CN111330543A - 一种用于处理高湿度VOCs的疏水活性炭吸附剂及其制备方法 - Google Patents

一种用于处理高湿度VOCs的疏水活性炭吸附剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及VOCs净化技术领域，尤其涉及一种用于处理高湿度VOCs的疏水活性炭吸附剂及其制备方法。制备方法包括：A)在保护气和水蒸气共存的条件下，将活性炭加热至300～800℃，活化0.5～10h，得到活化后的活性炭；B)将活化后的活性炭与全氟‑1‑辛醇溶液混合，在5～95℃下搅拌反应，得到改性的活性炭前驱体；C)将所述改性的活性炭前驱体、冰醋酸、蒸馏水和无水乙醇混合，得到改性的活性炭前驱体溶液；D)将所述改性的活性炭前驱体溶液与钛酸四丁酯的醇溶液混合，加热反应后，干燥，得到用于处理VOCs的疏水活性炭吸附剂。本发明制备的疏水活性炭吸附剂疏水性能较优，对高湿度环境中VOCs的吸附效果较优。

Description

一种用于处理高湿度VOCs的疏水活性炭吸附剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及VOCs净化技术领域，尤其涉及一种用于处理高湿度VOCs的疏水活性炭吸附剂及其制备方法。
背景技术
目前，VOCs污染控制技术主要有吸附、吸收、燃烧和冷凝等。吸附法和燃烧法一般都会涉及利用吸附剂对废气中的VOCs进行吸附的步骤。例如吸附法是通过吸附剂对废气中的VOCs进行物理、化学吸附，以达到净化气体的目的。由于大部分工业废气中的VOCs浓度低，采用燃烧法处理VOCs废气时，一般先采用活性炭、分子筛等吸附剂对废气中的VOCs进行一定程度的吸附浓缩。如果浓缩比太低，燃烧过程中所放出的热量不满足自持燃烧，就需要额外燃料辅助加热，由此造成了不必要的能源损耗。因此高效吸附剂无论对于吸附法、燃烧法抑或其他VOCs的组合处理技术而言都至关重要。
活性炭因其孔隙率高、吸附容量大、化学性质稳定、价格低廉等优势，是VOCs处理技术常用的吸附材料。活性炭中除C元素外，还包含少量的O、H和N元素，因此极易吸附有机物质。此外，活性炭中还含有一定量的灰分，主要以氧化物的形式存在，如Fe、Al、Mg、K等金属氧化物，灰分不仅会造成二次污染，更重要的是灰分的表面自由能比活性炭高，更容易吸附水分子，降低活性炭对VOCs的吸附容量。常年湿度处于80％以上的中国东南沿海地区、或有水幕作为废气前处理的工序中，废气中的水分子极大地影响了吸附剂对VOCs的吸附能力。因此减小水分对吸附剂的影响就显得尤为重要。
通过对活性炭表面改性制备具有疏水功能的活性炭将减少水分子和VOCs在活性炭表面的竞争吸附，从而减少对水的吸附概率，提高VOCs吸附效果。材料的疏水性由表面自由能和表面粗糙微纳米尺寸结构共同决定，疏水表面的制备主要有两种思路，可以在具有低表面自由能物质上构建粗糙的表面结构，也可以先对亲水固体表面进行粗糙化处理，然后用低表面能物质进行化学修饰。
由于活性炭表面本身就有一定的粗糙度，满足疏水表面需要的微纳米结构，因此只要通过适当方法引入低表面能物质即可制备疏水表面甚至是超疏水表面。如中国专利CN108380181A报道了一种通过正庚烷、乙醇和油酸混合溶液改性的疏水型活性炭的制备方法，这种方法制备的活性炭具有耐强酸、耐强碱性能，且制备过程简单、条件温和，易于实现工业化生产。中国专利CN108285536A报道了一种以有机硅为主体的超疏水涂层的制备方法，首先将八苯基硅倍半氧烷与硝酸反应得到八倍半硅氧烷，然后和三氯化铁、活性炭、肼反应，最后和聚二甲基硅烷反应得到聚二甲基硅烷包裹的八倍半硅氧烷超疏水阻燃材料。中国专利CN104437444A报道了一种疏水活性炭改性材料的制备方法，以正硅酸四乙酯为添加剂，以十六烷基三甲氧基硅烷为改性剂，以无水乙醇为溶剂，对活性炭进行液相浸渍、抽滤、干燥制得。中国专利CN103495383A报道了一种超疏水活性炭改性材料，由下列原料制成：活性炭、甲醇、二甲基硅油、褐藻酸、果胶、食用菌培养料、改性凹凸棒土和水等，所得含有二甲基硅油的超疏水活性炭改性材料，很好地解决了高湿度下多孔炭材料易吸湿的难题，可以用于一些易被水侵蚀的设备中。中国专利CN102989414A公开了一种超疏水活性炭改性材料的制备方法，运用化学液相浸渍法，以三甲基氯硅烷为改性剂，无水甲醇为溶剂，分别以预处理后的煤质柱状活性炭和椰壳颗粒状活性炭为载体，经过液相浸渍、真空干燥制得超疏水活性炭。
目前，疏水活性炭的制备主要存在两个问题：(1)疏水活性炭材料的制备条件苛刻、过程复杂、对环境危害大，例如需要高压、强酸、强碱处理等；(2)疏水表面的抗酸碱性能差，微/纳米结构强度低、耐磨性差，由于实际使用中的酸碱腐蚀、物理磨损等原因，大部分疏水材料在使用过程中很容易因为低表面能物质的变性或流失而丧失疏水能力。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种用于处理高湿度VOCs的疏水活性炭吸附剂及其制备方法，本发明制备的疏水活性炭吸附剂的疏水性能较优，对高湿度环境中VOCs的吸附效果较优。
本发明提供了一种用于处理高湿度VOCs的疏水活性炭吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
A)在保护气和水蒸气共存的条件下，将活性炭加热至300～800℃，活化0.5～10h，得到活化后的活性炭；
B)将活化后的活性炭与全氟-1-辛醇溶液混合，在5～95℃下搅拌反应，得到改性的活性炭前驱体；
C)将所述改性的活性炭前驱体、冰醋酸、蒸馏水和无水乙醇混合，得到改性的活性炭前驱体溶液；
D)将所述改性的活性炭前驱体溶液与钛酸四丁酯的醇溶液混合，加热反应后，干燥，得到用于处理VOCs的疏水活性炭吸附剂。
优选的，所述保护气和水蒸气的流量比为1～100：1～10。
优选的，所述全氟-1-辛醇溶液的质量浓度为0.1％～10.0％；
所述全氟-1-辛醇溶液的溶剂包括正己烷。
优选的，步骤B)中，所述搅拌反应的时间为0.5～10.0h；
所述搅拌反应后，还包括：抽滤，然后对抽滤后的固体物质进行冲洗和干燥；
所述干燥的温度为50～100℃，所述干燥的时间为1～10h。
优选的，步骤C)中，所述改性的活性炭前驱体、冰醋酸、蒸馏水和无水乙醇的质量比是0.5～10：0.5～1：1～20：1～20。
优选的，步骤C)中，所述混合后，还包括：
将得到的混合溶液的pH值调节至2～6。
优选的，步骤D)中，所述钛酸四丁酯的醇溶液的质量浓度为5％～50％；
所述钛酸四丁酯的醇溶液的醇类溶剂包括甲醇、乙醇和丙醇中的一种或几种；
所述改性的活性炭前驱体与钛酸四丁酯的质量比为1～10：1～15。
优选的，步骤D)中，将所述改性的活性炭前驱体溶液与钛酸四丁酯的乙醇溶液混合包括：将钛酸四丁酯的乙醇溶液滴入改性的活性炭前驱体溶液中；
所述混合后，还包括：将所述混合后的溶液超声0.1～20h；
所述加热反应的温度为20～90℃，所述加热反应的时间为2～40h。
优选的，步骤D)中，所述干燥的温度为55～95℃，所述干燥的时间为0.5～10h。
本发明还提供了一种上文所述的制备方法制备的用于处理VOCs的疏水活性炭吸附剂。
本发明提供了一种用于处理高湿度VOCs的疏水活性炭吸附剂的制备方法，包括以下步骤：A)在保护气和水蒸气共存的条件下，将活性炭加热至300～800℃，活化0.5～10h，得到活化后的活性炭；B)将活化后的活性炭与全氟-1-辛醇溶液混合，在5～95℃下搅拌反应，得到改性的活性炭前驱体；C)将所述改性的活性炭前驱体、冰醋酸、蒸馏水和无水乙醇混合，得到改性的活性炭前驱体溶液；D)将所述改性的活性炭前驱体溶液与钛酸四丁酯的醇溶液混合，加热反应后，干燥，得到用于处理VOCs的疏水活性炭吸附剂。本发明利用表面能较低的全氟辛醇与活性炭表面的含氧官能团发生缩合反应，因此，活性炭表面原料的高表面能物质被低表面能物质覆盖，因此，改性后的活性炭具有更强的疏水性能。同时，本发明通过溶胶凝胶法制备疏水TiO2保护涂层，从而增加疏水活性炭低表面能物质的稳定性，保证具备稳定的疏水性能。因此，本发明制备的疏水活性炭吸附剂的疏水性能较优，对高湿度环境中VOCs的吸附效果较优，同时，疏水活性炭吸附剂的抗酸碱性能和耐磨性能较优。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种用于处理高湿度VOCs的疏水活性炭吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
A)在保护气和水蒸气共存的条件下，将活性炭加热至300～800℃，活化0.5～10h，得到活化后的活性炭；
B)将活化后的活性炭与全氟-1-辛醇溶液混合，在5～95℃下搅拌反应，得到改性的活性炭前驱体；
C)将所述改性的活性炭前驱体、冰醋酸、蒸馏水和无水乙醇混合，得到改性的活性炭前驱体溶液；
D)将所述改性的活性炭前驱体溶液与钛酸四丁酯的醇溶液混合，加热反应后，干燥，得到用于处理VOCs的疏水活性炭吸附剂。
本发明先在保护气和水蒸气共存的条件下，将活性炭加热至300～800℃，活化0.5～10h，得到活化后的活性炭。
在本发明的某些实施例中，所述保护气选自氮气或惰性气体，所述惰性气体可以为氩气。
在本发明的某些实施例中，所述活性炭、保护气和水蒸气的用量比为0.1～1g：1～100mL/min：1～10mL/min。在某些实施例中，所述活性炭、保护气和水蒸气的用量比为0.12g：10mL/min：1mL/min、0.6g：40mL/min：5mL/min或0.6g：60mL/min：5mL/min。
在本发明的某些实施例中，所述加热的速率为1～20℃/min。在某些实施例中，所述加热的速率为5℃/min、10℃/min或15℃/min。
本发明中，活性炭加热后的温度即为活性炭活化的温度。所述活化的温度为300～800℃。在本发明的某些实施例中，所述活化的温度为650℃、350℃或500℃。所述活化的时间为0.5～10h。在本发明的某些实施例中，所述活化的时间为2h、8h或6h。
在本发明的某些实施例中，所述活化后还包括：冷却。本发明对所述冷却的方法并无特殊的限制，在本发明的某些实施例中，所述冷却为自然冷却，所述冷却后的温度为室温。
在本发明的某些实施例中，所述活性炭的加热和活化在管式炉中进行。
得到活化后的活性炭后，将活化后的活性炭与全氟-1-辛醇溶液混合，在5～95℃下搅拌反应，得到改性的活性炭前驱体。
本发明对所述全氟-1-辛醇溶液的配制方法并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的溶液的配制方法即可。在本发明的某些实施例中，所述全氟-1-辛醇溶液的质量浓度为0.1％～10.0％。在某些实施例中，所述全氟-1-辛醇溶液的质量浓度为0.5％、2％或8％。在本发明的某些实施例中，所述全氟-1-辛醇溶液的溶剂包括正己烷。
在本发明的某些实施例中，所述活化后的活性炭和全氟-1-辛醇溶液的质量比为0.1～1：10～100。在某些实施例中，所述活化后的活性炭和全氟-1-辛醇溶液的质量比为1：10。
本发明中，所述搅拌反应的温度为5～95℃。在本发明的某些实施例中，所述搅拌反应的时间为0.5～10.0h。在某些实施例中，所述搅拌反应的温度为50℃、25℃或85℃。在某些实施例中，所述搅拌反应的时间为1.0h、10.0h或5.0h。在本发明的某些实施例中，所述搅拌反应的转速为20～100rpm。在某些实施例中，所述搅拌反应的转速为30rpm、50rpm或90rpm。在本发明的某些实施例中，所述搅拌反应的搅拌为磁力搅拌。
在本发明的某些实施例中，所述搅拌反应后，还包括：抽滤，然后对抽滤后的固体物质进行冲洗和干燥。
本发明对所述抽滤的方法并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的抽滤的方法即可。
在本发明的某些实施例中，对抽滤后的固体物质进行冲洗采用的冲洗剂为正己烷。本发明对所述冲洗的次数并无特殊的限制，可以根据实际需要进行选择。在本发明的某些实施例中，所述冲洗的次数为3次。在本发明的某些实施例中，所述干燥的温度为50～100℃，所述干燥的时间为1～10h。在某些实施例中，所述干燥的温度为70℃、50℃或90℃，干燥的时间为5h、9h或2h。在本发明的某些实施例中，所述干燥的方法为真空干燥。
得到改性的活性炭前驱体后，将所述改性的活性炭前驱体、冰醋酸、蒸馏水和无水乙醇混合，得到改性的活性炭前驱体溶液。
在本发明的某些实施例中，所述冰醋酸的质量浓度为8％～12％。在某些实施例中，所述冰醋酸的质量浓度为10％。
在本发明的某些实施例中，所述改性的活性炭前驱体、冰醋酸、蒸馏水和无水乙醇的质量比是0.5～10：0.5～1：1～20：1～20。在某些实施例中，所述改性的活性炭前驱体、冰醋酸、蒸馏水和无水乙醇的质量比是0.5：0.5：20：20、0.5：0.7：20：20或0.5：0.3：20：20。
在本发明的某些实施例中，所述混合后，还包括：
将得到的混合溶液的pH值调节至2～6。
在某些实施例中，将得到的混合溶液的pH值调节至3、4或5。
在本发明的某些实施例中，调节所述混合溶液的pH值采用的试剂为盐酸。
在本发明的某些实施例中，所述混合溶液的pH值调节完成后，还包括搅拌混匀。本发明对所述搅拌混匀的方法并无特殊的限制，在本发明的某些实施例中，所述搅拌混匀的转速为20～100rpm。在某些实施例中，所述搅拌反应的转速为30rpm、50rpm或80rpm。在本发明的某些实施例中，所述搅拌混匀的时间为0.5～3h。在某些实施例中，所述搅拌反应的时间为1h、2h或3h。
得到改性的活性炭前驱体溶液后，将所述改性的活性炭前驱体溶液与钛酸四丁酯的醇溶液混合，加热反应后，干燥，得到用于处理VOCs的疏水活性炭吸附剂。
本发明对所述钛酸四丁酯的醇溶液的配制方法并无特殊的限制，在本发明的某些实施例中，所述钛酸四丁酯的醇溶液按照以下方法进行制备：
将钛酸四丁酯滴入醇类溶剂中，搅拌后，得到钛酸四丁酯的醇溶液。
在本发明的某些实施例中，所述钛酸四丁酯的醇溶液的质量浓度为5％～50％。在某些实施例中，所述钛酸四丁酯的醇溶液的质量浓度为5％、10％或15％。
在本发明的某些实施例中，所述钛酸四丁酯的醇溶液的醇类溶剂包括甲醇、乙醇和丙醇中的一种或几种。
在本发明的某些实施例中，将钛酸四丁酯滴入醇类溶剂中，搅拌的时间为0.5～3h。在某些实施例中，将钛酸四丁酯滴入醇类溶剂中，搅拌的时间为0.5h、1h或3h。在某些实施例中，所述搅拌为磁力搅拌。
在本发明的某些实施例中，所述改性的活性炭前驱体与钛酸四丁酯的质量比为1～10：1～15。在某些实施例中，所述改性的活性炭前驱体与钛酸四丁酯的质量比为1：5、1：10或1：15。
在本发明的某些实施例中，将所述改性的活性炭前驱体溶液与钛酸四丁酯的乙醇溶液混合包括：将钛酸四丁酯的乙醇溶液滴入改性的活性炭前驱体溶液中。本发明对所述滴入的速率并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的滴入的速率即可。
在本发明的某些实施例中，将所述改性的活性炭前驱体溶液与钛酸四丁酯的乙醇溶液混合后，还包括：将所述混合后的溶液超声0.1～20h。在本发明的某些实施例中，所述超声的时间为1h、2h或3h。在本发明的某些实施例中，所述超声的功率为100～200W。
在本发明的某些实施例中，所述加热反应的温度为20～90℃，所述加热反应的时间为2～40h。在某些实施例中，所述加热反应的温度为60℃、40℃或90℃，所述加热反应的时间为24h、30h或5h。在本发明的某些实施例中，所述加热反应后，还包括：对得到的反应产物进行抽滤。本发明对所述抽滤的方法并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的抽滤方法即可。
在本发明的某些实施例中，所述抽滤后的干燥温度为55～95℃，时间为0.5～10h。在某些实施例中，所述抽滤后的干燥温度为80℃、60℃或90℃，时间为5h、3h或8h。在本发明的某些实施例中，所述抽滤后的干燥在电热鼓风干燥箱中进行。
本发明对上文采用的原料的来源并无特殊的限制，可以为一般市售。
本发明还提供了一种上文所述的制备方法制备的用于处理VOCs的疏水活性炭吸附剂。本发明提供的用于处理高湿度VOCs的疏水活性炭吸附剂的疏水性能较优，同时，抗酸碱性能和耐磨性能较优。
本发明提供了一种用于处理高湿度VOCs的疏水活性炭吸附剂的制备方法，包括以下步骤：A)在保护气和水蒸气共存的条件下，将活性炭加热至300～800℃，活化0.5～10h，得到活化后的活性炭；B)将活化后的活性炭与全氟-1-辛醇溶液混合，在5～95℃下搅拌反应，得到改性的活性炭前驱体；C)将所述改性的活性炭前驱体、冰醋酸、蒸馏水和无水乙醇混合，得到改性的活性炭前驱体溶液；D)将所述改性的活性炭前驱体溶液与钛酸四丁酯的醇溶液混合，加热反应后，干燥，得到用于处理VOCs的疏水活性炭吸附剂。本发明利用表面能较低的全氟辛醇与活性炭表面的含氧官能团发生缩合反应，因此，活性炭表面原料的高表面能物质被低表面能物质覆盖，因此，改性后的活性炭具有更强的疏水性能。同时，本发明通过溶胶凝胶法制备疏水TiO2保护涂层，从而增加疏水活性炭低表面能物质的稳定性，保证具备稳定的疏水性能。因此，本发明制备的疏水活性炭吸附剂的疏水性能较优，对高湿度环境中VOCs的吸附效果较优，同时，疏水活性炭吸附剂的抗酸碱性能和耐磨性能较优。
本发明提供的制备方法条件温和，无需高压，环境友好，易于实现。
通过溶胶凝胶法制备疏水TiO2保护涂层，可有效防止疏水活性炭在使用过程中低表面能物质的酸碱腐蚀、物理磨损，即保证了活性炭的疏水性能，提升了稳定性，又提高了活性炭材料的使用寿命。
通过疏水改性和保护涂层的联合作用形成的疏水活性炭，提升了活性炭的疏水性能，在吸附VOCs过程中受水蒸气影响小，可在湿度80％RH以上的不利条件下应用，更适合于东南沿海地区或者有水幕作为废气前处理的工序中。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种用于处理高湿度VOCs的疏水活性炭吸附剂及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
以下实施例所用的原料均为一般市售。
实施例1
1、取0.6g活性炭置于管式炉中，以50mL/min的速率通入N2，5mL/min的速率通入水蒸气，升温速率5℃/min，由常温升至650℃，在此温度下活化2h，自然冷却，得到活化后的活性炭；
2、将步骤1活化后的活性炭放入质量浓度为0.5％的全氟-1-辛醇的正己烷溶液中，转速为30rpm，50℃下磁力搅拌1.0h；所述活化后的活性炭和全氟-1-辛醇溶液的质量比为1：10；
3、抽滤分离出溶液中的活性炭，然后用正己烷冲洗3次，在70℃下真空干燥5h，得到改性的活性炭前驱体；
4、取2.5g钛酸四丁酯，滴入无水乙醇中，磁力搅拌1h，配置成质量分数为5％的钛酸四丁酯的乙醇溶液A；
5.将0.5g质量浓度为10％的冰醋酸、20g蒸馏水和0.5g改性的活性炭前驱体加入20g无水乙醇中，利用盐酸调节pH为3，30rpm条件下搅拌1h，得到溶液B；
6.室温下，将溶液A滴入溶液B中，超声1h，60℃水浴加热24h，抽滤；
7.将步骤6中抽滤后的样品置于80℃的电热鼓风干燥箱中干燥5h，制得疏水活性炭吸附剂，并置于干燥器中保存。
实施例2
1、取0.6g活性炭置于管式炉中，以40mL/min的速率通入N2，5mL/min的速率通入水蒸气，升温速率10℃/min，由常温升至350℃，在此温度下活化8h，自然冷却，得到活化后的活性炭；
2、将步骤1活化后的活性炭放入质量浓度为2％的全氟-1-辛醇的正己烷溶液中，转速为50rpm，50℃下磁力搅拌10.0h；所述活化后的活性炭和全氟-1-辛醇溶液的质量比为1：10；
3、抽滤分离出溶液中的活性炭，然后用正己烷冲洗3次，在50℃下真空干燥9h，得到改性的活性炭前驱体；
4、取5g钛酸四丁酯，滴入无水乙醇中，磁力搅拌0.5h，配置成质量分数为10％的钛酸四丁酯的乙醇溶液A；
5.将0.7g质量浓度为10％的冰醋酸、20g蒸馏水和0.5g改性的活性炭前驱体加入20g无水乙醇中，利用盐酸调节pH为4，50rpm条件下搅拌2h，得到溶液B；
6.室温下，将溶液A滴入溶液B中，超声2h，40℃水浴加热30h，抽滤；
7.将步骤6中抽滤后的样品置于60℃的电热鼓风干燥箱中干燥3h，制得疏水活性炭吸附剂，并置于干燥器中保存。
实施例3
1、取0.6g活性炭置于管式炉中，以60mL/min的速率通入N2，5mL/min的速率通入水蒸气，升温速率15℃/min，由常温升至500℃，在此温度下活化6h，自然冷却，得到活化后的活性炭；
2、将步骤1活化后的活性炭放入质量浓度为8％的全氟-1-辛醇的正己烷溶液中，转速为90rpm，85℃下磁力搅拌5.0h；所述活化后的活性炭和全氟-1-辛醇溶液的质量比为1：10；
3、抽滤分离出溶液中的活性炭，然后用正己烷冲洗3次，在90℃下真空干燥2h，得到改性的活性炭前驱体；
4、取7.5g钛酸四丁酯，滴入无水乙醇中，磁力搅拌3h，配置成质量分数为15％的钛酸四丁酯的乙醇溶液A；
5.将0.3g冰醋酸、20g蒸馏水和0.5g改性的活性炭前驱体加入20g无水乙醇中，利用盐酸调节pH为5，80rpm条件下搅拌3h，得到溶液B；
6.室温下，将溶液A滴入溶液B中，超声1h，90℃水浴加热5h，抽滤；
7.将步骤6中抽滤后的样品置于90℃的电热鼓风干燥箱中干燥8h，制得疏水活性炭吸附剂，并置于干燥器中保存。
实施例4
疏水活性炭吸附剂的吸附性能测试：
分别称取0.2g活性炭和实施例1制备的改性后的疏水活性炭(即疏水活性炭吸附剂)放入两个表面皿中，将水溶液装入烧杯中，放入密封装置中，25℃下对该体系抽真空，10h后称量吸附剂的质量，通过差量法得到改性前后活性炭对水的静态吸附容量，结果列于表1中。同时，将上述测试方法中实施例1制备的疏水活性炭吸附剂分别替换为实施例2的疏水活性炭吸附剂、实施例3的疏水活性炭吸附剂、比较例1的疏水活性炭吸附剂和比较例2的疏水活性炭吸附剂再次进行上述测试，对应的测试结果见表1。
活性炭静态吸附容量由以下公式定义：
Figure BDA0002414555980000111
其中，m吸附前：吸附前活性炭质量；m吸附后：静态吸附后活性炭的总质量。
表1疏水改性前后活性炭对苯的静态吸附容量
Figure BDA0002414555980000112
从表1可以看出，本发明实施例制备的疏水活性炭吸附剂对水的静态吸附容量均有减小，不超过27.6％；对苯的吸附容量均有提高，高于24.0％；说明活性炭的疏水亲油性能提升了，且实施例1效果最显著。
实施例5
疏水活性炭吸附剂的耐磨性能测试：
将0.4g实施例1制备的疏水活性炭吸附剂放入研钵中，研磨2min，利用200目筛网过筛，把通过筛网的活性炭放入90℃的电热鼓风干燥箱中干燥8h，并置于干燥器中保存，称量吸附剂的质量，通过差量法得到研磨前后活性炭对水的静态吸附容量，结果列于表2中。同时，将上述测试方法中实施例1制备的疏水活性炭吸附剂分别替换为实施例2的疏水活性炭吸附剂和实施例3的疏水活性炭吸附剂再次进行上述测试，对应的测试结果见表2。
表2疏水活性炭吸附剂的耐磨性能测试结果
Figure BDA0002414555980000113
由表2和表1数据可知，研磨后，本发明的疏水活性炭吸附剂的疏水亲油性能变化不大，变化范围小于2.5％。研磨后，所述疏水活性炭吸附剂对水的静态吸附容量不超过27.9％；对苯的吸附容量高于23.2％。因而，本发明制备的疏水活性炭吸附剂具有较优的耐磨性能。
实施例6
疏水活性炭耐酸耐碱测试：
将0.4g实施例1制备的疏水活性炭吸附剂放入烧杯中，分别加入10ml质量分数为5％的稀硝酸，静置3h，抽滤、干燥；然后，放入10ml质量分数为5％的氢氧化钠溶液中，静置3h，抽滤得到黑色固体，放入90℃的电热鼓风干燥箱中干燥8h，并置于干燥器中保存，称量吸附剂的质量，通过差量法得到改性前后活性炭对水的静态吸附容量，结果列于表3中。同时，将上述测试方法中实施例1制备的疏水活性炭吸附剂分别替换为实施例2的疏水活性炭吸附剂和实施例3的疏水活性炭吸附剂再次进行上述测试，对应的测试结果见表3。
表3疏水活性炭吸附剂的耐酸耐碱测试结果
Figure BDA0002414555980000121
由表3和表1对比可知，酸洗碱洗后，本发明的疏水活性炭吸附剂的疏水亲油性能变化不大，变化范围不大于3.0％。研磨后，所述疏水活性炭吸附剂对水的静态吸附容量不超过28.5％；对苯的吸附容量高于24.8％。因而，本发明制备的疏水活性炭吸附剂具有较优的耐酸耐碱性能。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种用于处理高湿度VOCs的疏水活性炭吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
A)在保护气和水蒸气共存的条件下，将活性炭加热至300～800℃，活化0.5～10h，得到活化后的活性炭；
B)将活化后的活性炭与全氟-1-辛醇溶液混合，在5～95℃下搅拌反应，得到改性的活性炭前驱体；
C)将所述改性的活性炭前驱体、冰醋酸、蒸馏水和无水乙醇混合，得到改性的活性炭前驱体溶液；
D)将所述改性的活性炭前驱体溶液与钛酸四丁酯的醇溶液混合，加热反应后，干燥，得到用于处理VOCs的疏水活性炭吸附剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述保护气和水蒸气的流量比为1～100：1～10。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述全氟-1-辛醇溶液的质量浓度为0.1％～10.0％；
所述全氟-1-辛醇溶液的溶剂包括正己烷。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤B)中，所述搅拌反应的时间为0.5～10.0h；
所述搅拌反应后，还包括：抽滤，然后对抽滤后的固体物质进行冲洗和干燥；
所述干燥的温度为50～100℃，所述干燥的时间为1～10h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤C)中，所述改性的活性炭前驱体、冰醋酸、蒸馏水和无水乙醇的质量比是0.5～10：0.5～1：1～20：1～20。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤C)中，所述混合后，还包括：
将得到的混合溶液的pH值调节至2～6。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤D)中，所述钛酸四丁酯的醇溶液的质量浓度为5％～50％；
所述钛酸四丁酯的醇溶液的醇类溶剂包括甲醇、乙醇和丙醇中的一种或几种；
所述改性的活性炭前驱体与钛酸四丁酯的质量比为1～10：1～15。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤D)中，将所述改性的活性炭前驱体溶液与钛酸四丁酯的乙醇溶液混合包括：将钛酸四丁酯的乙醇溶液滴入改性的活性炭前驱体溶液中；
所述混合后，还包括：将所述混合后的溶液超声0.1～20h；
所述加热反应的温度为20～90℃，所述加热反应的时间为2～40h。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤D)中，所述干燥的温度为55～95℃，所述干燥的时间为0.5～10h。
10.权利要求1～9任意一项所述的制备方法制备的用于处理VOCs的疏水活性炭吸附剂。
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