材料，水热反应介质为葡萄糖溶液。称取一定量烘干的炭球‑活性炭复合材料，按照一定的质量与硝酸混合，混合物加入到具塞锥形瓶中，采用超声技术处理。本发明改性工艺绿色、高效，使炭球‑活性炭复合材料的甲苯吸附量从39.19mg/g增加到143.15mg/g，表面羟基含量从27.18％增加到30.85％、羧基含量从9.23％增加到10.7％。

Description

一种提高炭球-活性炭复合材料甲苯吸附量的改性方法
技术领域
本发明属于炭质材料应用技术领域，主要涉及一种提高炭球-活性炭复合材料甲苯吸附量的改性方法。
背景技术
活性炭是一种优良的吸附材料，具有稳定的理化性质、优异的吸附性能以及良好的热稳定性等，被广泛的应用于环保、医药、食品等众多领域中。活性炭的吸附性能与其丰富的口结构、巨大的比表面积以及表面化学官能团有关。活性炭的比表面积与孔径结构分布是影响其物理吸附的主要因素，而表面化学官能团的种类和数量则是影响其化学吸附的主要因素。研究表明，通过调节活性炭表面化学官能团的种类和数量，不仅能够增强其吸附性能，也能够提高活性炭的吸附稳定性。
将含有羟基官能团丰富的炭球嫁接于活性炭表面，能够有效的增加材料的表面官能团，更好的发挥物理吸附和化学吸附的协同效应。但是，炭球的负载对活性炭孔结构和比表面积产生严重的影响，使其急剧降低，进而影响了其吸附性能。本发明将水热法制备得到的炭球-活性炭复合材料进行表面改性，通过增加其比表面积和表面官能团团的数量提高对甲苯的吸附量，工艺高效、绿色。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高炭球-活性炭复合材料甲苯吸附量的改性方法，具有高效、绿色的优点。
本发明提供一种提高炭球-活性炭复合材料甲苯吸附量的改性方法，将水热法制备得到的炭球-活性炭复合材料通过改性剂进行表面改性，通过增加比表面积和表面官能团的数量提高对甲苯的吸附量；水热反应介质为葡萄糖溶液，改性剂为硝酸。
所述的一种提高炭球-活性炭复合材料甲苯吸附量的改性方法，包括以下步骤：
第一步，炭球-活性炭复合材料的制备：通过水热法，在高温高压下将葡萄糖乳化、聚合、炭化形成含有丰富羟基官能团的炭球并将炭球负载于活性炭表面和孔道内，制备得到炭球-活性炭复合材料；
第二步，活性炭表面改性处理：利用改性剂的腐蚀和氧化作用，进一步增加比表面积和表面官能团的数量，提高对甲苯的吸附量。
所述的葡萄糖溶液的浓度为0.5～1.5mol/L。
活性炭与硝酸的质量比为1:3～6。
水热反应和改性处理均采用超声辅助反应，时间为1～3h。
有益效果：
1.采用硝酸进行表面改性，通过表面的氧化还原反应有效提高表面官能团的数量，显著提高炭球-活性炭复合材料的甲苯吸附量，从39.19mg/g增加到143.15mg/g(提高3.7倍)，表面羟基含量从27.18％增加到30.85％、羧基含量从9.23％增加到10.7％。。
2.本改性方法工艺高效、绿色，效果显著。
附图说明
图1为炭球-活性炭复合材料甲苯吸附量图。
图2为炭球-活性炭复合材料表面官能团分析图。
具体实施方式
一种提高炭球-活性炭复合材料甲苯吸附量的改性方法，具体步骤如下：
(1)采用水热法制备得到炭球-活性炭复合材料。将木质颗粒活性炭(粒径2-4mm)，经超声预处理之后，在110℃下烘干备用。准确称取预处理后的木质颗粒活性炭1.0g，加入50mL一定浓度的葡萄糖溶液中，在25℃下超声一定时间，然后在25℃水浴中震荡。然后将活性炭-葡萄糖混合液倒入250mL高压釜中于160℃下反应2.5h，冷却至室温后醇洗、水洗至中性并烘干。
(2)改性方法。称取一定量烘干的炭球-活性炭复合材料，按照一定的质量与硝酸混合，混合物加入到具塞锥形瓶中，采用超声技术处理，在30℃下处理1h。之后水洗至中性，烘干。
本发明改性工艺绿色、高效，使炭球-活性炭复合材料的甲苯吸附量从39.19mg/g增加到143.15mg/g(提高3.7倍)，同时比表面积从75.4m2/g增加到360.9m2/g，表面羟基含量从27.18％增加到30.85％、羧基含量从9.23％增加到10.7％。
实例1：
准确称取预处理后的木质颗粒活性炭1.0g，加入50mL浓度为1.0mol/L的葡萄糖溶液中，在25℃下超声1h，然后在25℃水浴中震荡24h。将活性炭-葡萄糖混合液倒入250mL高压釜中于160℃下反应2.5h，冷却至室温后醇洗、水洗至中性并烘干。炭球-活性炭复合材料的甲苯吸附量为39.19mg/g。
实施例2：
准确称取预处理后的木质颗粒活性炭1.0g，加入50mL浓度为0.5mol/L的葡萄糖溶液中，在25℃下超声1h，然后在25℃水浴中震荡12h。将活性炭-葡萄糖混合液倒入250mL高压釜中于160℃下反应2.5h，冷却至室温后醇洗、水洗至中性并烘干。称取一定量烘干的样品，按照活性炭与硝酸质量比为1:4加入硝酸，在30℃下超声1h。之后水洗至中性，烘干。炭球-活性炭复合材料的甲苯吸附量从39.19mg/g增加到105.60mg/g。
实施例3：
准确称取预处理后的木质颗粒活性炭1.0g，加入50mL浓度为1.0mol/L的葡萄糖溶液中，在25℃下超声1h，然后在25℃水浴中震荡24h。将活性炭-葡萄糖混合液倒入250mL高压釜中于160℃下反应2.5h，冷却至室温后醇洗、水洗至中性并烘干。称取一定量烘干的样品，按照活性炭与硝酸质量比为1:4加入硝酸，在30℃下超声1h。之后水洗至中性，烘干。炭球-活性炭复合材料的甲苯吸附量从39.19mg/g增加到120.85mg/g。
实施例4：
准确称取预处理后的木质颗粒活性炭1.0g，加入50mL浓度为1.0mol/L的葡萄糖溶液中，在25℃下超声2h，然后在25℃水浴中震荡24h。将活性炭-葡萄糖混合液倒入250mL高压釜中于160℃下反应2.5h，冷却至室温后醇洗、水洗至中性并烘干。称取一定量烘干的样品，按照活性炭与硝酸质量比为1:5加入硝酸，在30℃下超声1h。之后水洗至中性，烘干。炭球-活性炭复合材料的甲苯吸附量从39.19mg/g增加到128.15mg/g。
实施例5：
准确称取预处理后的木质颗粒活性炭1.0g，加入50mL浓度为1.0mol/L的葡萄糖溶液中，在25℃下超声1h，然后在25℃水浴中震荡24h。将活性炭-葡萄糖混合液倒入250mL高压釜中于160℃下反应2.5h，冷却至室温后醇洗、水洗至中性并烘干。称取一定量烘干的样品，按照活性炭与硝酸质量比为1:3加入硝酸，在30℃下超声1h。之后水洗至中性，烘干。炭球-活性炭复合材料的甲苯吸附量从39.19mg/g增加到97.34mg/g。
实施例6：
准确称取预处理后的木质颗粒活性炭1.0g，加入50mL浓度为1.0mol/L的葡萄糖溶液中，在25℃下超声1h，然后在25℃水浴中震荡24h。将活性炭-葡萄糖混合液倒入250mL高压釜中于160℃下反应2.5h，冷却至室温后醇洗、水洗至中性并烘干。称取一定量烘干的样品，按照活性炭与硝酸质量比为1:5加入硝酸，在30℃下超声3h。之后水洗至中性，烘干。炭球-活性炭复合材料的甲苯吸附量从39.19mg/g增加到143.15mg/g。
实施例7：
准确称取预处理后的木质颗粒活性炭1.0g，加入50mL浓度为1.5mol/L的葡萄糖溶液中，在25℃下超声2h，然后在25℃水浴中震荡12h。将活性炭-葡萄糖混合液倒入250mL高压釜中于160℃下反应2.5h，冷却至室温后醇洗、水洗至中性并烘干。称取一定量烘干的样品，按照活性炭与硝酸质量比为1:5加入硝酸，在30℃下超声1h。之后水洗至中性，烘干。炭球-活性炭复合材料的甲苯吸附量从39.19mg/g增加到129.75mg/g。
实施例8：
准确称取预处理后的木质颗粒活性炭1.0g，加入50mL浓度为1.0mol/L的葡萄糖溶液中，在25℃下超声1h，然后在25℃水浴中震荡24h。将活性炭-葡萄糖混合液倒入250mL高压釜中于160℃下反应2.5h，冷却至室温后醇洗、水洗至中性并烘干。称取一定量烘干的样品，按照活性炭与硝酸质量比为1:4加入硝酸，在30℃下超声2h。之后水洗至中性，烘干。炭球-活性炭复合材料的甲苯吸附量从39.19mg/g增加到122.10mg/g。

Claims (5)

1.一种提高炭球-活性炭复合材料甲苯吸附量的改性方法，其特征在于，将水热法制备得到的炭球-活性炭复合材料通过改性剂进行表面改性，通过增加比表面积和表面官能团的数量提高对甲苯的吸附量；水热反应介质为葡萄糖溶液，改性剂为硝酸。
2.如权利要求1所述的一种提高炭球-活性炭复合材料甲苯吸附量的改性方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，炭球-活性炭复合材料的制备：通过水热法，在高温高压下将葡萄糖乳化、聚合、炭化形成含有丰富羟基官能团的炭球并将炭球负载于活性炭表面和孔道内，制备得到炭球-活性炭复合材料；
第二步，活性炭表面改性处理：利用改性剂的腐蚀和氧化作用，进一步增加比表面积和表面官能团的数量，提高对甲苯的吸附量。
3.如权利要求1所述的一种提高炭球-活性炭复合材料甲苯吸附量的改性方法，其特征在于，所述的葡萄糖溶液的浓度为0.5～1.5mol/L。
4.如权利要求1或2所述的一种提高炭球-活性炭复合材料甲苯吸附量的改性方法，其特征在于，活性炭与硝酸的质量比为1:3～6。
5.如权利要求2所述的一种提高炭球-活性炭复合材料甲苯吸附量的改性方法，其特征在于，水热反应和改性处理均采用超声辅助反应，时间为1～3h。
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