[發明專利]基于超臨界CO2

有效

• 申請號: 202110119933.2
• 申請日: 2021-01-28
• 公開（公告）號: CN112934185B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 黃皓旻;王小紅;殷璐;成海榮;葉光政;王鈺欽;焦裕均;姚帆;朱文富;葉代啟
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了基于超臨界CO₂介質的有機酸疏水改性生物炭及其制備方法與應用。包括以下步驟：(1)把生物炭和過氧化氫溶液混合，進行軟化、攪拌、過濾得到羥基化的生物炭；(2)把羥基化的生物炭、硼氫化鈉、無水乙醇混合，進行攪拌、過濾、惰性氣體氣氛50?100℃烘干，得到干燥的生物炭；(3)加入到溶解有天然大分子有機酸、無水乙醇、脫水劑的溶液中在超臨界CO₂介質中加熱反應，得到反應后的混合液；(4)把混合液過濾，用乙醇、去離子水沖洗，惰性氣體氣氛50?100℃干燥，獲得改性后的生物炭。本發明的優點為操作簡單、價格低廉、綠色環保、對炭材料孔徑結構影響較小，在高濕環境下對揮發性有機物具有良好的吸附性能。

技術領域

本發明屬于多孔炭材料領域，特別是涉及基于超臨界CO₂介質的有機酸疏水改性生物炭及其制備方法與應用。

背景技術

目前吸附技術和吸附-催化燃燒技術是中低濃度有機廢氣有效治理的主要技術。其中，吸附劑成為關鍵材料之一，而炭基多級孔材料由于來源廣泛，如活性炭、生物炭、生物炭纖維等，價格低廉、性能優異等特點被廣泛作為VOCs的吸附劑。但是，工程實踐經驗表明，常見炭基吸附劑在工程應用中面臨著與水蒸氣競爭吸附的難題，例如在汽車制造的噴漆工序中，濕式噴淋常用于去除多余的噴漆，從而增加其VOCs廢氣的濕度。另外，水性原輔材料替代溶劑性原輔材料的逐步推廣，炭基吸附劑在VOCs和水蒸氣選擇性吸附方面的矛盾越來越突出。而炭基吸附劑VOCs吸附容量在高濕度條件下會大大降低，極易達到飽和狀態，不利于有機廢氣的凈化。

對于材料疏水性方面，已有文獻報道，使用功能性涂料能有效實現穩定的超疏水性，可應用于建筑環境控制、水動力減阻等方面。另外，有些涂料如有機硅烷和全氟化合物往往有毒、易燃、腐蝕性強、難以處理并破壞環境。然而，天然大分子有機酸改性的疏水性炭材料用在高濕環境中VOCs吸附的應用卻鮮見報道。因此，研制具有高疏水性能的多級孔炭材料作為高效VOCs吸附劑，有望克服現有炭材料吸附容量低、與水蒸氣競爭吸附性能差等不足，具有良好的應用前景。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了基于超臨界CO₂介質的有機酸疏水改性生物炭及其制備方法與應用。

本發明的目的在于至少通過以下方案之一實現。

基于超臨界CO₂介質的有機酸疏水改性生物炭的制備方法，包括以下步驟：

(1)把生物炭和過氧化氫溶液混合，進行攪拌、過濾得到羥基化的生物炭；

(2)把步驟(1)所述羥基化的生物炭、硼氫化鈉、無水乙醇混合，進行攪拌、過濾、惰性氣體氣氛50-100℃烘干，得到干燥的生物炭；

(3)把步驟(2)所述干燥的生物炭加入到溶解有天然大分子有機酸、無水乙醇、脫水劑的溶液中在超臨界CO₂介質中加熱反應，得到反應后的混合液；

(4)把步驟(3)所述反應后的混合液過濾，沉淀物用乙醇、去離子水沖洗，惰性氣體氣氛50-100℃干燥，獲得改性后的生物炭。

進一步地，步驟(1)中，所述生物炭為椰子殼生物炭、甘蔗渣生物炭和核桃殼生物炭中的一種或多種；所述過氧化氫溶液的質量分數為5-30％。

進一步地，步驟(1)中，所述攪拌的時間為1-6h。

進一步地，步驟(2)中，所述羥基化的生物炭和硼氫化鈉的質量比為10:1～1:1；所述無水乙醇的體積與羥基化的生物炭的質量的比值為1:1-1:50L/g；所述攪拌的時間為1-6h。

進一步地，步驟(3)中，所述天然大分子有機酸為肉桂酸、咖啡酸、肉豆蔻酸或月桂酸中的一種或多種。