一種活性炭纖維的改性方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種活性炭纖維改性材料的制備方法及其應(yīng)用，采用高溫水蒸汽活化法將活性炭纖維的孔徑調(diào)大，然后通過化學(xué)改性法對存在一定介孔的活性炭纖維進行改性處理，負載疏水劑，制備出的活性炭纖維改性材料，使其在高含水率條件下對二氯甲烷具有高效的吸附性能。本發(fā)明改性活性炭纖維材料的制備條件溫和，操作過程簡單，處理速度快。具有良好的穩(wěn)定性，循環(huán)利用過程中其吸附能力基本維持穩(wěn)定，經(jīng)濟又環(huán)保，并可廣泛用于其他有機溶劑的吸附回收，尤其適合在高濕度環(huán)境中對有機物的吸附。
【專利說明】ー種活性炭纖維的改性方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及活性炭纖維的改性方法，特別涉及ー種活性炭纖維改性方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]ニ氯甲燒(Dichloromethane, DCM)作為ー種親脂性溶劑,在橡膠、紡織エ業(yè)以及去除涂料等エ業(yè)和民用中應(yīng)用廣泛。許多石化、化工生產(chǎn)過程中排放大量有機廢氣中就含有相當比重的DCM，如在感光膠片的生產(chǎn)過程中有大量的ニ氯甲烷廢氣排出。ニ氯甲烷雖屬低毒性，但進入人體遇熱和潮濕可分解出鹽酸、ニ氧化碳、一氧化碳和劇毒的光氣，會加重對人的危害。國際癌癥研究機構(gòu)(IARC)將ニ氯甲烷歸為B類疑似致癌物，ニ氯甲烷的隨意排放不僅危害人類健康，而且對自然環(huán)境構(gòu)成威脅，如對臭氧層造成破壞，因此，研究ニ氯甲烷的處理技術(shù)與回收工作不僅節(jié)約資源，更具有重要的社會與環(huán)保意義。
[0003]在多種回收ニ氯甲烷的技術(shù)中，吸附回收ニ氯甲烷是ー種成本較低、操作簡便的處理方法。具有特殊表面化學(xué)性質(zhì)的多孔材料吸附劑，如硅膠、分子篩和活性炭纖維等，都可以用來吸附回收廢氣中的ニ氯甲烷。其中活性炭纖維材料因為具有特殊的孔結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)，并且造價經(jīng)濟，因而具有較好的應(yīng)用前景。但是目前，現(xiàn)有的活性炭纖維材料存在對ニ氯甲烷的吸附容量小和吸附選擇性較差等不足，而且，吸附回收エ藝采用的高溫水蒸氣脫附，造成活性炭纖維二次吸附回收ニ氯甲烷通常都在高含水率下進行，吸附容量大大降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，目的在于提供ー種活性炭纖維的改性方法及其應(yīng)用，在在高含水率的條件下對ニ氯甲烷分子具有高效吸附回收性能，且吸附材料多次重復(fù)使用吸附能力依然良好，環(huán)保且經(jīng)濟。
[0005]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0006]ー種活性炭纖維的改性方法，所述改性方法的具體步驟如下:
[0007](I)活性炭纖維的孔徑調(diào)整，以比表面積為800_1800m2/g粘膠基活性炭纖維為改性原料，置于活化爐中，升溫速率為3-15°C /min，惰性氣體作為載氣和保護氣，在750-850°C條件下用水蒸氣5-10mL/min，活化處理0.5_2h，隨爐降溫，冷卻后取出，以去離子水反復(fù)沖洗，直到洗滌液到中性為止，然后用去離子水煮沸5-20min，取洗好的活性炭纖維置于真空干燥箱中，在80-150°C下抽真空干燥2-10h，冷卻備用；
[0008](2)活性炭纖維的化學(xué)改性，將調(diào)孔完畢的活性炭纖維置于真空干燥箱內(nèi)，同時加入所述改性原料質(zhì)量的0.5-1.5倍的聚ニ甲基硅氧烷，抽真空5-30min，關(guān)閉真空閥和真空泵，在溫度為150-300°C的條件下加熱0.5-3h，冷卻取出，改性完成。
[0009]優(yōu)選的，所述改性原料為比表面積為1400m2/g的粘膠基活性炭纖維。
[0010]優(yōu)選的，所述的聚ニ甲基硅氧烷為美國道康寧公司生產(chǎn)的SYLGARD184硅橡膠，按照其說明書所述的基本組分和固化劑以10:1比例混合，在25-150°C溫度范圍內(nèi)固化產(chǎn)物。
[0011]優(yōu)選的，所述步驟(I)中的惰性氣體為氮氣。
[0012]本發(fā)明還公開了根據(jù)以上方法制備的活性炭纖維。所述的活性炭纖維用于在含水率為80%-200%的條件下對ニ氯甲烷氣體進行吸附回收。
[0013]優(yōu)選的，所述的活性炭纖維在含水率為110%的條件下對ニ氯甲烷氣體進行吸附回收，吸附量是未改性纖維的1.5-3倍。
[0014]本發(fā)明同時公開了該活性炭纖維吸附回收ニ氯甲烷的應(yīng)用方法，所述方法的應(yīng)用條件如下:
[0015](I)活性炭纖維在含水率為80-200%的條件下對ニ氯甲烷進行吸附回收；
[0016](2)活性炭纖維材料的裝填密度60_120kg/m3 ；
[0017](3)ニ氯甲烷的入口濃度為 3000-12000ppm，吸附溫度20-30°C，風(fēng)量0.5-2.5m3/h。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:
[0019]1.本發(fā)明的活性炭纖維改性材料經(jīng)過物理和化學(xué)改性后，表面親水基團大量減少，微孔孔容顯著増大，其抗?jié)裥阅苡行p弱水分子對活性炭纖維材料吸附性能的影響，在高含水率條件下吸附ニ氯甲烷，其吸附穿透時間延長，顯著増大了ニ氯甲烷的動態(tài)吸附容量。
[0020]2.本發(fā)明的改性活性炭纖維材料的制備條件溫和，操作過程簡單，處理速度快。
[0021]3.本發(fā)明的活性炭纖維改性材料具有良好的穩(wěn)定性，循環(huán)利用過程中其吸附能力基本維持穩(wěn)定，經(jīng)濟又環(huán)保。
[0022]4.本發(fā)明的活性炭纖維改性材料可廣泛用于其他有機溶劑的吸附回收，尤其適合在高濕度環(huán)境中對有機物的吸附。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]附圖1為原料纖維和改性纖維的靜態(tài)ニ氯甲烷吸附曲線；
[0024]附圖2為改性材料在重復(fù)利用情況下的ニ氯甲烷動態(tài)吸附容量；
[0025]附圖3為ニ氯甲烷動態(tài)吸附回收實驗流程圖。
【具體實施方式】
[0026]本發(fā)明的【具體實施方式】如下:
[0027]實施例1:
[0028]活性炭纖維的改性方法為:
[0029](I)活性炭纖維的孔徑調(diào)整，以比表面積為1400m2/g的粘膠基活性炭纖維為改性原料，置于活化爐中，以氮氣為載氣和保護氣，升溫速率為5°C /min，在850°C條件下用水蒸氣6.5mL/min,活化處理0.5h，冷卻取出后用蒸餾水洗滌至洗滌液沒有渾濁且pH值為中性，然后煮沸5min，取出置于真空干燥箱中，在120°C下抽真空干燥2h，冷卻備用。
[0030](2)活性炭纖維的化學(xué)改性。取調(diào)孔完畢的活性炭纖維20g置于真空干燥箱內(nèi)，同時加入IOg聚ニ甲基硅氧烷(為美國道康寧公司生產(chǎn)的SYLGARD184硅橡膠，按照說明書將其基本組分和固化劑以10:1比例混合，在150°C溫度范圍內(nèi)固化產(chǎn)物)。抽真空5min，關(guān)閉真空閥和真空泵。在溫度為150°C的條件下加熱2h，冷卻取出，改性完成。[0031]實施例2:
[0032]ー種活性炭纖維的改性方法，所述改性方法的具體步驟如下:
[0033](I)活性炭纖維的孔徑調(diào)整，以比表面積為IOOOmVg粘膠基活性炭纖維為改性原料，置于活化爐中，升溫速率為10°c /min，以氮氣為載氣和保護氣為載氣和保護氣，在800°C條件下用水蒸氣8mL/min，活化處理lh，隨爐降溫，冷卻后取出，以去離子水反復(fù)沖洗，直到洗滌液到中性為止，然后用去離子水煮沸l(wèi)Omin，取洗好的活性炭纖維置于真空干燥箱中，在120°C下抽真空干燥2h，冷卻備用；
[0034](2)活性炭纖維的化學(xué)改性，取調(diào)孔完畢的活性炭纖維20g置于真空干燥箱內(nèi)，同時加入IOg聚二甲基硅氧烷(為美國道康寧公司生產(chǎn)的SYLGARD184硅橡膠，按照說明書將其基本組分和固化劑以10:1比例混合，在150°C溫度范圍內(nèi)固化產(chǎn)物)。抽真空5min，關(guān)閉真空閥和真空泵。在溫度為150°C的條件下加熱2h，冷卻取出，改性完成。
[0035]實施例3:
[0036]分別將本發(fā)明改性制得的活性炭纖維(改性纖維)與原料纖維進行靜態(tài)二氯甲烷吸附實驗，首先在300ml玻璃保干器中加入40ml 二氯甲烷，蓋上蓋子，在以下時間點后取干燥的原料纖維和改性纖維各0.5g置于保干器內(nèi)的擋板上，分別在2min、5min、10min、20min、30min、60min時取出稱質(zhì)量變化,計算單位吸附量,繪制靜態(tài)吸附曲線，結(jié)果如圖1所示。
[0037]由圖可知，改性纖維和原料纖維同時達到吸附飽和，且改性纖維靜態(tài)二氯甲烷吸附量大于原料纖維，這是由于改性纖維制備過程中活性炭纖維的孔容増大，也說明了化學(xué)改性并未大量堵塞活性炭纖維孔。從而驗證了本發(fā)明的改性纖維具有高效的吸附性能。
[0038]實施例4:
[0039]分別將本發(fā)明改性纖維和原料纖維在相同條件下進行二氯甲烷的動態(tài)吸附實驗。具體步驟為將以上兩種纖維放于圖3所示的溶劑回收裝置的吸附柱(尺寸φ0.05mX0.5m)中，調(diào)整以上兩種纖維的含水率均為110%，活性炭纖維材料的裝填密度為80.68kg/m3，吸附溫度為25°C，使用空氣作為稀釋氣體，調(diào)節(jié)二氯甲烷的入口濃度為7500ppm，風(fēng)量為0.75m3/
S。氣相色譜檢測出ロ二氯甲燒濃度，達到50ppm的時間記為穿透時間，計算穿透時的二氯甲烷吸附量，結(jié)果如表I所示。
[0040]表I兩種纖維對二氯甲烷的動態(tài)吸附量
【權(quán)利要求】
1.ー種活性炭纖維的改性方法，其特征在于:所述改性方法的具體步驟如下: (1)活性炭纖維的孔徑調(diào)整，以比表面積為800-1800m2/g粘膠基活性炭纖維為改性原料，置于活化爐中，升溫速率為3-15°C /min，惰性氣體作為載氣和保護氣，在750-850°C條件下用水蒸氣5-10mL/min，活化處理0.5_2h，隨爐降溫，冷卻后取出，以去離子水反復(fù)沖洗，直到洗滌液到中性為止，然后用去離子水煮沸5-20min，取洗好的活性炭纖維置于真空干燥箱中，在80-150°C下抽真空干燥2-10h，冷卻備用； (2)活性炭纖維的化學(xué)改性，將調(diào)孔完畢的活性炭纖維置于真空干燥箱內(nèi)，同時加入所述改性原料質(zhì)量的0.5-1.5倍的聚ニ甲基硅氧烷，抽真空5-30min，關(guān)閉真空閥和真空泵，在溫度為150-300°C的條件下加熱0.5-3h，冷卻取出，改性完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性炭纖維的改性方法，其特征在于:所述步驟(I)中的改性原料為比表面積為1400m2/g的粘膠基活性炭纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性炭纖維的改性方法，其特征在于:所述步驟(2)中的聚ニ甲基硅氧烷為SYLGARD 184硅橡膠的基體和固化劑以10:1比例混合聚合反應(yīng)的生成物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性炭纖維的改性方法，其特征在于:所述步驟(I)中的惰性氣體為氮氣。
5.ー種活性炭纖維，其特征在于利用權(quán)利要求1所述的方法制備。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的活性炭纖維，其特征在于:所述活性炭纖維用于在含水率為80%-200%的條件下對ニ氯甲烷氣體進行吸附回收。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的活性炭纖維，其特征在于:所述的活性炭纖維在含水率為110%的條件下對ニ氯甲烷氣體進行吸附回收。
8.ー種根據(jù)權(quán)利要求5-7任一項所述的活性炭纖維吸附回收ニ氯甲烷的應(yīng)用方法，其特征在于，所述方法的應(yīng)用條件如下: (1)活性炭纖維在含水率為80-200%的條件下對ニ氯甲烷進行吸附回收； (2)活性炭纖維材料的裝填密度60-120kg/m3； (3)ニ氯甲烷的入口濃度為3000-12000ppm，吸附溫度20_30°C，風(fēng)量0.5-2.5m3/h。
【文檔編號】B01D53/02GK103447000SQ201310284947
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月8日
【發(fā)明者】鄭經(jīng)堂, 朱超勝, 江波, 譚明慧, 吳明鉑, 孫冠華, 袁建軍, 王涵, 仇實, 鄭經(jīng)緯, 尹華承, 楊柳 申請人:中國石油大學(xué)(華東)