CN108144583A - 一种新型除甲醛活性炭的制备方法 - Google Patents

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韩燚
孙海燕
江腾腾
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Abstract

本发明公开了一种新型除甲醛活性炭的制备方法，先将活性炭与石墨烯、表面助剂分散至溶剂中，形成混合溶液；然后将混合溶液利用水热法进行处理，过滤再将过滤产物进行真空热处理，即可得到新型除甲醛活性炭。本发明提供的方法工艺简单，操作简便，制得的产品具有优异的除甲醛效能，60min时甲醛去除率可达95％以上，相较于传统未处理活性炭的除甲醛能力提高了50％以上，提高了甲醛去除效率，有效改善了空气质量。

Description

一种新型除甲醛活性炭的制备方法
所属技术领域
本发明涉及活性炭基复合材料领域，尤其是一种新型除甲醛活性炭的制备方法。
背景技术
活性炭材料是经过加工处理所得的无定形碳，具有较大的比表面积，其除甲醛能力取决于活性炭孔径结构的发达程度。现在市场上销售的除甲醛活性炭，60min内的甲醛去除率为40-60％，甲醛去除率不高，甲醛隐患比较大。
石墨烯是一种单一的原子层，包括石墨烯、单层氧化石墨烯、双层氧化石墨烯、多层氧化石墨烯等等，其横向尺寸可以扩展至几十微米，比表面积非常高，在甲醛吸附方面具有非常大的优势。现在市场上销售的石墨烯活性炭复合材料只是利用活性炭发达的空隙结构，将石墨烯吸附到活性炭的表面，获得均匀分散、比表面积高的活性炭空气滤材，这样得到的复合材料上的石墨烯容易脱落，且不稳定。
针对上述情况，本发明利用原位反应的方法通过一些表面助剂将石墨烯接枝到活性炭表面，使石墨烯不再通过简单的物理作用吸附到活性炭表面，结合更加牢固；再通过真空高温热处理将表面助剂烧成新的微孔结构，如此一来，活性炭复合材料具备三种微孔结构，分别是活性炭本身的微孔结构、石墨烯优异的比表面积、表面助剂烧成的微孔结构；表面助剂都是一些通过原位反应将石墨烯接枝到活性炭表面的有机物，且能通过高温烧结的方法形成新的多孔材料。如此一来，活性炭复合材料比表面积非常优异，去甲醛能力达到意想不到的技术效果。
CN201610122985.4公开了一种以活性炭、石墨烯复合物作为载体的碳基功能材料，可用于有毒有害气体的净化、废气处理等，其制备方法为，将氧化石墨烯水溶液、活性炭和表面活性剂及其他材料按比例搅拌混合，而后进行水热反应，将反应后的混合液经过过滤、离心工艺进行固液分离，分离后的固体进行干燥处理，得到前驱物，最后经煅烧处理，得到最终的碳基功能材料。此发明成分复杂、工艺繁多，不适用于空气中甲醛分子的去除。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型除甲醛活性炭的制备方法，其过程简单，可重复性好，成本低廉。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种新型除甲醛活性炭的制备方法，其特征在于：包括以下步骤
(1)将活性炭与石墨烯、表面助剂分散至溶剂中，形成混合溶液；其中活性炭与石墨烯的质量比为10～10000:1；活性炭与表面助剂的质量比为10～10000:1；石墨烯的浓度为0.1g/L-10g/L；表面助剂的浓度为0.1g/L-10g/L。
(2)将混合溶液利用水热法进行处理，然后将水热反应的产物进行过滤，将过滤产物500-1000℃真空热处理30min-24h，即可得到新型除甲醛活性炭；所述水热法处理为：将混合溶液在20℃-100℃下搅拌30min-3h，搅拌速率是50r/min-1000r/min。
进一步地，步骤(1)中所述的石墨烯是石墨烯、单层氧化石墨烯、双层氧化石墨烯、多层氧化石墨烯、膨胀石墨的一种或几种。
进一步地，步骤(1)中所述的表面助剂是钛酸乙酯、钛酸丁酯、钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、十二烷基磺酸钠、多巴胺、聚乙烯吡络烷酮、硬脂酸、三乙醇胺盐、季铵盐的一种或几种。
进一步地，步骤(1)中所述的溶剂是水、甲醇、乙醇、异丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜等的一种或几种。
本发明通过表面助剂将石墨烯接枝在活性炭表面，通过高温真空热处理水热产物将表面助剂烧成新的微孔结构，从而形成最终的活性炭复合材料，三种碳材料相互配伍，三种微结构共同作用，使得活性炭复合材料在60min之内的除甲醛率达到95％以上，相较于传统未处理活性炭的除甲醛能力提高了50％以上，带来了意想不到的技术效果。
具体实施方式
下面结合实施例进一步详述本发明，但本发明不仅限于所述实施例。
实施例1：
首先，将100.0g活性炭与10.0g石墨烯、10.0g钛酸丁酯分散至1000mL异丙醇中，形成混合溶液，将混合溶液在90℃下搅拌40min，搅拌速率是200r/min，然后将水热反应的产物进行过滤，将过滤产物600℃下真空热处理10h，即可得到新型除甲醛活性炭。
实施例2：
首先，将100.0g活性炭与0.1g石墨烯、0.5g膨胀石墨、1.0g聚乙烯吡咯烷酮分散至1000mL甲醇中，形成混合溶液，将混合溶液在30℃下搅拌30min，搅拌速率是200r/min，然后将水热反应的产物进行过滤，将过滤产物800℃下真空热处理8h，即可得到新型除甲醛活性炭。
实施例3：
首先，将10.0g活性炭与1.0g石墨烯、0.1g十二烷基磺酸钠分散至10L水、甲醇、乙醇异丙醇(v/v/v/v＝1:1:1:1)混合溶剂中，形成混合溶液，将混合溶液在20℃下搅拌3h，搅拌速率是400r/min，然后将水热反应的产物进行过滤，将过滤产物500℃下真空热处理12h，即可得到新型除甲醛活性炭。
实施例4：
首先，将1000.0g活性炭与0.1g石墨烯、0.1g酞酸丁酯分散至1000mL水、甲醇、乙醇异丙醇(v/v/v/v＝1:1:1:1)混合溶剂中，形成混合溶液，将混合溶液在200℃下搅拌30min，搅拌速率是50r/min，然后将水热反应的产物进行过滤，将过滤产物500℃下真空热处理12h，即可得到新型除甲醛活性炭。
对比例1：
不经过任何处理的活性炭。
实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、对比例1的新型除甲醛活性炭的除甲醛如下：(检测仪器：1m3箱体，甲醛测试0-10ppm，干湿度测试仪，加热器，罄空气车载净化机；测试环境：25℃，相对湿度75％±1％。)
从上表可以看出，本发明通过石墨烯对活性炭的改性，使得活性炭的除甲醛能力得到大幅度提高，带来了意想不到的技术效果。

Claims (4)

1.一种新型除甲醛活性炭的制备方法，其特征在于：包括以下步骤
(1)将活性炭与石墨烯、表面助剂分散至溶剂中，形成混合溶液；其中活性炭与石墨烯的质量比为10～10000:1；活性炭与表面助剂的质量比为10～10000:1；石墨烯的浓度为0.1g/L-10g/L；表面助剂的浓度为0.1g/L-10g/L。
(2)将混合溶液利用水热法进行处理，然后将水热反应的产物进行过滤，将过滤产物500-1000℃真空热处理30min-24h，即可得到新型除甲醛活性炭；所述水热法处理为：将混合溶液在20℃-100℃下搅拌30min-3h，搅拌速率是50r/min-1000r/min。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的石墨烯是石墨烯、单层氧化石墨烯、双层氧化石墨烯、多层氧化石墨烯、膨胀石墨的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的表面助剂是多巴胺、聚乙烯吡络烷酮、钛酸异丙酯、十二烷基磺酸钠、钛酸丁酯、硬脂酸、钛酸乙酯、三乙醇胺盐、钛酸四丁酯、季铵盐的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的溶剂是水、甲醇、乙醇、异丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜等的一种或几种。
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