[發明專利]疏水活性炭材料、制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201911111738.4
• 申請日: 2019-11-13
• 公開（公告）號: CN110773127B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 崔彥斌;李文麗;許光文;武榮成;劉嬌;岳君容;張建嶺;張杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/30
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳夢圓

一種疏水活性炭材料、制備方法及其應用，所述制備方法包括如下步驟：將硅酸酯進行水解反應，得到硅酸凝膠；將所述硅酸凝膠浸漬活性炭，得到浸漬有硅酸的活性炭；將所述浸漬有硅酸的活性炭置于含有酰氯的改性溶液中，進行化學嫁接，得到疏水改性活性炭前驅體；對疏水改性活性炭前驅體進行活化，得到疏水活性炭材料。本發明疏水活性炭材料性能穩定，且活性炭具有較好疏水性能的同時具有較大的孔容；解決了活性炭在應用過程中由于水分子的競爭性吸附對目標有機物吸附容量減少的問題，活性炭疏水改性后可抑制水分子的吸附，從而提高活性炭對目標有機物的吸附量，本發明應用前景廣闊。

技術領域

本發明涉及疏水活性炭材料技術領域，尤其涉及一種疏水活性炭材料、制備方法及其應用。

背景技術

活性炭因其對有機污染物的良好的吸附性能引起了人們的極大關注，活性炭在大氣污染防治、水污染防治等環境保護方面得到廣泛應用。然而，由于水分子的競爭性吸附，限制了活性炭對含有揮發性有機物的溶液的吸附容量。活性炭超大的吸附容量和優良的吸附性能，除了與其自身富含孔和驚人的BET相關外，而且與活性炭的表面性能和化學組成有關。

現有的表面疏水改性的方法主要有物理法和化學法。物理改性包括表面包覆和熱處理兩種，改性獲得的疏水基團不穩定。化學改性通常采用硅-鹵鍵化合物、硅烷偶聯劑、硬脂酸等改性物質與離子表面聚合接枝，易于獲得疏水穩定的活性炭。現有的一些研究中，都需要強酸強堿氧化處理才能賦予活性炭疏水功能，然而強酸強堿氧化處理會降低活性炭的吸附活性，同時也不利于回收再生。另外還有一些研究中并未對活性炭進行高溫處理，容易導致活性炭孔中吸附溶質分子，從而大大降低活性炭的比表面積。再有的一些研究中采用兩個容器熱吹掃的干法改性方法，條件較苛刻，操作較復雜，不利于工業化應用。

現有的疏水改性活性炭材料存在兩個問題：(1)活性炭疏水改性一般只能用在優質活性炭上，而對廢棄活性炭的疏水改性研究較少；(2)簡單的疏水改性后，改性物質的加入易于堵塞活性炭的孔徑，從而降低活性炭的比表面積且負載改性穩定性差，從而使得改性后活性炭的循環使用壽命減少。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的是提供一種疏水活性炭材料、制備方法及其應用，以期至少部分地解決上述提及的技術問題中的至少之一。

作為本發明的一個方面，提供一種疏水活性炭材料的制備方法，包括如下步驟：

將硅酸酯進行水解反應，得到硅酸凝膠；

將所述硅酸凝膠浸漬活性炭，得到浸漬有硅酸的活性炭；

將所述浸漬有硅酸的活性炭置于含有酰氯的改性溶液中，進行化學嫁接，得到疏水改性活性炭前驅體；

對疏水改性活性炭前驅體進行活化，得到疏水活性炭材料。

作為本發明的另一個方面，還提供一種疏水活性炭材料，采用如上述的疏水活性炭材料制備方法制備得到。

作為本發明的再一個方面，還提供一種如上述的疏水活性炭材料在揮發性有機物吸附中的應用。

基于上述技術方案，本發明具有至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

1)本發明針對廢棄活性炭進行了疏水改性處理，采用硅酸酯和酰氯結合改性的方法，獲得了高比表面積和疏水性能較好的疏水活性炭材料；其中，本發明設計的硅酸酯水解無需強酸、強堿即可進行，制備條件溫和；且得到的硅酸凝膠吸附到活性炭表面，使更多的疏水改性劑酰氯嫁接到活性炭表面，提高了活性炭的疏水性能；此外，通過活化將不穩定化合物煅燒掉，從而得到比表面積較高、孔容大且性能穩定的疏水活性炭材料；

2)本發明解決了活性炭在應用過程中由于水分子的競爭性吸附對目標有機物吸附容量減少的問題，活性炭疏水改性后可抑制水分子的吸附，從而提高活性炭對目標有機物的吸附量，本發明應用前景廣闊；