【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于活性炭材料改性領(lǐng)域，具體涉及一種氮摻雜-熱活化復(fù)合疏水改性活性炭的制備方法與應(yīng)用。
技術(shù)介紹
0、技術(shù)背景
1、揮發(fā)性有機(jī)物(vocs)是指常溫下飽和蒸汽壓大于70pa、常壓下沸點(diǎn)在260℃下具有揮發(fā)性的有機(jī)化合物，其不僅會(huì)對(duì)人體健康造成威脅，還可能會(huì)導(dǎo)致溫室效應(yīng)和光化學(xué)煙霧等嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。因此，vocs的處理顯得尤為重要，吸附法因操做簡(jiǎn)便、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)穩(wěn)居首位。其中，活性炭以其較好的吸附性能和低廉的價(jià)格，成為了最受歡迎的吸附材料之一。但在實(shí)際應(yīng)用中活性炭的吸附效果受廢氣中水分子的影響很大，吸附過(guò)程中水分子會(huì)與vocs分子競(jìng)爭(zhēng)活性炭表面的吸附位點(diǎn)，導(dǎo)致vocs的吸附容量減小，因而需要對(duì)活性炭進(jìn)行疏水改性處理，以減少對(duì)水氣的吸附，從而提高活性炭對(duì)目標(biāo)vocs的吸附能力。
2、目前常用的疏水改性法包含浸漬法和熱活化法。浸漬法通常將有機(jī)硅烷等疏水化合物負(fù)載在活性炭表面以達(dá)到疏水目的，但極易造成活性炭孔隙結(jié)構(gòu)的堵塞，使活性炭的吸附性能和再生性能下降，且成本較高，因而在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較少；熱活化法通過(guò)對(duì)活性炭進(jìn)行高溫處理，以去除活性炭表面的含氧官能團(tuán)，降低其表面極性，從而降低水分子的吸附量，但易造成活性炭?jī)?nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)坍塌，降低活性炭的比表面積，不利于活性炭對(duì)vocs的吸附。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、鑒于以上所述方法的缺點(diǎn)，本專利技術(shù)的目的在于提供一種氮摻雜-熱活化復(fù)合疏水改性活性炭的制備方法與應(yīng)用。
2、本專利技術(shù)的技術(shù)方案如：>
3、一種氮摻雜-熱活化復(fù)合改疏水性活性炭的制備方法，步驟如下：
4、首先通過(guò)浸漬法在活性炭孔道中引入尿素，制備氮摻雜活性炭；再在500～700℃無(wú)氧環(huán)境下熱活化活性炭，活性炭孔道內(nèi)的尿素結(jié)晶在高溫下熱解揮發(fā)出nh3和co2，有利于活性炭比表面積和微孔數(shù)量的增加，可以改善現(xiàn)有熱活化法可能會(huì)破壞活性炭孔結(jié)構(gòu)，降低其比表面積的問(wèn)題。該方法制得的活性炭在保持高比表面積的同時(shí)，降低活性炭表面的含氧官能團(tuán)并提升氮元素含量，還可以提升活性炭的微孔數(shù)量，可以在一定程度上提升活性炭的疏水性，改善活性炭在高濕度環(huán)境下對(duì)vocs選擇吸附性。
5、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案，分為制備和應(yīng)用兩方面：
6、一種氮摻雜-熱活化復(fù)合疏水改性活性炭的制備方法，具體包括如下步驟：
7、第一步，活性炭的預(yù)處理：使用乙醇和超純水反復(fù)沖洗煤基柱狀活性炭，并在80～110℃下烘干；
8、第二步，氮摻雜活性炭的制備：將上述預(yù)處理后的活性炭浸漬在質(zhì)量濃度為5％～20％的尿素浸漬中，攪拌12～24h，取出洗凈后放入烘箱中80～110℃烘干6h，制得氮摻雜活性炭；
9、第三步，氮摻雜-熱活化復(fù)合疏水改性活性炭的制備：將氮摻雜活性炭在500～700℃的無(wú)氧環(huán)境下進(jìn)行熱活化，保溫30～120min，冷卻后得到氮摻雜-熱活化復(fù)合疏水改性活性炭。
10、優(yōu)選的，所述的第一步，在80℃下烘干。
11、一種氮摻雜-熱活化復(fù)合疏水改性活性炭的應(yīng)用，具體包括如下步驟：
12、(1)將適量的氮摻雜-熱活化復(fù)合疏水改性活性炭裝填于吸附裝置中；
13、(2)控制vocs濃度為100～1000ppm，相對(duì)濕度為10～80％；
14、(3)將上述氣體通入裝填有復(fù)合疏水改性活性炭的吸附裝置，控制氣體穿過(guò)活性炭層的停留時(shí)間為0.2～1s，實(shí)現(xiàn)氣體中vocs的去除，去除率可達(dá)90％以上，可通過(guò)調(diào)整活性炭裝填量控制vocs去除率90％以上的時(shí)間，可根據(jù)氣體vocs初始濃度和環(huán)保要求，控制活性炭的更換或再生周期；
15、(4)通過(guò)vocs分析儀或氣相色譜儀實(shí)時(shí)測(cè)定吸附裝置進(jìn)出口氣體中的vocs濃度，待活性炭吸附飽和后繪制吸附穿透曲線，計(jì)算復(fù)合疏水改性活性炭對(duì)vocs的飽和吸附量。
16、本專利技術(shù)的益處是：
17、(1)活性炭復(fù)合疏水改性后提升效果明顯，改性過(guò)程不涉及有毒有害物質(zhì)的使用；
18、(2)可有效降低活性炭表面的含氧官能團(tuán)含量并通過(guò)氮摻雜-熱活化的方式增加了活性炭?jī)?nèi)部的微孔數(shù)量，有利于提升活性炭對(duì)小分子vocs的吸附選擇性，提高了活性炭的疏水性及在高濕條件下的吸附效果。
19、本專利技術(shù)的有益效果：
20、本專利技術(shù)對(duì)活性炭進(jìn)行氮摻雜-熱活化復(fù)合疏水改性，首先將預(yù)處理后的活性炭浸漬于尿素浸漬液中，再對(duì)其進(jìn)行高溫?zé)峄罨Ｒ环矫妫獡诫s活性炭孔道內(nèi)殘留的尿素結(jié)晶在高溫下熱解為nh3和co2氣體，氣體揮發(fā)過(guò)程會(huì)在活性炭?jī)?nèi)部形成微孔結(jié)構(gòu)，增加活性炭的微孔數(shù)量，有利于增強(qiáng)活性炭對(duì)小分子vocs的選擇吸附性；另一方面，高溫?zé)峄罨梢杂行コ钚蕴勘砻娴暮豕倌軋F(tuán)，降低活性炭表面對(duì)水分子的親和性，進(jìn)而提升活性炭的疏水性；此外，殘留的氮元素在活性炭表面形成含氮基團(tuán)，提升活性炭表面氮元素和氧元素的比值(n/o比)，這也有利于增強(qiáng)活性炭對(duì)vocs的吸附性能。
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1.一種氮摻雜-熱活化復(fù)合疏水改性活性炭的制備方法，其特征在于，步驟如下：
2.如權(quán)利要求1所述的一種氮摻雜-熱活化復(fù)合疏水改性活性炭的制備方法，其特征在于，所述的第一步，在80℃下烘干。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種氮摻雜-熱活化復(fù)合疏水改性活性炭的制備方法得到的氮摻雜-熱活化復(fù)合疏水改性活性炭的應(yīng)用，其特征在于，包括如下步驟：
4.如權(quán)利要求3所述的一種氮摻雜-熱活化復(fù)合疏水改性活性炭的制備方法得到的氮摻雜-熱活化復(fù)合疏水改性活性炭的應(yīng)用，其特征在于，所述的VOCs是甲苯、乙苯、二甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、氯苯的一種或幾種組合。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種氮摻雜-熱活化復(fù)合疏水改性活性炭的制備方法，其特征在于，步驟如下：
2.如權(quán)利要求1所述的一種氮摻雜-熱活化復(fù)合疏水改性活性炭的制備方法，其特征在于，所述的第一步，在80℃下烘干。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種氮摻雜-熱活化復(fù)合疏水改性活性炭的制備方法得...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張玉，劉澤坤，劉文杰，王博文，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：大連理工大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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