一种低湿条件下高吸水性碳材料及其改性制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低湿条件下高吸水性碳材料及其改性制备方法。碳材料改性步骤为：将过硫酸铵加入硫酸溶液中混合均匀，得到过硫酸溶液；将所得混合溶液加入活性炭材料中，加热搅拌混合均匀，进行表面改性反应；将所得溶液过滤，干燥，制得低湿条件下高吸水性的碳材料吸附剂。本发明专利技术中的改性方法所需原料易得，操作简单，改性条件温和，改性方法成本较低；改性后碳材料在低湿条件下的水吸附容量高。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了。碳材料改性步骤为：将过硫酸铵加入硫酸溶液中混合均匀，得到过硫酸溶液；将所得混合溶液加入活性炭材料中，加热搅拌混合均匀，进行表面改性反应；将所得溶液过滤，干燥，制得低湿条件下高吸水性的碳材料吸附剂。本专利技术中的改性方法所需原料易得，操作简单，改性条件温和，改性方法成本较低；改性后碳材料在低湿条件下的水吸附容量高。【专利说明】
本专利技术涉及一种吸附剂及其制备，具体涉及。
技术介绍
湿度环境的控制不但对改善人类的生活环境，而且对工业生产，气体干燥以及设备运行都有重要影响。保证低湿度环境对改善人居条件，发展生产技术，保障生产工艺，提高产品质量都具有重要的意义(方玉堂，蒋赣转轮除湿机吸附材料的研究进展.化工进展，2005，24，1131-1135.)。 常用的除湿方法包括:冷冻除湿法，热风除湿法和吸附除湿法等等。其中，吸附除湿法采用吸附材料动态吸附空气中的水蒸气，可快速，简便和有效的降低空气湿度，具有投资少，能耗低，可循环操作等优点而成为一种有工业化的除湿技术。转轮吸附式除湿技术以固体吸附剂为核心成分，可利用工业余热等低品位热源进行高效连续的除湿，具有广阔的应用前景(Wang, ff.L.；ffu, L.；Li, Z.；Fang, Y.；Ding, J.Xiao, J.An overview ofadsorbents in the rotary desiccant dehumidifier for air dehumidificat1n.DryingTech.2013，31，1334-1345.)。 碳材料作为一种常用的吸附剂材料，具有丰富的空隙结构，表面化学结构可控，且来源广泛，价格经济等优点。然而，碳材料用于转轮吸附式除湿技术的关键问题之一是低湿度条件下水蒸气吸附容量低。因而，急需开发低湿度条件下水蒸气吸附容量高的碳材料改性方法。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于专利技术，该改性方法可有效提高碳材料在低湿条件下的吸水性倉泛。 本专利技术的目的通过如下技术方案实现: 一种低湿条件下高吸水性碳材料的改性制备方法，包括如下步骤: (I)将过硫酸铵加入硫酸溶液中混合均匀，得到过硫酸溶液； (2)将所得过硫酸溶液加入活性炭材料中，加热搅拌混合均匀，进行表面改性反应； (3)过滤，干燥，制得低湿条件下高吸水性的碳材料。 上述方法，步骤(I)中，所述硫酸溶液的浓度为I?4M ;过硫酸铵和硫酸溶液的质量比为0.2?2 ; 上述方法，步骤(2)中，所述活性炭材料与混合溶液的质量比为0.1?0.5 ;加热温度为40?80°C ;加热时间为I?4h ; 上述方法，步骤(3)中，所述干燥温度为100?150°C。 一种低湿条件下高吸水性碳材料，改性后碳材料的比表面积减少量为4%?31%,孔容减少量为9 %?36 %，孔径减少量为O %?10 %，所述低湿条件下高吸水性碳材料表面同时含有羧基和磺酸基官能团，表面含氧量为16%?19%，表面含硫量为0.1%? 2.8%。 本专利技术的工作原理: 用过硫酸溶液对碳材料在一定温度下进行表面改性，可在碳材料表面同时引入含氧和含硫官能团，如羧基和磺酸基等，这些极性官能团对水分子吸附作用力强，因而该改性碳材料在低湿条件下水吸附容量高。 本专利技术相对于现有的技术，具有如下的优点及效果: 1、该改性方法所需原料易得，操作简单，改性条件温和，改性方法成本较低； 2、改性后碳材料在低湿条件下的水吸附容量高。 【专利附图】【附图说明】 图1为未改性碳材料吸附剂的SEM电镜图； 图2为实施例2改性碳材料吸附剂的SEM电镜图； 图3为改性前后碳材料吸附剂的FT-1R谱图，其中(a)曲线代表未改性碳材料，(b)曲线代表实施例2改性碳材料； 图4为改性前后碳材料吸附剂的水蒸气吸附等温线，其中(a)曲线代表未改性碳材料，(b)曲线代表实施例2改性碳材料。 【具体实施方式】 下面结合实施例和附图对本专利技术做进一步描述，但本专利技术的实施方式并不限于此。 实施例1 按质量比为0.2:1将过硫酸铵加入IM的硫酸溶液中混合均匀，得到过硫酸溶液；按质量比为0.1:1将所得混合溶液加入活性炭材料中，搅拌混合均匀，在40°C下加热4小时，进行表面改性反应；将所得溶液过滤，在100°C下干燥，制得低湿条件下高吸水性的碳材料吸附剂。所制备改性碳材料吸附剂在40%湿度下的水吸附容量为0.2g/g。 实施例2 按质量比为1:1将过硫酸铵加入2M的硫酸溶液中混合均匀，得到过硫酸溶液；按质量比为0.2:1将所得混合溶液加入活性炭材料中，搅拌混合均匀，在60°C下加热3小时，进行表面改性反应；将所得溶液过滤，在120°C下干燥，制得低湿条件下高吸水性的碳材料吸附剂。所制备改性碳材料吸附剂在40%湿度下的水吸附容量为0.4g/g。 实施例3 按质量比为1.5:1将过硫酸铵加入3M的硫酸溶液中混合均匀，得到过硫酸溶液；按质量比为0.4:1将所得混合溶液加入活性炭材料中，搅拌混合均匀，在60°C下加热2小时，进行表面改性反应；将所得溶液过滤，在135°C下干燥，制得低湿条件下高吸水性的碳材料吸附剂。所制备改性碳材料吸附剂在40%湿度下的水吸附容量为0.3g/g。 实施例4 按质量比为2:1将过硫酸铵加入4M的硫酸溶液中混合均匀，得到过硫酸溶液；按质量比为0.5:1将所得混合溶液加入活性炭材料中，搅拌混合均匀，在80°C下加热I小时，进行表面改性反应；将所得溶液过滤，在150°C下干燥，制得低湿条件下高吸水性的碳材料吸附剂。所制备改性碳材料吸附剂在40%湿度下的水吸附容量为0.2g/g。 本专利技术提出一种新型低湿条件下高吸水性碳材料及其改性制备方法，其孔隙结构，表面形貌，表面化学官能团和水蒸气吸附等温线如下: (I)孔隙结构 采用美国Micromeritics ASAP2010型比表面积和孔隙分布测试仪测试了本专利技术制备的改性碳材料吸附剂的比表面积(Sbet)、孔径分布(Pore size)和孔容(VT(rtal),结果如表I所示。表I示出，碳材料吸附剂经改性后，其比表面积减少量为4%?31%范围，孔容减少量为9%?36%范围，孔径减少量为0%?10%范围。结果表明:该改性方法对碳材料孔结构影响较小，是一种较温和的改性方法。 表I本专利技术改性碳材料吸附剂的孔结构参数 ?..44 4-1 Sbht Porc sizeνΤ(Λ3ι 麵4(?r/g)_(nm)(cniVg)未改性碳材料20692.11.1 实施例119902.01.0 卖讓俩 217492.00,9 实施俩 315022.1OM 实施倒 41428IJ0.7 (2)扫描电镜(SEM)和能谱(EDX)表征 采用Hitachi公司的S-4800扫描电镜和Horiba公司的EX-250能谱扫描仪对改性前后的碳材料的形貌和元素组成进行分析。实验条件为:加速电压为2kV，工作距离为8.3mmο 表2本专利技术改性碳材料吸附剂的元素组成 碳麵COSNa 雜性義權84115.6O0.3 食_ I81,218.50,10,2 实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低湿条件下高吸水性碳材料的改性制备方法，其特征在于，包括如下步骤： （1）将过硫酸铵加入硫酸溶液中混合均匀，得到过硫酸溶液；（2）将所得过硫酸溶液加入活性炭材料中，加热搅拌混合均匀，进行表面改性反应；（3）过滤，干燥，制得低湿条件下高吸水性的碳材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖静，李忠，叶飞燕，王勋，苗广，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44