一种痕量锂离子掺杂的活性炭及改性方法和应用技术

本发明专利技术公布了一种痕量锂离子掺杂的活性炭改性方法，痕量锂离子掺杂到活性炭结构中，而非简单的吸附在表面，通过合理控制锂离子浓度、锂离子与活性炭比例、吸附位点、掺杂方式，提高活性炭吸附剂的吸附能力与稳定性；具体为氢氧化锂稀溶液为1‑100 mmol/L的水溶液；氢氧化锂溶液与煤质活性炭的质量比为1:1‑2:1；超声浸渍将锂离子均匀吸附在活性炭内外表面的强吸附位点；250℃马弗炉中焙烧，进一步增强锂离子与活性炭的相互作用力，锂离子掺杂到活性炭结构中。所得痕量锂离子掺杂的活性炭的丙烷吸附性能，与未处理的煤质活性炭相比，得到了很大的改善。

Trace lithium ion doped activated carbon, modification method and application thereof

The invention discloses an activated carbon trace lithium ion doped modification method to trace lithium ion doped activated carbon structure, rather than a simple adsorption on the surface, by controlling the concentration of lithium, lithium ions and activated carbon ratio, adsorption sites, doping methods, improving adsorption capacity and stability of active carbon adsorption agent; specific for lithium hydroxide aqueous solution solution for 1 100 mmol/L; lithium hydroxide solution and coal activated carbon quality ratio is 1:1 2:1; ultrasonic impregnation lithium ion absorbed on activated carbon surface and strong adsorption sites; 250 deg.c roasting furnace, and further enhance the interaction of lithium ion with activated carbon, activated carbon doped lithium ion to the structure. The results show that the adsorption performance of the activated carbon obtained from the trace lithium ions is greatly improved compared with that of the untreated coal based activated carbon.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及吸附材料
，尤其是涉及一种痕量锂离子掺杂的活性炭及改性方法和应用。
技术介绍
活性炭材料比表面积大、具有多孔结构，是一种常用的吸附剂。然而，活性炭材料与吸附质作用力较弱，多通过物理作用吸附，且对吸附质选择性不强。导致了活性炭材料对低浓度的有毒有害气体吸附效果并不理想，而且在环境条件（如温度、通风等）改变时，易造成脱附引起二次污染。因此，提高活性炭与吸附质的相互作用力，以及活性炭对吸附质的选择性，实现低溶度条件下的高效吸附具有重要意义。表面改性是一种常用的能够提高活性炭吸附性能的手段。中国专利CN1593744A和CN103990434A公开了利用水热法对活性炭进行改性，分别得到了高效的活性炭基SO2吸附剂和丙烷吸附剂。张豪杰等(环境工程学报,2012,6(10):3073-3077)利用简单浸渍法，增加了活性炭的微孔结构和孔容，实现了对一氧化氮的高效净化。但是上述改性需要大量的改性试剂，容易造成吸附材料堵孔，不能最大限度的提高吸附材料性能。同时，水热法还需要高压、高温反应条件，大大提高了活性炭吸附剂的成本和大规模生产的难度。中国专利CN105251444A公开的一种痕量氢氧化钾改性活性炭基丙烷吸附剂的方法，但是简单的浸渍法使得氢氧化钾简单分布在活性炭表面，长期存放已吸水或酸性气体，导致吸附性能下降，甚至发生吸附材料变粉的情况。
技术实现思路
针对上述活性炭基吸附剂改性的缺点，本专利技术提供了一种通过简单浸渍法引入锂离子，通过合理控制锂离子与活性炭比例、吸附位点、掺杂方式，提高活性炭吸附剂的吸附能力与稳定性。痕量的锂离子掺杂，避免了吸附材料堵孔现象的发生；结合超声浸渍方式，使得更多或全部的锂离子均匀吸附在活性炭内外表面的强吸附位点；高温焙烧，进一步增强锂离子与活性炭的相互作用力，锂离子掺杂到活性炭结构中；最终实现掺杂后吸附材料吸附能力与稳定性的的提高。本专利技术以化学惰性的丙烷为吸附质进行吸附性能测试，发现未改性的整体式煤质活性炭，其丙烷（10-12ppm）吸附性能很差，50min内平均净化率为70%；未经焙烧的痕量氢氧化锂改性的活性炭，维持平均净化率为70%的时间延长至237min；焙烧后的痕量锂离子掺杂活性炭，其丙烷吸附性能有很大的改善，维持平均净化率为70%的时间延长至365min，吸附容量提高7倍多。一种痕量锂离子掺杂的活性炭改性方法，其特征在于，痕量锂离子掺杂到活性炭结构中，而非简单的吸附在表面，通过合理控制锂离子浓度、锂离子与活性炭比例、吸附位点、掺杂方式，提高活性炭吸附剂的吸附能力与稳定性；具体为氢氧化锂稀溶液为1-100mmol/L的水溶液；氢氧化锂溶液与煤质活性炭的质量比为1:1-2:1；超声浸渍将锂离子均匀吸附在活性炭内外表面的强吸附位点；250℃马弗炉中焙烧，进一步增强锂离子与活性炭的相互作用力，锂离子掺杂到活性炭结构中。将整体式煤质活性炭充分浸渍于氢氧化锂稀溶液中，超声浸渍10-20min后取出，即刻用空气压缩机吹扫，去除多余氢氧化锂溶液，30-50℃鼓风干燥箱中干燥，250℃马弗炉中焙烧3-6小时即得。一种痕量锂离子掺杂的活性炭，其特征在于，根据上述所述方法改性得到。一种痕量锂离子掺杂的活性炭在丙烷吸附的应用。该制备过程中痕量锂离子均匀吸附在活性炭内外表面的强吸附位点；高温焙烧进一步增强锂离子与活性炭的相互作用力，锂离子掺杂到活性炭结构中。所得痕量锂离子掺杂的活性炭的丙烷吸附性能，与未处理的煤质活性炭相比，得到了很大的改善。掺杂后材料吸附性能较未掺杂活性炭提高5-8倍，且长期存放稳定性好。本专利技术的特点是原料易得，工艺简单，成本低廉，具有很好的应用前景。本专利技术具有以下优点：（1）仅需痕量锂离子改性，原料成本低。（2）锂离子掺杂到活性炭结构中，稳定性好。（3）操作简单，重复性好，易于放大生产。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1：将20g整体式煤质活性炭（150目）充分浸渍于30mL的18mmol/LLiOH水溶液中，超声浸渍10min后取出，即刻用空气压缩机吹扫，去除多余LiOH溶液，50℃鼓风干燥箱中干燥，250℃马弗炉中焙烧4小时。吸附性能评价：原料气中丙烷浓度为10-12ppm，平衡气为空气，气体流量1000mL/min。利用总碳氢化合物分析仪（Thermo，Model51i）进行产物分析，仪器的最低检测限为0.05ppmc。测试结果，所得锂离子掺杂活性炭对丙烷的初始净化率大于99%，365min内平均净化率大于70%。实施例2：将20g整体式煤质活性炭（150目）充分浸渍于30mL的18mmol/LLiOH水溶液中，超声浸渍10min后取出，即刻用空气压缩机吹扫，去除多余LiOH溶液，50℃鼓风干燥箱中干燥。吸附性能评价同实施例1，测试结果，所得氢氧化锂改性活性炭对丙烷的初始净化率大于99%，237min内平均净化率大于70%。实施例3：将250℃焙烧4小时后的20g整体式煤质活性炭（150目）充分浸渍于30mL的18mmol/LLiOH水溶液中，超声浸渍10min后取出，即刻用空气压缩机吹扫，去除多余LiOH溶液，50℃鼓风干燥箱中干燥。吸附性能评价同实施例1，测试结果，所得氢氧化锂改性活性炭对丙烷的初始净化率大于99%，210min内平均净化率大于70%。对比例1;20g整体式煤质活性炭（150目）于50℃鼓风干燥箱中干燥。吸附性能评价同实施例1，测试结果，整体式煤质活性炭对丙烷的初始净化率大于97%，50min内平均净化率大于70%。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种痕量锂离子掺杂的活性炭改性方法，其特征在于，痕量锂离子掺杂到活性炭结构中，而非简单的吸附在表面，通过合理控制锂离子浓度、锂离子与活性炭比例、吸附位点、掺杂方式，提高活性炭吸附剂的吸附能力与稳定性；具体为氢氧化锂稀溶液为1‑100 mmol/L的水溶液；氢氧化锂溶液与煤质活性炭的质量比为1:1‑2:1；超声浸渍将锂离子均匀吸附在活性炭内外表面的强吸附位点；250℃马弗炉中焙烧，进一步增强锂离子与活性炭的相互作用力，锂离子掺杂到活性炭结构中。

【技术特征摘要】
1.一种痕量锂离子掺杂的活性炭改性方法，其特征在于，痕量锂离子掺杂到活性炭结构中，而非简单的吸附在表面，通过合理控制锂离子浓度、锂离子与活性炭比例、吸附位点、掺杂方式，提高活性炭吸附剂的吸附能力与稳定性；具体为氢氧化锂稀溶液为1-100mmol/L的水溶液；氢氧化锂溶液与煤质活性炭的质量比为1:1-2:1；超声浸渍将锂离子均匀吸附在活性炭内外表面的强吸附位点；250℃马弗炉中焙烧，进一步增强锂离子与活性炭的相互作用力，锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：何丹农，赵昆峰，袁静，蔡婷，高振源，杨玲，张涛，金彩虹，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31