[發明專利]一種雜元素摻雜活性炭纖維及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110284002.8
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113060727B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 趙佳;邵淑娟;李飛彪;岳玉學;湯奇;李小年
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: C01B32/354
• 分類號: C01B32/354;C01B32/372;B01D53/02;B01J20/20;B01J20/28;B01J20/32;B01J21/18;B01J35/06;C02F1/461;C02F1/469;C07C5/09;C07C11/04
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;俞慧

本發明公開了一種雜元素摻雜活性炭纖維及其制備方法和應用，所述制備方法包括如下步驟：1)向溶劑中加入一定量的含雜元素的離子液體，并將活性炭纖維加入其中，浸漬一段時間；所述的含雜元素的離子液體為含硼離子液體、含磷離子液體或含硫離子液體；2)將步驟1)所得的混合物進行微波消解預處理，使雜元素均勻地分布在活性炭纖維表面；3)將步驟2)所得的混合物進行烘干處理，使溶劑揮發；4)將步驟3)所得離子液體負載的活性炭纖維在惰性氣氛下高溫焙燒，即得雜元素摻雜活性炭纖維。本發明公開了所述雜元素摻雜活性炭纖維作為吸附材料在乙炔和乙烯的分離中的應用、作為催化劑在乙炔加氫合成乙烯中的應用以及作為電極材料在除鹽中的應用。

(一)技術領域

本發明涉及一種雜元素摻雜活性炭纖維及其制備方法和應用。

(二)背景技術

活性炭纖維(ACF)是20世紀60年代發展起來的第三代高效活性吸附材料。與傳統碳吸附材料相比，ACF具有獨特的化學結構和物理結構，具有含碳量高、比表面積大、微孔豐富且分布窄，吸附速度快，吸附容量大、再生容易等前者不可比擬的優異吸附脫附性能。此外ACF還兼有纖維的各種特性，能制成紗、線、布、氈等形狀，給工程應用和工藝設備的簡化帶來很大方便，所以ACF一問世就受到國內外科學家的關注和深入的研究。目前ACF已廣泛應用于化工、環保、催化、醫藥、電子工業、食品衛生等領域。

雜原子摻雜是指在碳原子的晶格中，由于一些外來原子將碳原子代替，從而使得材料的性質發生了改變。通過雜原子的摻雜，微材料的電子云分布和功函數均發生變化，進而使其性能得到改善并且擴大了應用的范圍。

離子液體是一種由陽離子和陰離子組成的在一定溫度下呈液態的鹽，由于陰陽離子數目相等，因此整體顯電中性。離子液體又被稱為室溫熔鹽和有機離子液體，有機離子液體是由于陽離子為有機離子而得名，其陽離子多為含有氮、磷的有機陽離子。一般離子液體的陰陽離子體積較大且結構極不對稱，無法在晶體空間緊密堆積，此時陰陽離子可以振動、平動、轉動，使晶體結構徹底破壞，離子間作用力變弱，晶格能變小，熔點降低，導致離子化合物在常溫下就可以呈液態。離子液體由于具有低蒸汽壓、可化學設計和低溫熔融等特點使其成為了一種性能優良的碳前驅體，可以實現對碳材料的直接摻雜，避免了破壞多孔碳材料的孔結構。

(三)發明內容

本發明的第一個目的是提供一種雜元素摻雜活性炭纖維的制備方法。

本發明的第二個目的是提供一種雜元素摻雜活性炭纖維。

本發明的第三個目的是提供所述雜元素摻雜活性炭纖維作為吸附材料在乙炔和乙烯的分離中的應用。

本發明的第四個目的是提供所述雜元素摻雜活性炭纖維作為催化劑在乙炔加氫合成乙烯中的應用。

本發明的第五個目的是提供了所述雜元素摻雜活性炭纖維作為電極材料在除鹽中的應用。

為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種雜元素摻雜活性炭纖維的制備方法，包括如下步驟：

1)向溶劑中加入一定量的含雜元素的離子液體，并將活性炭纖維加入其中，浸漬一段時間；所述的含雜元素的離子液體為含硼離子液體、含磷離子液體或含硫離子液體；

2)將步驟1)所得的混合物進行微波消解預處理，使雜元素均勻地分布在活性炭纖維表面；

3)將步驟2)所得的混合物進行烘干處理，使溶劑揮發；

4)將步驟3)所得離子液體負載的活性炭纖維在惰性氣氛下高溫焙燒，即得雜元素摻雜活性炭纖維。