【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于吸附材料，具體涉及一種改性活性炭材料及其制備方法和應用。
技術介紹
1、工業化和城市化的快速發展帶來的揮發性有機化合物(voc)對人體健康的影響日益嚴重，丙烯酸酯作為一類重要的高分子材料合成單體，在涂料、粘合劑、甚至3d打印領域都有重要應用，但是丙烯酸酯類voc也存在環境污染和危害人類健康的問題。近年來，voc的處理方法已有很多，如催化氧化法、冷凝法、吸附法等。
2、催化氧化法是一種有效的廢氣治理技術，它通過加熱使voc在催化劑的作用下進行氧化反應，轉化為無害的二氧化碳和水，盡管這種方法在治理voc方面表現出色，但設備投資成本和運行費用很高。冷凝法是利用不同物質在不同溫度下具有不同飽和蒸汽壓這一性質，采用降低系統溫度或提高系統壓力的方式使處于氣狀態的voc冷凝，并從混合的氣體中脫離出來，但是其操作難度大，對條件要求嚴格，在一定程度上限制了其應用。
3、相比之下，吸附法由于設備簡單、操作方便、易于控制等特點，在工藝上具有較大的優勢。活性炭以其較好的吸附性能和低廉的價格，成為了工業常用的吸附材料，但其對丙烯酸酯類voc的吸附容量小、吸附選擇性差，難以滿足高效去除丙烯酸酯類voc的需求。因此，有必要開發一種用于丙烯酸酯類voc吸附的改性活性炭材料。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是針對現有技術存在的不足，提供一種改性活性炭材料及其制備方法和應用，通過在活性炭表面引入含氧官能團和丙烯酸甲酯低聚體，增強對丙烯酸酯類voc的吸附選擇性和吸附
2、為解決本專利技術所提出的技術問題，本專利技術提供一種改性活性炭材料的制備方法，包括以下步驟：
3、1)向將清洗并干燥后的活性炭中加入氧化劑溶液，加熱改性，然后取出，洗滌去除殘留在活性炭孔隙中的氧化劑溶液和雜質，干燥，得到預處理活性炭；
4、2)將預處理活性炭置于丙烯酸甲酯氣氛中，然后取出，表面噴灑光引發劑溶液后，進行紫外照射，照射結束后干燥，得到改性活性炭材料。
5、上述方案中，所述活性炭為煤質柱狀活性炭，其直徑為1.3～2mm，長度為2～5mm，bet比表面積為900～1100m2/g，總孔容為0.47～0.53cm3/g，平均孔徑為2.7～2.9nm。
6、上述方案中，所述氧化劑溶液為過硫酸銨溶液，濃度為0.1～2mol/l。
7、上述方案中，所述活性炭的質量與氧化劑溶液的體積比為(2～3.5)g:10ml。
8、上述方案中，所述加熱改性的加熱溫度為60～70℃，改性時間為2～3h。
9、上述方案中，所述加熱改性在攪拌條件下進行，攪拌速率為150～300r/min。
10、上述方案中，所述丙烯酸甲酯氣氛中丙烯酸甲酯的濃度為30～300mg/l，氣氛溫度為20～30℃，放置時間為10～30min。
11、上述方案中，所述光引發劑溶液為光引發劑tpo和光引發劑819的混合溶液，總濃度為1～5mg/ml。
12、進一步地，所述光引發劑溶液中，光引發劑tpo和光引發劑819的質量比為(1～3):1。
13、上述方案中，所述預處理活性炭的質量與光引發劑溶液的體積比為30g:(1～3)ml。
14、上述方案中，所述紫外照射的波長為300～400nm，功率為5～10w，照射時間為5～60min。
15、上述方案中，所述干燥均為鼓風干燥，干燥溫度為100～110℃，干燥時間為4～24h。
16、本專利技術還提供一種改性活性炭材料，采用上述制備方法制備得到。
17、上述方案中，所述改性活性炭材料的bet比表面積為1000～1200m2/g，總孔容為0.58～0.65cm3/g，平均孔徑為2.3～2.5nm。
18、本專利技術還提供一種改性活性炭材料在吸附丙烯酸酯類voc中的應用，應用方法為：將改性活性炭材料裝填在反應器中，氣體通入反應器，改性活性炭材料對氣體中的丙烯酸酯類voc進行吸附。
19、上述方案中，所述丙烯酸酯類voc包括丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯中的一種或多種。
20、上述方案中，所述氣體中丙烯酸酯類voc的濃度為20～50mg/m3。
21、上述方案中，所述吸附在常壓、溫度20～30℃下進行。
22、上述方案中，所述改性活性炭材料對丙烯酸酯類voc的吸附容量為150～400mg/g。
23、本專利技術的技術構思及技術原理為：
24、本專利技術基于提升活性炭對丙烯酸酯類voc的吸附容量和選擇性的需求，首先使用過硫酸銨溶液對活性炭進行改性，在活性炭表面引入羧基等極性基團以及拓寬孔容和增大比表面積；其次通過氣氛方法在活性炭表面引入丙烯酸甲酯，由于前一步改性的作用，這一步引入時不會對活性炭的孔隙結構造成堵塞；然后噴灑光引發劑，活性炭表面殘余的過硫酸根也可以作為輔助引發劑，通過光固化將丙烯酸甲酯以低聚體的形式固定在活性炭的表面，從而，最終的改性活性炭材料表面同時具有含氧官能團和丙烯酸甲酯低聚體。
25、將改性活性炭材料用于吸附丙烯酸酯類voc時，表面含氧基團的感應偶極子能夠與丙烯酸酯類voc上的電荷產生感應效應，快速吸附丙烯酸酯類voc氣體；而表面的丙烯酸甲酯低聚體對丙烯酸酯類voc表現出強烈的相似相吸作用，提高了吸附選擇性，這可能是由于丙烯酸甲酯低聚體的電荷分布使得其甲氧基端顯正電勢，更傾向于對丙烯酸酯類voc的不飽和鍵產生電荷吸引，同時，丙烯酸甲酯中由于受到羰基的吸電子作用，雙鍵與羰基之間存在共軛效應，雙鍵上的π電子偏向羰基，使得遠端碳原子顯正電性，而丙烯酸丁酯這類烷烴端較長的物質，其烷烴端是給電子基團，顯電負性，故而存在電荷吸引。因此，含氧官能團和丙烯酸甲酯低聚體的共同作用顯著增強了對丙烯酸酯類voc的吸附能力。
26、與現有技術相比，本專利技術的有益效果為：
27、本專利技術對活性炭進行改性，在活性炭表面引入含氧官能團和丙烯酸甲酯低聚體，顯著增強了對丙烯酸酯類voc的吸附選擇性和吸附能力，適用于多種丙烯酸酯類voc的高效脫除；本專利技術的改性工藝簡單，周期短，在提升活性炭對丙烯酸酯類voc吸附性能的同時，保留了活性炭的經濟性優勢；因此，本專利技術改性活性炭材料是丙烯酸酯類voc吸附的理想選擇，具有廣闊的應用前景。
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1.一種改性活性炭材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的改性活性炭材料的制備方法，其特征在于，所述活性炭為煤質柱狀活性炭，其直徑為1.3～2mm，長度為2～5mm，BET比表面積為900～1100m2/g。
3.根據權利要求1所述的改性活性炭材料的制備方法，其特征在于，所述氧化劑溶液為過硫酸銨溶液，濃度為0.1～2mol/L；所述活性炭的質量與氧化劑溶液的體積比為(2～3.5)g:10mL。
4.根據權利要求1所述的改性活性炭材料的制備方法，其特征在于，所述加熱改性的加熱溫度為60～70℃，改性時間為2～3h；所述加熱改性在攪拌條件下進行，攪拌速率為150～300r/min。
5.根據權利要求1所述的改性活性炭材料的制備方法，其特征在于，所述丙烯酸甲酯氣氛中丙烯酸甲酯的濃度為30～300mg/L，氣氛溫度為20～30℃，放置時間為10～30min。
6.根據權利要求1所述的改性活性炭材料的制備方法，其特征在于，所述光引發劑溶液為光引發劑TPO和光引發劑819的混合溶液，總濃度為1～5mg/m
7.根據權利要求1所述的改性活性炭材料的制備方法，其特征在于，所述預處理活性炭的質量與光引發劑溶液的體積比為30g:(1～3)mL；所述紫外照射的波長為300～400nm，功率為5～10W，照射時間為5～60min。
8.一種由權利要求1～7中任一項所述的方法制備得到的改性活性炭材料。
9.一種如權利要求8所述的改性活性炭材料在吸附丙烯酸酯類VOC中的應用。
10.根據權利要求9所述的改性活性炭材料在吸附丙烯酸酯類VOC中的應用，其特征在于，所述丙烯酸酯類VOC包括丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯中的一種或多種；所述吸附在常壓、溫度20～30℃下進行；所述改性活性炭材料對丙烯酸酯類VOC的吸附容量為150～400mg/g。
...【技術特征摘要】
1.一種改性活性炭材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的改性活性炭材料的制備方法，其特征在于，所述活性炭為煤質柱狀活性炭，其直徑為1.3～2mm，長度為2～5mm，bet比表面積為900～1100m2/g。
3.根據權利要求1所述的改性活性炭材料的制備方法，其特征在于，所述氧化劑溶液為過硫酸銨溶液，濃度為0.1～2mol/l；所述活性炭的質量與氧化劑溶液的體積比為(2～3.5)g:10ml。
4.根據權利要求1所述的改性活性炭材料的制備方法，其特征在于，所述加熱改性的加熱溫度為60～70℃，改性時間為2～3h；所述加熱改性在攪拌條件下進行，攪拌速率為150～300r/min。
5.根據權利要求1所述的改性活性炭材料的制備方法，其特征在于，所述丙烯酸甲酯氣氛中丙烯酸甲酯的濃度為30～300mg/l，氣氛溫度為20～30℃，放置時間為10～30min。
6.根據權利要求1所述的...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳艷軍，胡正升，王藝峰，唐旭，高釋龍，李鎣光，王佳瑋，
申請(專利權)人：武漢理工大學，
類型：發明
國別省市：
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