CN110237822A - 一种活性炭的环保疏水改性方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于吸附材料制备技术领域，公开了一种活性炭的环保疏水改性方法。将活性炭置于80～120℃的烘箱中处理2～6h进行除水预处理，然后将除水预处理的活性炭浸渍于无水乙醇溶液中，滴加浓硫酸作为催化剂，将整个反应系统密封后置于40～77℃烘箱中加热处理1～6h，所得活性炭用乙醇洗涤至中性，并置于80～120℃的烘箱中干燥2～6h，即得到改性后的疏水活性炭。本发明的处理方法成本低廉、操作简便、反应条件要求较低、对炭材料固有结构影响较小、绿色环保，所得改性活性炭在高湿环境下活性炭对VOCs具有良好的吸附性能，大大减少了高湿环境中有机废气的处理成本。

Description

一种活性炭的环保疏水改性方法
技术领域
本发明属于吸附材料制备技术领域，具体涉及一种活性炭的环保疏水改性方法。
背景技术
活性炭吸附法是一种在工业上广泛使用的处理有机废气(VOCs)的方法，但其在高湿环境下容易吸附水蒸气，从而降低其对VOCs的吸附性能。对活性炭表面官能团进行改性处理，减少其中的亲水基团可进一步提高其疏水性能，从而提高了其在高湿条件下的吸附性能。在提高活性炭疏水性方面已有相关专利申请，参阅：发明专利201410540567.8“一种疏水活性炭改性材料的制备方法”；发明专利201310223296.9“一种超疏水型活性炭的制备方法”；发明专利201810263723.9“一种疏水型活性炭的制备方法”。这些方法都能有效的提高活性炭的疏水性，然而存在成本较高、工艺流程复杂、反应条件较为严苛、对炭孔结构产生影响甚至是破坏等不足。因此探索一种成本低廉、操作简便、反应条件要求较低、对炭材料固有结构影响较小、绿色环保且在高湿环境下具有较好吸附性能的活性炭是十分必要的。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种活性炭的环保疏水改性方法。该方法成本低廉、操作简便、反应条件要求较低、对炭材料固有结构影响较小、绿色环保且所得改性活性炭在高湿环境下对VOCs具有较好吸附性能。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种活性炭的环保疏水改性方法，包括如下步骤：
(1)将活性炭置于80～120℃的烘箱中处理2～6h进行除水预处理；
(2)将步骤(1)除水预处理的活性炭浸渍于无水乙醇溶液中，滴加浓硫酸作为催化剂，将整个反应系统密封后置于40～77℃烘箱中加热处理1～6h；
(3)将步骤(2)处理后的活性炭用乙醇洗涤至中性，并置于80～120℃的烘箱中干燥2～6h，即得到改性后的疏水活性炭。
优选地，所述无水乙醇溶液的质量浓度≥99.5％。
优选地，所述浓硫酸的质量浓度≥98％。
本发明的基本原理是，通过消除活性炭表面官能团包括但不限于羧基、酚羟基等可与水分子形成氢键的亲水含氧基团，从而提高活性炭的疏水性。通过羧基和乙醇的酯化反应和酚羟基和乙醇的脱水缩合反应，减少活性炭表面羧基和酚羟基的含量，从而提高其疏水性。
本发明的优点是：成本低廉、操作简便、反应条件要求较低、对炭材料固有结构影响较小、绿色环保，所得改性活性炭在高湿环境下活性炭对VOCs具有良好的吸附性能，大大减少了高湿环境中有机废气的处理成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)对5g活性炭样品进行除水预处理，将其置于80℃的烘箱中处理2h。
(2)将上述进行除水预处理的活性炭样品浸渍于20ml浓度≥99.5％无水乙醇溶液中，滴加1ml浓度≥98％浓硫酸作为催化剂，将整个反应系统密封后置于40℃烘箱中加热处理1h。
(3)将制得的具有疏水性活性炭样品用乙醇洗涤至中性，并置于80℃的烘箱中干燥2h，即得到改性后的疏水活性炭。
对疏水改性后的活性炭进行吸附性能的评价，具体操作方法为将浓度为120ppm(约492.8mg/m3)相对湿度为80％的甲苯通入近1g的活性炭样品中，停留时间为1s，通过气相色谱仪(GC)测其尾气浓度，当浓度大于初始浓度的5％即6ppm(约24.6mg/m3)时为活性炭被穿透，通过活性炭的穿透时间来评价其在高湿环境下的吸附性能。
实施例2
(1)对5g活性炭样品进行除水预处理，将其置于100℃的烘箱中处理4h。
(2)将上述进行除水预处理的活性炭样品浸渍于20ml浓度≥99.5％无水乙醇溶液中，滴加1ml浓度≥98％浓硫酸作为催化剂，将整个反应系统密封后置于70℃烘箱中加热处理3h。
(3)将制得的具有疏水性活性炭样品用乙醇洗涤至中性，并置于100℃的烘箱中干燥4h，即得到改性后的疏水活性炭。
对疏水改性后的活性炭进行吸附性能的评价，具体操作方法为将浓度为120ppm(约492.8mg/m3)相对湿度为80％的甲苯通入近1g的活性炭样品中，停留时间为1s，通过气相色谱仪(GC)测其尾气浓度，当浓度大于初始浓度的5％即6ppm(约24.6mg/m3)时为活性炭被穿透，通过活性炭的穿透时间来评价其在高湿环境下的吸附性能。
实施例3
(1)对5g活性炭样品进行除水预处理，将其置于120℃的烘箱中处理6h。
(2)将上述进行除水预处理的活性炭样品浸渍于20ml浓度≥99.5％无水乙醇溶液中，滴加1ml浓度≥98％浓硫酸作为催化剂，将整个反应系统密封后置于77℃烘箱中加热处理6h。
(3)将制得的具有疏水性活性炭样品用乙醇洗涤至中性，并置于120℃的烘箱中干燥6h，即得到改性后的疏水活性炭。
对疏水改性后的活性炭进行吸附性能的评价，具体操作方法为将120ppm(约492.8mg/m3)相对湿度为80％的甲苯通入近1g的活性炭样品中，停留时间为1s，通过气相色谱仪(GC)测其尾气浓度，当浓度大于初始浓度的5％即6ppm(约24.6mg/m3)时为活性炭被穿透，通过活性炭的穿透时间来评价其在高湿环境下的吸附性能。
以上实施例所得疏水改性后的活性炭进行吸附性能的评价结果如下表1所示：
表1
活性炭 饱和吸水量(g/g) 穿透时间(min/g)
未处理 1.05 ＜8
实施例1 1.03 8
实施例2 0.91 96
实施例3 0.76 120
由以上结果可以看出，本发明所得疏水改性后的活性炭在高湿环境下活性炭对VOCs具有良好的吸附性能，大大减少了高湿环境中VOCs的处理成本。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种活性炭的环保疏水改性方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将活性炭置于80～120℃的烘箱中处理2～6h进行除水预处理；
(2)将步骤(1)除水预处理的活性炭浸渍于无水乙醇溶液中，滴加浓硫酸作为催化剂，将整个反应系统密封后置于40～77℃烘箱中加热处理1～6h；
(3)将步骤(2)处理后的活性炭用乙醇洗涤至中性，并置于80～120℃的烘箱中干燥2～6h，即得到改性后的疏水活性炭。
2.根据权利要求1所述的一种活性炭的环保疏水改性方法，其特征在于：所述无水乙醇溶液的质量浓度≥99.5％。
3.根据权利要求1所述的一种活性炭的环保疏水改性方法，其特征在于：所述浓硫酸的质量浓度≥98％。
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