CN110732316B - 活性炭吸附材料、其制备方法及其在催化分解有机污染物领域中的应用 - Google Patents

活性炭吸附材料、其制备方法及其在催化分解有机污染物领域中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种活性炭吸附材料、其制备方法及其在催化分解有机污染物领域中的应用。该制备方法包括：将丙烯酸类低聚物分为两部分；将含锰催化剂与部分丙烯酸类低聚物进行络合反应，得到络合产物体系；使偶联剂、剩余丙烯酸类低聚物及活性炭进行第一接枝反应，得到改性活性炭；及对络合产物体系与改性活性炭进行研磨，以进行第二接枝反应，得到活性炭吸附材料。采用上述制备方法制得的活性炭吸附材料中含有对有机污染物具有催化分解作用的含锰催化剂，同时研磨过程中还使得上述活性炭吸附材料具有优异的吸附性能，因而本申请提供的活性炭兼具较高的吸附性能和催化分解有机污染物性能。

Description

活性炭吸附材料、其制备方法及其在催化分解有机污染物领 域中的应用
技术领域
本发明涉及空气净化领域，具体而言，涉及一种活性炭吸附材料、其制备方法及其在催化分解有机污染物领域中的应用。
背景技术
甲醛是无色气体，有特殊的刺激气味，对人眼、鼻等有刺激作用。甲醛的主要危害表现为对皮肤粘膜的刺激作用，在室内达到一定浓度时，人就有不适感。大于0.08mg/m3的甲醛浓度可引起眼红、眼痒、咽喉不适或疼痛、声音嘶哑、喷嚏、胸闷、气喘、皮炎等。新装修的房间甲醛含量较高，是众多疾病的主要诱因。甲醛是家庭室内污染第一污染物，且危害性极大。人们平均每天绝大多数的时间是在室内度过，因此室内空气质量直接影响着人们的生活健康。
治理室内甲醛污染已经刻不容缓，治理室内空气甲醛污染的方法有很多，其中，光触媒除甲醛、空气净化器除甲醛、活性炭除甲醛等方法是最常用的方法。光触媒因为需要紫外光源以及成本高昂和时效性差等因素在使用过程中受到诸多限制，空气净化器除甲醛以及活性炭除甲醛基本上都是依赖高吸附性能的活性炭，这使得人们竞相开发高吸附活性炭。但是活性炭吸附饱和之后，部分甲醛有脱离活性炭造成二次污染的可能。因此，开发具有催化分解甲醛功能的高吸附活性炭成为了研究热点，遗憾的是，目前只有较少的催化分解甲醛的活性炭问世，但是催化分解性能都较弱。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种活性炭吸附材料、其制备方法及其在催化分解有机污染物领域中的应用，以解决现有的活性炭对甲醛的催化分解性能较差的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种活性炭吸附材料的制备方法，该制备方法包括：将丙烯酸类低聚物分为两部分；将含锰催化剂与部分丙烯酸类低聚物进行络合反应，得到络合产物体系；使偶联剂、剩余丙烯酸类低聚物及活性炭进行第一接枝反应，得到改性活性炭；及对络合产物体系与改性活性炭进行研磨，以进行第二接枝反应，得到活性炭吸附材料。
进一步地，上述络合反应包括：将含锰催化剂、部分丙烯酸类低聚物及溶剂进行研磨，得到络合产物体系；优选地，研磨过程中使用的研磨装置为行星卧式球磨机；优选地，研磨过程中使用的研磨装置的转速为300～540r/min，研磨时间为120～240min；优选地，溶剂选自乙醇、丙酮、环己烷和甲苯组成的组中的一种或多种。
进一步地，丙烯酸类低聚物的聚合度为300～2000；优选地，丙烯酸类低聚物选自丙烯酸甲酯低聚物、丙烯酸乙酯低聚物、2-甲基丙烯酸甲酯低聚物和2-甲基丙烯酸乙酯低聚物组成的组中的一种或多种。
进一步地，第一接枝反应包括：在偶联剂的水溶液中，添加占活性炭重量的1～5wt％丙烯酸类低聚物，得到混合液：及在搅拌下，将活性炭与混合液混合并烘干，得到改性活性炭；优选地，偶联剂的水溶液的重量百分含量为5～10％。
进一步地，烘干步骤的温度为50～65℃。
进一步地，搅拌步骤的转速为60～90r/min。
进一步地，络合产物体系与改性活性炭的重量比为1:(10～50)。
进一步地，第二接枝反应中，研磨转速为30～50r/min，研磨时间为120～180min；优选地，第二接枝反应中采用的研磨装置为卧式球磨机。
进一步地，含锰催化剂为钛酸锰。
进一步地，偶联剂选自多聚磷酸铵、叠氮化合物和聚乳酸低聚物组成的组中的一种或多种。
本申请另一方面还提供了一种活性炭吸附材料，活性炭吸附材料采用上述制备方法制得。
本申请又一方面还提供了一种上述活性炭吸附材料在催化分解有机污染物领域中的应用。
应用本发明的技术方案，丙烯酸类低聚物是一种粘弹体，极易粘附在含锰催化剂的表面。含锰催化剂对甲醛具有催化分解作用。上述制备方法中，含锰催化剂与丙烯酸类低聚物极易发生配位，因而在络合反应过程中，含锰催化剂与丙烯酸类低聚物混合后，丙烯酸类低聚物与含锰催化剂之间形成配位键，并在粘附含锰催化剂的表面。在偶联剂的桥联用下，将丙烯酸类低聚物接枝到活性炭的表面，形成改性活性炭；然后在研磨的作用下，络合产物体系中的丙烯酸类低聚物与活性炭表面的丙烯酸类低聚物，通过脱去小分子水的形式进行结合，以实现第二接枝过程，得到所需活性炭吸附材料。采用上述制备方法制得的活性炭吸附材料中含有对有机污染物具有催化分解作用的含锰催化剂，同时研磨过程中还使得上述活性炭吸附材料具有优异的吸附性能，因而本申请提供的活性炭兼具较高的吸附性能和催化分解有机污染物性能。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术所描述的，现有的活性炭对甲醛的催化分解性能较差的问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种活性炭吸附材料的制备方法，该制备方法包括：将丙烯酸类低聚物分为两部分；将含锰催化剂与部分丙烯酸类低聚物进行络合反应，得到络合产物体系；使偶联剂、剩余丙烯酸类低聚物及活性炭进行第一接枝反应，得到改性活性炭；及对络合产物体系与改性活性炭进行研磨，以进行第二接枝反应，得到活性炭吸附材料。
丙烯酸类低聚物是一种粘弹体，极易粘附在含锰催化剂的表面。含锰催化剂对甲醛具有催化分解作用。上述制备方法中，含锰催化剂与丙烯酸类低聚物极易发生配位，因而在络合反应过程中，含锰催化剂与丙烯酸类低聚物混合后，丙烯酸类低聚物与含锰催化剂之间形成配位键，并在粘附含锰催化剂的表面。在偶联剂的桥联用下，将丙烯酸类低聚物接枝到活性炭的表面，形成改性活性炭；然后在研磨的作用下，络合产物体系中的丙烯酸类低聚物与活性炭表面的丙烯酸类低聚物，通过脱去小分子水的形式进行结合，以实现第二接枝过程，得到所需活性炭吸附材料。采用上述制备方法制得的活性炭吸附材料中含有对有机污染物具有催化分解作用的含锰催化剂，同时研磨过程中还使得上述活性炭吸附材料具有优异的吸附性能，因而本申请提供的活性炭兼具较高的吸附性能和催化分解有机污染物性能。
为了进一步提高上述活性炭吸附材料的催化活性，优选地，上述络合反应还包括：将含锰催化剂、部分丙烯酸类低聚物及溶剂进行研磨，得到络合产物体系。研磨过程有利于控制络合产物体系的粒度，从而有利于提高络合产物体系与改性活性炭的接枝效果，进而有利于进一步提高活性炭产品对甲醛的催化分解性能。优选地，研磨过程中使用的研磨装置为行星卧式球磨机；优选地，溶剂包括但不限于乙醇、丙酮、环己烷和甲苯组成的组中的一种或多种。
为了更好地控制络合产物体系的粒度和接枝性能，优选地，研磨过程中使用的研磨装置的转速为300～540r/min，研磨时间为120～240min。
如上文所述，丙烯酸类低聚物是一种粘弹体，极易粘附在含锰催化剂的表面。在一种优选的实施例中，丙烯酸类低聚物的聚合度为300～2000。将丙烯酸类低聚物的聚合度限定在上述范围内有利于提高络合产物体系的稳定性和粘度，进而有利于提高活性炭产品的催化分解活性和使用寿命。优选地，上述丙烯酸类低聚物包括但不限于丙烯酸甲酯低聚物、丙烯酸乙酯低聚物、2-甲基丙烯酸甲酯低聚物和2-甲基丙烯酸乙酯低聚物组成的组中的一种或多种。相比于其它丙烯酸类低聚物，经过上述几种低聚物改性后的活性炭产品具有更加优异的吸附性能和催化性能。
在一种优选的实施例中，第一接枝反应包括：在偶联剂的水溶液中，添加占活性炭重量的1～5wt％丙烯酸类低聚物，得到混合液：及在搅拌下，将活性炭与混合液混合并烘干，得到改性活性炭。
为了进一步提高第一接枝反应中，改性活性炭中丙烯酸类低聚物的接枝率，优选地，偶联剂的水溶液的重量百分含量为5～10％。
为了进一步提高烘干效率，在一种优选的实施例中，烘干步骤的温度为50～65℃。
为了进一步加快烘干效率，在一种优选的实施例中，搅拌步骤的转速为60～90r/min。
在一种优选的实施例中，络合产物体系与改性活性炭的重量比为1:(10～50)。络合产物体系与改性活性炭的重量比包括但不限于上述范围，而将其限定在上述范围内有利于进一步提高活性炭产品在甲醛催化分解方面的性能。
在一种优选的实施例中，第二接枝反应中，研磨转速为30～50r/min，研磨时间为120～180min。第二接枝反应过程中的研磨转速和研磨时间包括但不限于上述范围，而将其限定在上述范围内有利于提高第二接枝反应的接枝率和活性炭产品的催化稳定性。
优选地，第二接枝反应中采用的研磨装置为卧式球磨机。
上述制备方法中，含锰催化剂可以采用本领域常用的甲醛分解催化剂。在一种优选的实施例中，含锰催化剂包括但不限于钛酸锰。
上述制备方法中，偶联剂可以采用本领域常用的种类。在一种优选的实施例中，偶联剂包括但不限于多聚磷酸铵、叠氮化合物和聚乳酸低聚物组成的组中的一种或多种。上述几种偶联剂和丙烯酸类低聚物可以形成氢键，因而采用多聚磷酸铵作为偶联剂有利于进一步提高活性炭产品的稳定性和对甲醛的催化分解性能。
本申请另一方面还提供了一种用于活性炭吸附材料，该活性炭吸附材料采用上述制备方法制得。
丙烯酸类低聚物是一种粘弹体，极易粘附在含锰催化剂的表面。含锰催化剂对甲醛具有催化分解作用。上述制备方法中，含锰催化剂与丙烯酸类低聚物极易发生配位反应，因而络合反应过程中，含锰催化剂与丙烯酸类低聚物混合后，丙烯酸类低聚物与含锰催化剂之间形成配位键，并在粘附含锰催化剂的表面。在偶联剂的桥联用下，将丙烯酸类低聚物接枝到活性炭的表面，形成改性活性炭；然后在研磨的作用下，络合产物体系中的丙烯酸类低聚物与活性炭表面的丙烯酸类低聚物，通过脱去小分子水的形式进行结合，以实现第二接枝过程，得到所需活性炭吸附材料。采用上述制备方法制得的活性炭吸附材料中含有对有机污染物具有催化分解作用的含锰催化剂，同时研磨过程中还使得上述活性炭吸附材料具有优异的吸附性能，因而本申请提供的活性炭兼具较高的吸附性能和催化分解有机污染物性能。
本申请又一方面还提供了一种上述活性炭吸附材料在催化分解有机污染物领域中的应用。
由于上述活性炭吸附材料兼具良好的吸附性能和催化分解有机污染物的性能，因而将其应用于有机污染物催化分解领域时，效果较为显著。
上述有机污染物包括但不限于甲醛。上述催化分解有机污染物领域包括但不限于空气净化领域。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
实施例1
活性炭吸附材料的制备方法包括：
第一步是将纯度95.0％钛酸锰(10g)、聚合度300的聚丙烯酸甲酯(1g)与分析纯乙醇(10g)混合，并在行星卧式球磨机内以300r/min的转速混合120min；第二步，首先，在100g5％多聚磷酸铵的水溶液中，加入0.1g聚丙烯酸甲酯，10g活性炭，60min后，取出活性炭静置在烘箱中，在50℃烘干；第三步是将第一步处理后的钛酸锰和第二步处理后的活性炭按照重量比1:50置于卧式球磨机中，以转速30r/min混合120min后，取出混合粉体，即为高效催化分解甲醛的高吸附性能的活性炭材料。
取质量相同的原始活性炭和最终处理后的活性炭作对比，分别放在体积完全相同的密闭的空间内(体积为1m3)，然后每隔1小时向两个空间中通入相同质量的甲醛，始终保持浓度维持在1mg/m3，以1个小时内浓度不再降低为吸附饱和；将吸附饱和后24小时内甲醛浓度降低的比例定义为活性炭催化分解甲醛的催化率。
测试结果表明：相比于未改性的活性炭，本实施例制得的活性炭材料吸附能力提高了18％，而24小时后浓度降低了11％，这意味着11％的甲醛被催化分解了。
实施例2
活性炭吸附材料的制备方法包括：
第一步是将纯度96％钛酸锰(20g)、聚合度600的聚丙烯酸甲酯(1g)与分析纯乙醇(40g)混合，然后在行星卧式球磨机内以350r/min的转速混合150min；第二步首先，在100g6％多聚磷酸铵的水溶液中，加入0.2g聚丙烯酸甲酯，10g活性炭，在溶液中70min后，取出活性炭静置在烘箱中在55℃烘干；第三步是将第一步处理后的钛酸锰和第二步处理后的活性炭按照重量比1:40置于卧式球磨机中，以转速35r/min混合150min后，取出混合粉体，即为高效催化分解甲醛的高吸附性能的活性炭材料。
取质量相同的原始活性炭和最终处理后的活性炭作对比，分别放在体积完全相同的密闭的空间内(体积为1m3)，然后，每隔1小时向两个空间中通入相同质量的甲醛，始终保持浓度维持在1mg/m3，以1个小时内浓度不再降低为吸附饱和；将吸附饱和后24小时内甲醛浓度降低的比例定义为活性炭催化分解甲醛的催化率。
测试结果表明：相比于未改性的活性炭，本实施例制得的活性炭材料吸附能力提高了17％，而24小时后浓度降低了12％，这意味着12％的甲醛被催化分解了。
实施例3
活性炭吸附材料的制备方法包括：
第一步是将纯度97％钛酸锰(30g)、聚合度1000的聚丙烯酸甲酯(1g)倒入分析纯乙醇(90g)混合，并在行星卧式球磨机内以540r/min的转速混合240min；第二步首先，在100g10％多聚磷酸铵的水溶液中，加入0.3g聚丙烯酸甲酯，10g活性炭，浸泡在溶液中75min后，取出活性炭静置在烘箱中，在60℃烘干；第三步是将第一步处理后的钛酸锰和第二步处理后的活性炭按照重量比1:35置于卧式球磨机中，以转速38r/min混合160min后，取出混合粉体，即为高效催化分解甲醛的高吸附性能的活性炭材料。
取质量相同的原始活性炭和最终处理后的活性炭作对比，分别放在体积完全相同的密闭的空间内(体积为1m3)，然后，每隔1小时向两个空间中通入相同质量的甲醛，始终保持浓度维持在1mg/m3，以1个小时内浓度不再降低为吸附饱和；将吸附饱和后24小时内甲醛浓度降低的比例定义为活性炭催化分解甲醛的催化率。
测试结果表明：相比于未改性的活性炭，本实施例制得的活性炭材料吸附能力提高了22％，而24小时后浓度降低了10％，这意味着10％的甲醛被催化分解了。
实施例4
活性炭吸附材料的制备方法包括：
第一步是将纯度99.9％钛酸锰(40g)、聚合度2000的聚丙烯酸甲酯(1g)倒入分析纯乙醇(160g)混合，并在行星卧式球磨机内以500r/min的转速混合200min；第二步首先，在100g8％多聚磷酸铵的水溶液中，加入0.4g聚丙烯酸甲酯，10g活性炭，浸泡在溶液中90min后，取出活性炭静置在烘箱中，在65℃烘干；第三步是将第一步处理后的钛酸锰和第二步处理后的活性炭按照重量比1:10置于卧式球磨机中，以转速50r/min混合180min后，取出混合粉体，即为高效催化分解甲醛的高吸附性能的活性炭材料。
取质量相同的原始活性炭和最终处理后的活性炭作对比，分别放在体积完全相同的密闭的空间内(体积为1m3)，然后，每隔1小时向两个空间中通入相同质量的甲醛，始终保持浓度维持在1mg/m3，以1个小时内浓度不再降低为吸附饱和；将吸附饱和后24小时内甲醛浓度降低的比例定义为活性炭催化分解甲醛的催化率。
测试结果表明：相比于未改性的活性炭，本实施例制得的活性炭材料吸附能力提高了25％，而24小时后浓度降低了14％，这意味着14％的甲醛被催化分解了。
实施例5
活性炭吸附材料的制备方法包括：
第一步是将纯度98％钛酸锰(50g)、聚合度1500的聚丙烯酸甲酯(1g)倒入分析纯乙醇(250g)中混合，然后在行星卧式球磨机内以450r/min的转速混合200min；第二步首先，在100g 7％多聚磷酸铵的水溶液中，加入0.4g聚丙烯酸甲酯，10g活性炭，85min后，取出活性炭静置在烘箱中，在55℃烘干；第三步是将第一步处理后的钛酸锰和第二步处理后的活性炭按照重量比1:30置于卧式球磨机中，以转速40r/min混合170min后，取出混合粉体，即为高效催化分解甲醛的高吸附性能的活性炭材料。
取质量相同的原始活性炭和最终处理后的活性炭作对比，分别放在体积完全相同的密闭的空间内(体积为1m3)，然后，每隔1小时向两个空间中通入相同质量的甲醛，始终保持浓度维持在1mg/m3，以1个小时内浓度不再降低为吸附饱和；将吸附饱和后24小时内甲醛浓度降低的比例定义为活性炭催化分解甲醛的催化率。
测试结果表明：相比于未改性的活性炭，本实施例制得的活性炭材料吸附能力提高了21％，而24小时后浓度降低了10％，这意味着10％的甲醛被催化分解了。
实施例6
活性炭吸附材料的制备方法包括：
第一步是将纯度95.0％钛酸锰(10g)、聚合度300的聚丙烯酸甲酯(1g)与分析纯乙醇(10g)混合，并在行星卧式球磨机内以300r/min的转速混合120min；第二步首先，在100g5％多聚磷酸铵的水溶液中，加入0.1g聚丙烯酸甲酯，10g活性炭，60min后，取出活性炭静置在烘箱中，在50℃烘干；第三步是将第一步处理后的钛酸锰和第二步处理后的活性炭按照重量比1:50置于卧式球磨机中，以转速30r/min混合120min后，取出混合粉体，即为高效催化分解甲醛的高吸附性能的活性炭材料。
取质量相同的原始活性炭和最终处理后的活性炭作对比，分别放在体积完全相同的密闭的空间内(体积为1m3)，然后，每隔1小时向两个空间中通入相同质量的甲醛，始终保持浓度维持在1mg/m3，以1个小时内浓度不再降低为吸附饱和；将吸附饱和后24小时内甲醛浓度降低的比例定义为活性炭催化分解甲醛的催化率，测试结果表明：相比于未改性的活性炭，本实施例制得的活性炭材料吸附能力提高了7％，而24小时后浓度降低了4％，这意味着4％的甲醛被催化分解了。
与实施例1的区别为：聚丙烯酸甲酯的聚合度不同。聚丙烯酸甲酯的聚合度为低于300时，将显著影响最终改性活性炭吸附和催化分解性能，聚丙烯酸甲酯与含锰催化剂之间形成配位键，并在粘附含锰催化剂的表面。如果聚合度太低，聚丙烯酸甲酯自身黏度较低，最为关键的是与含锰化合物形成配位键的概率显著降低。
实施例7
活性炭吸附材料的制备方法包括：
第一步是将纯度95.0％钛酸锰(10g)、聚合度300的聚丙烯酸甲酯(1g)与分析纯乙醇(10g)混合，并在行星卧式球磨机内以300r/min的转速混合120min；第二步首先，在100g5％聚乳酸多聚物(叠氮化合物)的水溶液中，加入0.1g聚丙烯酸甲酯，10g活性炭，60r/min后，取出活性炭静置在烘箱中，在50℃烘干；第三步是将第一步处理后的钛酸锰和第二步处理后的活性炭按照重量比1:50置于卧式球磨机中，以转速30r/min混合120min后，取出混合粉体，即为高效催化分解甲醛的高吸附性能的活性炭材料。
取质量相同的原始活性炭和最终处理后的活性炭作对比，分别放在体积完全相同的密闭的空间内(体积为1m3)，然后，每隔1小时向两个空间中通入相同质量的甲醛，始终保持浓度维持在1mg/m3，以1个小时内浓度不再降低为吸附饱和；将吸附饱和后24小时内甲醛浓度降低的比例定义为活性炭催化分解甲醛的催化率，测试结果表明：相比于未改性的活性炭，本实施例制得的活性炭材料吸附能力提高了5.5％(4.3％)，而24小时后浓度降低了4.7％(4.1％)，这意味着4％的甲醛被催化分解了。
与实施例1的区别为：偶联剂的种不同，本实施例分别采用聚乳酸多聚物和叠氮化合物作为偶联剂。这两种偶联剂与多聚磷酸铵相比，形成配位键的概率显著降低，这是因为在多聚磷酸铵中磷元素上含有大量的P电子可以参与配位成键，而叠氮化合物中氮元素上的p电子活性明显低于多聚磷酸铵磷元素上的p电子的活性，聚乳酸多聚物中只能形成氢键配位，氢键配位性能远低于P电子配位键。
实施例8
活性炭吸附材料的制备方法包括：
第一步是将纯度95.0％钛酸锰10g和聚合度300的聚丙烯酸甲酯1g倒入分析纯乙醇10g中然后在行星卧式球磨机内以200r/min(600r/min)的转速混合100(300)min；第二步首先，在100g 5％多聚磷酸铵的水溶液中，加入0.1g聚丙烯酸甲酯，10g活性炭，40(110)转/min后60min后，取出活性炭静置在烘箱中，在50℃烘干；第三步是将第一步处理后的钛酸锰和第二步处理后的活性炭按照重量比1:50置于卧式球磨机中，以转速20(或60)r/min混合120min后，取出混合粉体，即为高效催化分解甲醛的高吸附性能的活性炭材料。
取质量相同的原始活性炭和最终处理后的活性炭作对比，分别放在体积完全相同的密闭的空间内(体积为1m3)，然后，每隔1小时向两个空间中通入相同质量的甲醛，始终保持浓度维持在1mg/m3，以1个小时内浓度不再降低为吸附饱和；将吸附饱和后24小时内甲醛浓度降低的比例定义为活性炭催化分解甲醛的催化率。
测试结果表明：相比于未改性的活性炭，本实施例制得的活性炭材料吸附能力提高了3(4)％，而24小时后浓度降低了4％，这意味着4％的甲醛被催化分解了。
与实施例1的区别为：研磨过程的转速不同。研磨过程的转速低于300r/min时，活性炭颗粒粉碎程度不够，导致活性炭比表面积达不到预期值，颗粒越细小，比表面积越大，吸附能力越高；但是当转速高于600r/min的时，由于研磨能力过于充分，活性炭完全被粉碎，活性炭表面原来结合的含锰化合物也被粉碎，并且两者脱离，本来是利用活性炭吸附能力强大，将甲醛吸附在催化剂表面，结果因为活性炭和含锰化合物分离使得活性炭吸附之后接触不到含锰化合物，最终催化性能很弱，过度研磨活性炭表面孔隙完全破坏了，吸附能力也降低了。
实施例9
活性炭吸附材料的制备方法包括：
第一步是将纯度95.0％钛酸锰(10g)、和聚合度300的聚丙烯酸甲酯(1g)与分析纯乙醇(10g)混合，并在行星卧式球磨机内以300r/min的转速混合120min；第二步首先，在100g 5％多聚磷酸铵的水溶液中，加入0.1g聚丙烯酸甲酯，10g活性炭，浸泡在溶液中60min后，取出活性炭静置在烘箱中，在50℃烘干；第三步是将第一步处理后的钛酸锰和第二步处理后的活性炭按照重量比1:5(1:100)置于卧式球磨机中，以转速30r/min混合120min后，取出混合粉体，即为高效催化分解甲醛的高吸附性能的活性炭材料。
取质量相同的原始活性炭和最终处理后的活性炭作对比，分别放在体积完全相同的密闭的空间内(体积为1m3)，然后每隔1小时向两个空间中通入相同质量的甲醛，始终保持浓度维持在1mg/m3，以1个小时内浓度不再降低为吸附饱和；将吸附饱和后24小时内甲醛浓度降低的比例定义为活性炭催化分解甲醛的催化率。
测试结果表明：相比于未改性的活性炭，本实施例制得的活性炭材料吸附能力提高了6(15)％，而24小时后浓度降低了1％，这意味着1％的甲醛被催化分解了。
与实施例1的区别为：络合产物体系与改性活性炭的重量比为1:10～50是最佳比例。低于这个比例时，即络合物较多的时候，不但成本增加，最为重要的是活性炭吸附甲醛之后，甲醛与活性炭表面络合物体系中的含锰化合物发生反应，被催化分解成二氧化碳和水，如果活性炭表面络合物体系比例较大，活性炭表面完全被络合物包裹，活性炭吸附甲醛的性能降低，活性炭表面的甲醛数量不足，使得最终催化分解效率降低；同样，当活性炭表面络合物体系含量较低，即低于1:50时，活性炭吸附了很多甲醛，却没有足够的催化剂与甲醛接触并催化反应，所以，最终催化分解效率显著降低。
对比例1
与实施例1的区别为：只将络合产物体系与改性活性炭混合，而不进行研磨。
只是进行简单混合，不进行研磨，络合物体系与改性活性炭无法充分接触，无法形成配位键，因为活性炭吸附了甲醛，甲醛与活性炭表面上的络合物接触，被催化分解成二氧化碳和水，如果只是简单混合，络合物与活性炭之间是存在很大微观间隙，无法与甲醛充分接触，所以，最终催化分解效率很低(催化分解24h的分解效率低于0.09％)。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：通过化学处理后的活性炭的吸附性能提高了17～25％，并且钛酸锰也具有良好的催化性能，进而在24小时能大约分解10～14％的甲醛。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种活性炭吸附材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将丙烯酸类低聚物分为两部分；所述丙烯酸类低聚物的聚合度为300～2000；所述丙烯酸类低聚物选自丙烯酸甲酯低聚物、丙烯酸乙酯低聚物、2-甲基丙烯酸甲酯低聚物和2-甲基丙烯酸乙酯低聚物组成的组中的一种或多种；
将含锰催化剂与部分所述丙烯酸类低聚物进行络合反应，得到络合产物体系；
使偶联剂、剩余所述丙烯酸类低聚物及活性炭进行第一接枝反应，得到改性活性炭；及
对所述络合产物体系与所述改性活性炭进行研磨，以进行第二接枝反应，得到所述活性炭吸附材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述络合反应还包括：
将所述含锰催化剂、部分所述丙烯酸类低聚物及溶剂进行研磨，得到所述络合产物体系。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述研磨过程中使用的研磨装置为行星卧式球磨机。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述研磨过程中使用的研磨装置的转速为300～540r/min，研磨时间为120～240min。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂选自乙醇、丙酮、环己烷和甲苯组成的组中的一种或多种。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一接枝反应包括：
在所述偶联剂的水溶液中，添加占所述活性炭重量的1～5wt%所述丙烯酸类低聚物，得到混合液：及
在搅拌下，将所述活性炭与所述混合液混合并烘干，得到所述改性活性炭。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述偶联剂的水溶液的重量百分含量为5～10%。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述烘干步骤的温度为50～65℃。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌步骤的转速为60～90r/min。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述络合产物体系与所述改性活性炭的重量比为1:（10～50）。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述第二接枝反应中，研磨转速为30～50r/min，研磨时间为120～180min。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述第二接枝反应中采用的研磨装置为卧式球磨机。
13.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含锰催化剂为钛酸锰。
14.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述偶联剂选自多聚磷酸铵、叠氮化合物和聚乳酸低聚物组成的组中的一种或多种。
15.一种活性炭吸附材料，其特征在于，所述活性炭吸附材料采用权利要求1至14中任一项所述的制备方法制得。
16.一种权利要求15所述的活性炭吸附材料在催化分解有机污染物领域中的应用。
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