一種乙酸鈣修飾的親水性活性炭及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種乙酸鈣修飾的親水性活性炭及其制備方法，該親水性活性炭是由乙酸鈣負(fù)載在活性炭的炭骨架表面構(gòu)成，制備方法是將活性炭原料依次經(jīng)過高溫處理、在氫氧化鈣溶液中浸泡，干燥，活化，再在乙酸乙酯中浸泡，進(jìn)行酯水解反應(yīng)、氮?dú)獯祾呙摳健⒄婵彰摳剑吹糜H水性活性炭；該制備方法操作簡單、低成本；制得的親水性活性炭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，比表面積大，炭損失量小，對水蒸氣吸附能力強(qiáng)、吸附容量大，且吸附性能穩(wěn)定，重復(fù)使用性好。

Calcium acetate modified hydrophilic activated carbon and preparation method thereof

The invention discloses a hydrophilic activated carbon modified calcium acetate and its preparation method, the hydrophilicity of activated carbon by calcium acetate loaded carbon skeleton on the surface of activated carbon composition, preparation method of activated carbon material after high temperature treatment, the calcium hydroxide solution, drying, activating, soaking in ethyl acetate, ester hydrolysis, nitrogen purge desorption, vacuum desorption, the hydrophilicity of activated carbon; the preparation method has simple operation and low cost; hydrophilic activated carbon prepared with stable structure, large surface area, carbon loss is small, the water vapor adsorption capacity, adsorption and the adsorption capacity, stable performance, good repeatability.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)公開了，具體涉及利用有機(jī)試劑在活性炭表面合成親水性有機(jī)官能團(tuán)的過程；屬于催化改性領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
水蒸氣是自然界普遍存在的物質(zhì)之一。但是，在一些特定的環(huán)境中，如精密儀器實(shí)驗(yàn)室、倉庫、石油液化氣站等，需要對水蒸氣的含量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以防止發(fā)生電路短路、腐蝕、冷凝等現(xiàn)象而造成重大安全事故與損失。吸附法因其操作簡單、易于回收以及可以避免二次污染而得以廣泛應(yīng)用。而活性炭由于具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積、豐富的表面官能團(tuán)以及價格便宜等優(yōu)點(diǎn)而成為首選的吸附劑之一。在較低的相對濕度下，Dimotakis等人(Dimotakis, E.;Cal, M.;Economy, J.; Rood, Μ.; Larson, S., Water Vapor Adsorption on Chemically TreatedActivated Carbon Cloths.Chem Materl995，7 (12)，4.)認(rèn)為活性炭表面親水性官能團(tuán)對水蒸氣的吸附起到了關(guān)鍵性的作用。親水性官能團(tuán)可以與水分子形成氫鍵，從而促進(jìn)水蒸氣在活性炭中的吸附。活性炭表面親水性基團(tuán)構(gòu)建的方法有很多，如利用硝酸、硫酸、鹽酸、過氧化氫等的濕式氧化法；利用臭氧、氧氣、二氧化碳、一氧化碳的氣相氧化法；利用硝酸鐵、硝酸銀等的氧化鹽改性法以及通過熱-氧聯(lián)合處理的復(fù)合改性法。但是，在這些改性過程中，活性炭本身要與改性試劑參與反應(yīng)以生成表面官能團(tuán)。活性炭質(zhì)量會在此過程中產(chǎn)生較大損失，而且活性炭原有的孔結(jié)構(gòu)也會遭到很大的破壞。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的一個目的是在于提供一種比表面積大，微孔孔系發(fā)達(dá)，負(fù)載有大量親水基團(tuán)的親水性活性炭，該活性炭對水蒸氣吸附能力強(qiáng)、吸附容量大，且吸附性能穩(wěn)定，重復(fù)使用性好。本專利技術(shù)針對現(xiàn)有技術(shù)中活性炭氧化改性過程中存在炭損失率大，活性炭的孔結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重的缺陷，另一個目的是在于提供一種操作簡單、低成本的制備親水性活性炭方法，該方法制得的親水性活性炭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，比表面積大，炭損失量小，對水蒸氣吸附能力強(qiáng)、吸附容量大，且吸附性能穩(wěn)定，重復(fù)使用性好。本專利技術(shù)提供了 一種乙酸鈣修飾的親水性活性炭，該親水性活性炭由乙酸鈣負(fù)載在活性炭的炭骨架表面構(gòu)成；其中，乙酸鈣的質(zhì)量占乙酸鈣和活性炭總質(zhì)量的2?10%。所述的親水性活性炭中乙酸鈣的質(zhì)量優(yōu)選為占乙酸鈣和活性炭總質(zhì)量的3?7%。所述的負(fù)載是由乙酸乙酯和氫氧化鈣通過酯水解反應(yīng)生成的乙酸鈣沉積在活性炭的炭骨架表面來實(shí)現(xiàn)。本專利技術(shù)還提供了一種親水性活性炭的制備方法，該方法是將水洗、真空干燥處理過的活性炭原料，在真空條件下經(jīng)700?1000°C高溫處理后，置于飽和氫氧化鈣溶液中浸泡I，再經(jīng)水洗、真空干燥后，得到預(yù)處理活性炭；所得的預(yù)處理活性炭先在真空條件下，300~450°C活化0.5~1.5h，再置于乙酸乙酯中浸泡II后，在真空條件下，70~90°C酯水解反應(yīng)；反應(yīng)所得的活性炭產(chǎn)物，先采用氮?dú)獯祾呙摳剑龠M(jìn)一步在105~125°C真空脫附，即得。所述的浸泡I時間為96~120h。所述的浸泡II時間為96~120h。所述的高溫處理時間為0.5~1.5h。所述的吹掃脫附直到活性炭質(zhì)量在30min內(nèi)波動不超過5%。所述的酯水解反應(yīng)時間為12~24h。所述的真空脫附時間為8~24h。所述的活性炭原料為普通商業(yè)活性炭。本專利技術(shù)中親水性活性炭的制備方法包括以下步驟:(I)預(yù)處理:先用去離子水洗滌去除活性炭中存在的雜質(zhì)后，置于105~125°C真空爐中，在真空條件下烘干；再將真空爐溫度提至700~1000°C并維持0.5~1.5h，以去除活性炭表面已有活性基團(tuán)；(2)堿處理:將步驟(1)預(yù)處理過的活性炭原料在室溫下，置于飽和氫氧化鈣溶液中浸泡96~120h ;過濾,用去離子水洗漆5~7次,在105~125°C真空條件下烘干；(3)活化:將步驟(2)堿處理得到的活性炭在真空條件下，300~450°C活化0.5~1.5h,自然冷卻至室溫；(4)酯水解反應(yīng):將步驟(3)活化后的活性炭在室溫下浸泡在乙酸乙酯試劑中，封緊容器，靜置96~120h后，過濾分離；將得到的活性炭在70~90°C真空條件下酯水解反應(yīng)12~24h后，自然冷卻到室溫，再利用氮?dú)膺M(jìn)行吹掃脫附至活性炭質(zhì)量在半小時內(nèi)波動不超過5%時，停止吹掃，再在溫度為105~125°C對其真空干燥8h~24h，以完全去除殘留在活性炭內(nèi)部的乙酸乙酯，從而得到親水性的活性炭材料。本專利技術(shù)的有益效果:本專利技術(shù)首次利用乙酸乙酯和氫氧化鈣的酯水解反應(yīng)，在活性炭的骨架結(jié)構(gòu)中生成乙酸鈣，生成的乙酸鈣沉積在活性炭的骨架表面從而制得活性炭負(fù)載乙酸鈣的復(fù)合物，即親水性活性炭。本專利技術(shù)的親水性活性炭中負(fù)載的乙酸鈣的分解溫度高達(dá)160°C，能在活性炭骨架表面穩(wěn)定存在；乙酸鈣一方面大大增加了親水性活性炭孔隙中親水基團(tuán)含量，在原有的單一物理吸附基礎(chǔ)上增加了對水蒸汽的靜電吸附，另一方面在保持原有孔隙構(gòu)造的基礎(chǔ)上，將孔徑適當(dāng)縮小，毛細(xì)吸附現(xiàn)象增加；大大增加了整個活性炭對水蒸氣的吸附能力。本專利技術(shù)的乙酸鈣修飾改性活性炭和現(xiàn)有技術(shù)中的氧化活性炭材料相比具有以下特點(diǎn):1)本專利技術(shù)的親水基團(tuán)全部是來自外來修飾，不對活性炭炭骨架造成任何破壞，不會造成活性炭的質(zhì)量損失；2)—定量的乙酸鈣對活性炭的修飾，使活性炭的親水性基團(tuán)增加，孔徑變小，微孔含量增加，使化學(xué)吸附和物理吸附共同作用，吸附能力同時增強(qiáng)，可顯著提高活性炭對水蒸氣的吸附量；3)可重復(fù)使用，且重復(fù)使用的效果好；4)制備方法簡單，工藝穩(wěn)定，原料廉價，生產(chǎn)成本低，可工業(yè)化生產(chǎn)。【附圖說明】【圖1】是本專利技術(shù)實(shí)施例1的活性炭孔徑分布規(guī)律對比圖:AC0為活性炭原料的孔徑分布曲線；MAC為制備的親水性活性炭的孔徑分布曲線。【圖2】是本專利技術(shù)實(shí)施例1的活性炭傅里葉紅外(FTIR)光譜對比圖:AC0為活性炭原料的紅外光譜曲線；MAC為制備的親水性活性炭的紅外光譜曲線。【圖3】是本專利技術(shù)實(shí)施例1的活性炭掃描電鏡(SEM)對比圖:AC0為活性炭原料的掃描電鏡(SEM)圖像；MAC為制備的親水性活性炭的掃描電鏡(SEM)圖像。【具體實(shí)施方式】以下實(shí)施例旨在進(jìn)一步說明本專利技術(shù)，而不是限制本專利技術(shù)保護(hù)的范圍。實(shí)施例1I)改性活性炭的制備用天平稱取IOg普通商業(yè)活性炭放入燒杯，利用蒸餾水洗滌5次，在120°C真空條件下干燥12h。之后，將真空爐溫度提至800°C并維持lh，以去除活性炭表面已有活性基團(tuán)。量取IOOmL飽和氫氧化鈣溶液,將活性炭浸泡在堿液中,封口、靜置4天，利用去離子水洗滌6次，在120°C真空條件下干燥12h。將活性炭在400°C真空條件下活化lh，待自然冷卻至室溫時，將其浸泡在乙酸乙酯試劑中，封口、靜置4天。利用紗濾將乙酸乙酯試劑與活性炭分離，并將活性炭在75°C真空條件下反應(yīng)18h。將處理后的活性炭先進(jìn)行氮?dú)獯祾呙摳剑笤?10°C下真空脫附8h，從而制備得到親水性的活性炭材料。制備得到的親水性活性炭比表面積達(dá)到845m2/g，其中微孔階段的比表面積達(dá)到784m2/g。制備的親水性活性炭孔徑分布如附圖1所示。可以看到，對于活性炭孔徑小于0.6nm的微孔孔容，MAC要明顯高于AC。當(dāng)孔徑大于0.6nm時，MAC的微孔孔容小于AC。這是由于活性炭表面生成親水性基團(tuán)，使一部分本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種乙酸鈣修飾的親水性活性炭，其特征在于，由乙酸鈣負(fù)載在活性炭的炭骨架表面構(gòu)成；其中，乙酸鈣的質(zhì)量占乙酸鈣和活性炭總質(zhì)量的2～10%。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種乙酸鈣修飾的親水性活性炭，其特征在于，由乙酸鈣負(fù)載在活性炭的炭骨架表面構(gòu)成；其中，乙酸鈣的質(zhì)量占乙酸鈣和活性炭總質(zhì)量的2?10%。2.如權(quán)利要求1所述的親水性活性炭，其特征在于，乙酸鈣的質(zhì)量占乙酸鈣和活性炭總質(zhì)量的3?7%。3.如權(quán)利要求1所述的親水性活性炭，其特征在于，所述的負(fù)載是由乙酸乙酯和氫氧化鈣通過酯水解反應(yīng)生成的乙酸鈣沉積在活性炭的炭骨架表面來實(shí)現(xiàn)。4.一種親水性活性炭的制備方法，其特征在于，將水洗、真空干燥處理過的活性炭原料，在真空條件下經(jīng)700?1000°C高溫處理后，置于飽和氫氧化鈣溶液中浸泡I，再經(jīng)水洗、真空干燥后，得到預(yù)處理活性炭；所得的預(yù)處理活性炭先在真空條件下，300?450°C活化0.5?1.5h，再置于...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李立清，姚小龍，李海龍，
申請(專利權(quán))人：中南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：