[發明專利]多孔炭材料的表面處理方法

在審

• 申請號: 201410397846.3
• 申請日: 2014-08-14
• 公開（公告）號: CN105363408A
• 公開（公告）日: 2016-03-02
• 發明（設計）人: 申文忠;楊輝;尹曄東;程懷文
• 申請（專利權）人: 京潤泓環保科技(天津)有限責任公司
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/22;B01J20/28;B01J20/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及材料合成和應用領域，尤其涉及一種多孔炭材料的表面 處理方法。

背景技術

吸附法是目前處理低濃度揮發性有機物的有效方法之一，其是采用 吸附劑將氣體中的揮發性有機物分子吸附，凈化后的氣體排入大氣中。 工業上使用的吸附劑要求具有大的比表面積、高的吸附選擇性、易操作 的再生性能、良好的機械強度、熱及化學穩定性、較大的吸附容量，以 及良好的吸附動力學性質和較低的水蒸氣吸附容量和較小的壓力損失 等。

多孔炭材料由于其特有的組成與結構、高的比表面積、有序的孔徑 分布及其具有高的熱力學穩定性和化學惰性，在催化、吸附分離等領域 具有重要的應用前景，而且也是目前在揮發性有機物的處理中最常用的 吸附劑，常見的類型有活性炭或活性炭纖維等。

由于多孔炭材料是高溫炭化活化所得，表面雜原子較少，因而，其 表面呈疏水性，對極性分子的吸附主要是通過孔道的物理吸附，選擇性 較差，而且吸附量也有限，因此，對其進行改性，使其擁有更加優良的 吸附性能是目前研究的熱點。

研究發現，活性炭對有機物的吸附與活性炭本身的性質、有機物性 質和吸附條件均有關系，其中最主要的影響因素是活性炭本身的性質， 比如比表面積、孔徑分布、雜質含量、疏水性、表面官能團的含量等物 理和化學性質，尤其是表面官能團，其作為活性中心支配了活性炭的表 面化學性質，對吸附起著關鍵作用。本領域公知，表面官能團的產生主 要有兩種途徑：一是活性炭制備過程中，不完全炭化而殘留的；二是對 活性炭表面進行氧化、氨化等化學改性。研究也發現，在多孔炭材料中 引入含氧官能團和含氮官能團對其吸附性能有所影響，但在目前的文獻 報道和實際生產中，主要以硝酸、硫酸等強氧化性的物質對多孔炭進行 氧化，這種氧化程度劇烈、含氧官能團不能實現有效控制，同時氧化后 的酸性廢水處理也是面臨的現實問題，而氨化同樣也是在高溫條件下 (650-1000℃)將氨與多孔炭反應，在炭材料表面生成含氮官能團，存 在問題是氨的利用率低、能耗高，甚至導致多孔炭的孔道結構發生變化。 因此，亟需對目前的多孔炭材料表面修飾方式進行改進。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足提供一種多孔炭材料的 表面處理方法，通過采用低溫空氣氧化，在多孔炭材料的孔道表面引入 含氧官能團，同時利用與多孔炭浸漬的尿素等低溫熱分解生成的含氮自 由基，其與炭基質結合，在炭材料表面形成含氮官能團，實現多孔炭材 料表面化學官能團的種類和數量的精確控制，改善了其對極性有機分子 的吸附量和選擇性吸附。

為了實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種多孔炭材料的表面處理方法，包括：將多孔炭材料浸漬負載有 氧化性能的化合物或含有上述化合物的材料，然后在低溫條件下加熱， 得到經低溫氧化處理的多孔炭材料。具有氧化性能的化合物是本領域技 術人員公知的，優選可以是硝酸鉀或氯酸鉀。

浸漬時間優選1-4h。低溫條件下加熱的具體步驟為首先在50℃干燥 2h，然后以5℃/min升溫到250-500℃，恒溫30min，作為優選，上述溫 度為250-300℃。

本發明處理方法還包括將多孔炭材料同時浸漬負載有含氮化合物或 含有上述化合物的材料。所述含氮化合物可以是脲或硝化棉。

含有上述化合物的材料可以是本領域技術人員公知的，在本申請中 優選硝化棉。硝化棉在250-500℃下分解產生含氮、含氧自由基，其與炭 基質結合后在多孔炭材料表面形成-OH、-N-H、-C＝O、C-O-C，C-O-N 或＞C-N等含氮和含氧官能團。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：

1、對于含氧官能團的引入，避免使用現有技術中普遍采用的氧化程 度劇烈的硝酸、硫酸等強氧化性物質，而是利用了低溫空氣氧化。

2、對于含氮官能團的引入，避免使用現有技術中普通采用的高溫條 件下(650-1000℃)的氨化反應，而是利用了尿素等在低溫條件 下分解生成的含氮化合物。

3、通過選擇合適反應溫度等條件對氧化過程進行調節，實現了多孔 炭材料表面含氧和含氮官能團種類和數量的控制。

4、在多孔炭材料表面引入含氮或含氧等極性官能團提高了對極性 分子的吸附量和選擇性。

附圖說明