CN113735122A - 一种疏水活性炭的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种疏水活性炭的制备方法，属于活性炭疏水改性领域，其特征在于，将活性炭首先进行热处理预处理，然后再与水玻璃混合液混匀，抽真空处理后抽滤并冲洗，调pH后陈化得负载二氧化硅的活性炭，最后经氟化处理得到氟化改性疏水活性炭；本发明的优点在于能够有效避免氟化过程中活性炭原结构的孔道坍塌影响吸附性能。

Description

一种疏水活性炭的制备方法

技术领域

本发明涉及活性炭疏水改性领域，具体涉及一种疏水活性炭的制备方法。

背景技术

活性炭具有空隙结构发达，比表面积大，吸附能力强，常被用于低浓度有机废气的治理，具有脱除率高，回收方便等有点。但废气中往往混有水蒸气，水蒸气的存在导致VOC的平衡吸附量减小，致使吸附塔的工作效率降低，运行成本增加，有机溶剂的回收效率下降。为解决以上问题，通常对活性炭进行疏水改性处理，处理的方法一般为接枝硅烷偶联剂或做氟化处理。

现有技术的氟化处理过程中碳和氟发生反应，碳层π键断裂，形成新的碳碳键和氟碳键。旧键断裂，新键形成的过程中势必造成活性炭原结构的改变，如孔道坍塌，比表面积大幅度的下降等，从而影响吸附性能。因此在氟化过程中如何保持其原结构是亟需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种疏水活性炭的制备方法，能够有效避免氟化过程中活性炭原结构的孔道坍塌影响吸附性能。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种疏水活性炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）取质量份数为40%的水玻璃，加水稀释得混合液A；

2）将步骤1）中的混合液A缓慢加热至沸腾后，冷却至室温，陈化一段时间，取上层清液过滤，得混合液B；

煮沸过程可促进水玻璃溶液中复杂的硅酸聚集体迅速聚合而形成大的网络状凝胶包裹溶液中的杂质沉淀下来，降低水玻璃本身的粘度；

3）取活性炭放入管式炉内，氮气保护下800℃热处理一定时间，得固体C；

热处理清除活性炭孔道内吸附的杂质，使孔道更丰富通畅；

4）按一定质量比,将C加入至B中，搅拌均匀，得混合体系D ；其中，C：B的质量比为1:30-1:100；

5）将混合体系D置入真空烘箱内，抽真空处理后取出；

目的促进体系中尤其是活性炭孔道内的空气逸出，使水玻璃更快更充分的填充至活性炭的孔道内，完成活性炭对水玻璃中硅酸钠的吸附；

6）将抽真空处理过的混合体系D室温下磁力搅拌一段时间后，抽滤并冲洗，得固体E；

目的除掉多余的水玻璃，仅保留被活性炭吸附的水玻璃,后面步骤中会水解水玻璃得到二氧化硅，这样处理后，活性炭就不会被二氧化硅包裹，而影响表面的氟化；

7）将固体E重新加入至与体系D同体积的去离子水中，20-60℃下边搅拌边以2-10滴/min的滴加速度滴加硫酸至体系PH=7；停止搅拌，静置陈化一段时间后过滤并烘干，得负载二氧化硅的活性炭F；

8）将固体F置于密闭的管式炉中，先通氮气，后改通氟氮混合气体，100-150℃氟化处理一定时间，得产物G；干燥情况下，氟气不与二氧化硅反应；

9）将产物G置于HF中浸泡一段时间去除活性炭孔道内的二氧化硅，得疏水的氟化活性炭材料。

本发明的有益效果是：

1）反应过程中先将硅酸钠（水玻璃）吸附至活性炭的孔道内，限定了二氧化硅的生成区域，避免活性炭被二氧化硅包裹而影响表面的氟化；

2）孔道内的二氧化硅对活性炭的孔道有支撑作用，避免了活性炭在氟化过程中的孔道坍塌；

3）经本发明的实验方案制备的碳材料实现了活性炭表面的氟化反应使活性炭具有疏水性，同时又保持了活性炭丰富的孔道结构。

具体实施方式

下面对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本实施例的疏水活性炭的制备方法包括如下步骤：

1）取1份质量份数40%水玻璃，加入3份去离子水稀释，得混合液A；

2）将步骤1）中的混合液A缓慢加热至沸腾后，冷却至室温后，陈化12h，取上层清液过滤，得混合液B；

3）取活性炭放入管式炉内，氮气保护下，800℃热处理，得固体C；

4）按质量比C：B=1:30,将C加入至B中，搅拌均匀，得混合体系D；

5）将混合体系D置入真空烘箱内，抽真空处理2h后取出；

6）将抽真空处理过的混合体系D室温下磁力搅拌10h后，抽滤并冲洗3次，得固体E；

7）将固体E重新加入至与体系D同体积的去离子水中，20℃下边搅拌边以2滴/min的速度滴加硫酸至体系PH=7。停止搅拌静置陈化12h后过滤并120℃下烘干得负载二氧化硅的活性炭F；

8）将固体F置于密闭的管式炉中，先通氮气30min后，改通氟含量5%的氟氮混合气体，100℃氟化处理2h，得产物G；

9）将产物G置于HF中浸泡2h去除活性炭孔道内的二氧化硅得疏水的氟化活性炭材料。

实施例2

1）取1份质量份数40%水玻璃，加入3份去离子水稀释，得混合液A；

2）将步骤1）中的混合液A缓慢加热至沸腾后，冷却至室温后，陈化18h，取上层清液过滤，得混合液B；

3）取活性炭放入管式炉内，氮气保护下，800℃热处理，得固体C；

4）按质量比C：B=1:60,将C加入至B中，搅拌均匀，得混合体系D；

5）将混合体系D置入真空烘箱内，抽真空处理4h后取出；

6）将抽真空处理过的混合体系D室温下磁力搅拌18h后，抽滤并冲洗4次，得固体E；

7）将固体E重新加入至与体系D同体积的去离子水中，40℃下边搅拌边以6滴/min的速度滴加硫酸至体系PH=7。停止搅拌静置陈化18h后过滤并120℃下烘干得负载二氧化硅的活性炭F；

8）将固体F置于密闭的管式炉中，先通氮气30min后，改通氟含量5%的氟氮混合气体，130℃氟化处理6h，得产物G；

9）将产物G置于HF中浸泡4h去除活性炭孔道内的二氧化硅得疏水的氟化活性炭材料。

实施例3

1）取1份质量份数40%水玻璃，加入3份去离子水稀释，得混合液A；

2）将步骤1）中的混合液A缓慢加热至沸腾后，冷却至室温后，陈化24h，取上层清液过滤，得混合液B；

3）取活性炭放入管式炉内，氮气保护下，800℃热处理，得固体C；

4）按质量比C：B=1:100,将C加入至B中，搅拌均匀，得混合体系D；

5）将混合体系D置入真空烘箱内，抽真空处理6h后取出；

6）将抽真空处理过的混合体系D室温下磁力搅拌24h后，抽滤并冲洗6次，得固体E；

7）将固体E重新加入至与体系D同体积的去离子水中，60℃下边搅拌边以10滴/min的速度滴加硫酸至体系PH=7。停止搅拌静置陈化24h后过滤并120℃下烘干得负载二氧化硅的活性炭F；

8）将固体F置于密闭的管式炉中，先通氮气30min后，改通氟含量5%的氟氮混合气体，150℃氟化处理10h，得产物G；

9）将产物G置于HF中浸泡6h去除活性炭孔道内的二氧化硅得疏水的氟化活性炭材料。

对比例1

1）称取1g活性炭放入管式炉内，氮气保护下，800℃热处理；

2）将热处理后的活性炭置于密闭的管式炉中，先通氮气30min后，改通氟含量5%的氟氮混合气体，150℃氟化处理10h，得最终产物。

将原料活性炭、上述实施例及对比例分别采用比表面积测试仪、接触角测定仪进行BET、水接触角的测试，以及90%湿度下甲醛去除率测试。测试结果见表1。

表1 实施例及对比例各性能测试如下：

由上表中的测试数据可知，实施例1-3和对比例1分别对活性炭进行氟化处理后，BET均有不同程度的降低，但是各实施例产品BET的减少幅度远低于对比例，说明本发明的技术方案可以很大程度上保持活性炭的孔道结构，有效避免了氟化过程中活性炭的孔道坍塌；水接触角测试数据显示氟化处理后可将活性炭由亲水变为疏水；高湿度下的甲醛去除率显示本发明的产品具有更高的去除率，这是活性炭疏水且孔道结构完整共同作用的结果。

Claims (5)

1.一种疏水活性炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）取水玻璃，加水稀释得混合液A；

2）将步骤1）中的混合液A缓慢加热至沸腾后，冷却至室温，陈化一段时间，取上层清液过滤，得混合液B；

3）取活性炭放入管式炉内，氮气保护下热处理一定时间，得固体C；

4）按一定质量比,将C加入至B中，搅拌均匀，得混合体系D；

5）将混合体系D置入真空烘箱内，抽真空处理后取出；

6）将抽真空处理过的混合体系D室温下磁力搅拌一段时间后，抽滤并冲洗，得固体E；

7）将固体E重新加入至与体系D同体积的去离子水中，20-60℃下边搅拌边滴加硫酸至体系PH=7；停止搅拌，静置陈化一段时间后过滤并烘干，得负载二氧化硅的活性炭F；

8）将固体F置于密闭的管式炉中，先通氮气，后改通氟氮混合气体，100-150℃氟化处理一定时间，得产物G；

9）将产物G置于HF中浸泡一段时间去除活性炭孔道内的二氧化硅，得疏水的氟化活性炭材料。

2.根据权利要求1所述的疏水活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中的水玻璃质量份数为40%。

3.根据权利要求1所述的疏水活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤3）的热处理采用800℃的高温处理。

4.根据权利要求1所述的疏水活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤4）中C：B的质量比为1:30-1:100。

5.根据权利要求1所述的疏水活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤7）中硫酸的滴加速度为2-10滴/min。