[發明專利]用于吸附超微量二氧化硫的改性活性碳纖維的制備方法

無效

• 申請號: 201110009342.6
• 申請日: 2011-01-18
• 公開（公告）號: CN102120179A
• 公開（公告）日: 2011-07-13
• 發明（設計）人: 邱介山;萬鵬
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 大連星海專利事務所 21208
• 代理人: 花向陽

技術領域

本發明涉及一種用于吸附超微量二氧化硫的改性活性炭纖維制備方法，屬于無機非金屬材料科學技術分支，應用于氣體吸附與分離領域。

背景技術

活性炭纖維自從上世紀七十年代問世以來，就被廣泛應用于廢氣廢水中污染物的吸附脫除處理，尤其在煙氣脫硫脫硝方面，表現出了優異的性能。但隨著需要吸附超微量二氧化硫場合的出現，例如為供給質子交換膜燃料電池潔凈空氣而需對污染空氣脫硫凈化處理時，相關的研究卻處于相對空白狀態。當處理對象從含高濃度二氧化硫的煙氣轉變為含超微量二氧化硫的空氣時，活性炭纖維的吸附能力明顯下降，有文獻報道聚丙烯腈基活性炭纖維吸附31ppm二氧化硫時，飽和吸附容量僅為22mgSO₂/g吸附劑(C.?Martin,?A.?Perrard,?J.?P.?Joly,?F.?Gaillard,?V.?Delecroix.?Dynamic?adsorption?on?activated?carbons?of?SO2?traces?in?air?I.Adsorption?capacities.?Carbon,?2002,?(40):2235–2246)。因此對活性炭纖維進行改性處理，提高其痕量二氧化硫吸附容量變得十分重要。

目前活性炭纖維的改性活化主要集中在兩個方面，一是通過物理、化學活化方法提高其比表面積，在表面制造更多微孔活性吸附位，如文獻（K.?Okada,?N.?Yamamoto,?Y.?Kameshima,?A.?Yasumori. ?Porous?properties?of?activated?carbons?from?waste?newspaper?prepared?by?chemical?and?physical?activ

發明內容

為了克服現有技術中存在的問題，本發明提供一種用于吸附超微量二氧化硫的改性活性炭纖維制備方法。該方法應以同時含有含氧官能團與含氮官能團的小分子為修飾劑，在堿性條件保護下，通過一定溫度下的水熱反應，使小分子上的含氧官能團與活性炭纖維表面的含氧基團形成化學鍵或氫鍵，從而完成分子修飾，將具有很高二氧化硫吸附活性的氨基基團固定在活性炭纖維表面。

本發明采用的技術方案是：一種用于吸附超微量二氧化硫的改性活性炭纖維的制備方法，其特征在于：利用小分子改性劑與活性炭纖維反應，將氨基活性基團接枝在活性炭纖維表面，從而對其表面化學性質進行改性，制備方法具體步驟如下：

以比表面積約為1100m²/g的經稀硝酸溶液氧化處理的粘膠基活性炭纖維炭氈為反應物，以水溶液為反應體系，采用兩性小分子，即同時含有含氧官能團如羧基、羥基，以及含氮官能團氨基的小分子為改性劑，在常壓水熱條件下反應，將小分子改性劑修飾在活性炭纖維表面。具體反應條件為：按照每0.1g活性炭纖維加入0.1mmol~0.8?mmol小分子改性劑，0.08gNaOH與20gH₂O的比例將反應物置于圓底燒瓶內，油浴加熱下，在80-100^oC下水熱攪拌反應3-8小時；反應結束后用去離子水將活性炭纖維產物抽濾、淋洗至中性后，在120-130^oC烘箱中干燥24小時，即得到改性活性炭纖維產物。

所述小分子改性劑為三羥甲基氨基甲烷、丙氨酸、絲氨酸和精氨酸。

上述技術方案的核心是小分子改性劑的選擇、反應配方以及水熱反應條件的選取。所采用的三種小分子改性劑具有一個特征，即都同時擁有一個或幾個含氧基團，以及一個或幾個氨基基團。在堿性條件的保護下，利用水熱反應使其的含氧基團與活性炭纖維表面經稀硝酸氧化而形成的含氧基團作用，通過形成化學鍵或氫鍵作用，使小分子修飾在活性炭纖維表面。稀硝酸氧化的目的是增加活性炭纖維表面含氧基團，堿性反應條件保護氨基不會和含氧基團發生酸堿反應，小分子改性劑添加量的選取根據活性炭纖維表面酸性基團含量而確定，添加量過高易導致改性劑間發生副反應，添加量過低則影響改性效果。小分子改性劑的另一個優點是修飾后保持了活性炭纖維巨大的比表面積及豐富的微孔結構，結構優勢與表面化學雙管齊下，保證了優異的超微量二氧化硫吸附能力。