一种卤化改性活性炭材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种卤化改性活性炭材料及其制备方法，以卤代有机化合物为反应试剂，在一定的反应温度下，对活性炭进行改性，在活性炭表面接枝上卤素基团，提高活性炭表面的抗陈化性能。本发明专利技术所述的卤化改性活性炭可用于人防过滤吸收器等需要长期贮存的防护装备。本发明专利技术解决了传统卤化方法危险性大、腐蚀性强、生产条件苛刻、生产过程不容易控制等问题，且生产过程更加环保、生产成本更低、产品质量更可靠。

Halogenated modified activated carbon material and preparation method thereof

The invention discloses a halogenated modified activated carbon material and a preparation method thereof. With halogenated organic compounds as reaction reagents, the activated carbon is modified at a certain reaction temperature, and the halogen group is grafted on the surface of the activated carbon to improve the aging resistance of the activated carbon surface. The halogenated modified activated carbon can be used for protective equipment such as air defense filter absorber which needs long-term storage. The invention solves the problems of the traditional halogenation method, such as high risk, strong corrosiveness, harsh production conditions, difficult control of production process, etc., and the production process is more environmentally friendly, the production cost is lower, and the product quality is more reliable.

【技术实现步骤摘要】
一种卤化改性活性炭材料及其制备方法
本专利技术涉及活性炭改性领域，具体涉及一种卤化改性活性炭材料及其制备方法。
技术介绍
活性炭不仅具有发达的孔隙结构，是优良的吸附剂，同时存在着大量而复杂的表面官能团，具有很好的反应活性。为了提高或拓展活性炭的吸附或反应活性，常通过物理的或化学的方法，改变活性炭表面官能团的性质或数量，这种方法称为改性。常用的改性方法有高温处理、氧化处理、还原、负载金属组分等。在氮气等惰性气体中高温处理活性炭可去除其表面含氧官能团而获得碱性特性，通过硝酸、过氧化氢等强氧化剂的氧化可提高活性炭表面酸性氧化物的含量从而增强其表面的极性，而炭原子上接枝了卤素原子（Br、F、Cl）的活性炭显示出良好的疏水性和抗陈化性能。陈化，是指活性炭及浸渍活性炭材料长期贮存过程中，吸附性能发生改变，逐渐劣化的现象，陈化是活性炭类材料普遍存在的现象。普通活性炭从生产到使用的周期较短，一般不会长期贮存，陈化对其应用性能的影响并不明显，但对于化学防护用活性炭，由于防护装备安装后需要数年甚至数十年的长期战备贮存，如果不做抗陈化处理，性能衰减长期累积会导致防护性能失效。而卤化改性是提高活性炭抗陈化能力的有效方法。现有的卤化改性方法通常采用氯气做为反应原料，虽然反应活性高，但存在以下问题：（1）氯气毒性大，属剧毒物质，易对生产工人造成人身伤害；（2）氯气腐蚀性强，容易发生泄露事故；（3）副产物盐酸产生量大，对生产设备腐蚀严重，生产设备需要频繁检修；（4）氯与活性炭反应是剧烈的放热反应，生产工艺控制要求苛刻，产品品质不易控制，甚至氯气与碳元素反应，造成烧蚀；（5）副产物多，造成大量的废水排放，后处理过程复杂、费用高昂；（6）氯的化学性质太活泼，容易与活性炭中的灰分也反应，生成氯化铁等酸性盐类，在后续处理过程中不仅降低活性炭的强度，还容易造成活性炭的孔堵塞。
技术实现思路
本专利技术提出了一种卤化改性活性炭材料及其制备方法，卤化改性活性炭材料是由卤代有机化合物与活性炭反应制造的。在一定的反应温度下，对活性炭进行改性，使活性炭表面化学性质比较活波的碳原子与卤素原子共价结合，将卤素原子接枝在活性炭表面，达到抗陈化的目的。实现本专利技术的技术方案是：一种卤化改性活性炭材料，所述卤化改性活性炭由卤代有机化合物与活性炭反应制成，卤化改性活性炭表面卤素原子的含量为0.5-15%。所述卤代有机化合物分子中含有含有至少一个碳原子，和氟、氯、溴三种原子中任意一种原子。所述活性炭为果壳活性炭、煤质活性炭、沥青基活性炭和活性碳纤维中的任意一种。所述的卤化改性活性炭材料的制备方法，步骤如下：（1）将活性炭加热到120℃~150℃，烘干0.5h~5h，达到深度干燥的目的；（2）将步骤（1）得到的干燥活性炭在卤化反应器中升温到180℃~550℃；（3）将卤代有机化合物汽化，然后通入卤化反应器，与高温活性炭进行反应，反应时间10min~120min；（4）反应完成后，经过降温、放料、水洗、烘干，得到卤化改性活性炭。所述步骤（3）中卤代有机化合物与步骤（1）中活性炭的质量比为1:（10-50）。所述卤代有机化合物计量后通入蒸发炉，进行汽化，汽化温度只要达到所述卤代有机化合物的沸点就行，对于氟利昂等沸点较低的化合物，常温下即可汽化；卤代有机化合物蒸汽通入已加热到反应温度的活性炭中，分解，产生氟、氯、溴等自由基，与活性炭进行反应。本专利技术的有益效果是：本专利技术不使用危险性极高的氯气、氟气、溴，而使用毒性较低甚至无毒的卤代有机化合物，如氯代烃、氟代烃、溴代烃、氟氯代烃、氟氯溴代烃，具体包括三氯甲烷、四氯化碳、二氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯、六氟丙烯、一氟三氯甲烷（氟利昂-11）、二氟二氯甲烷（氟利昂-12）、二氟一氯甲烷（氟利昂-22）、二氟一氯一溴甲烷（哈龙-1211）和一溴三氟甲烷（哈龙-1301）等，生产过程更安全，生产工艺更容易控制。除卤代烃处，必要情况下还可以选用卤代醇、卤代醚、卤代酮、卤代酸等化合物。由于卤代常态下以液态存在，易计量，对计量设备无腐蚀，产品质量也更易控制。卤代与活性炭反应条件温和，反应温度更易控制，且副产物少，洗涤、干燥等后处理工艺简单，且费用较低。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1一种氯化改性活性炭材料的制备方法，步骤如下：（1）将平均粒径为0.9mm的煤质柱状活性炭加热到150℃，烘干2h；（2）将步骤（1）得到的干燥活性炭在卤化反应器中升温到350℃；（3）将卤代有机化合物三氯乙烯通入蒸发炉中（三氯乙烯与活性炭的质量比为1:20），100℃进行汽化，然后通入卤化反应器，与高温活性炭进行反应，反应时间30min；（4）反应完成后，经过降温、放料、水洗、烘干，得到氯化改性活性炭，光电子能谱测试其表面氯原子比例为12.5%。实施例2一种溴化改性活性炭材料的制备方法，步骤如下：（1）将平均粒径为0.9mm的煤质柱状活性炭加热到120℃，烘干5h；（2）将步骤（1）得到的干燥活性炭在卤化反应器中升温到180℃；（3）将卤代有机化合物溴代异丙烷通入蒸发炉中（三氯乙烯与活性炭的质量比为1:50），80℃进行汽化，然后通入卤化反应器，与高温活性炭进行反应，反应时间30min；（4）反应完成后，经过降温、放料、水洗、烘干，得到溴化改性活性炭，电子探针显微镜测试其表面溴原子比例为6.5%。实施例3一种氟化改性活性炭材料的制备方法，步骤如下：（1）平均粒径0.7mm的沥青基球形活性炭，加热到140℃，烘干3h；（2）将步骤（1）得到的干燥活性炭在卤化反应器中升温到550℃；（3）将卤代有机化合物六氟丙烯常温下进行汽化（六氟丙烯与活性炭的质量比为1:30），然后通入卤化反应器，与活性炭进行反应，反应时间120min；（4）反应完成后，经过降温、放料、水洗、烘干，得到氟化改性活性炭，电子探针测试其表面氟原子比例为11.5%。实施例4一种氟氯化改性活性炭材料的制备方法，步骤如下：（1）平均粒度18～24目的椰壳活性炭，加热到150℃，烘干2h；（2）将步骤（1）得到的干燥活性炭在卤化反应器中升温到500℃；（3）将卤代有机化合物二氟二氯甲烷常温下进行汽化（二氟二氯甲烷与活性炭的质量比为1:15），进入卤化反应器与活性炭进行反应，反应时间60min；（4）反应完成后，经过降温、放料、水洗、烘干，得到氟氯化改性活性炭，光电子能谱测试其表面氟原子比例为8.2%，氯原子比例为1.5%。实施例5一种氟氯溴化改性活性炭材料的制备方法，步骤如下：（1）平均210g/m2的斜纹活性炭纤维织物，加热到150℃，烘干0.5h；（2）将步骤（1）得到的干燥活性炭在卤化反应器中升温到400℃；（3）将卤代有机化合物一溴一氯二氟甲烷在常温下进行汽化（一溴一氯二氟甲烷与活性炭的质量比为1:10），进入卤化反应器与活性炭进行反应，反应时间10min；（4）反应完成后，经过降温、放料、水洗、烘干，得到氟氯溴化改性活性炭，电子探针显微镜测试其表面氟原子比例1.0%，氯原本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种卤化改性活性炭材料，其特征在于：所述卤化改性活性炭由卤代有机化合物与活性炭反应制成，卤化改性活性炭表面卤素的含量为0.5‑15%。

【技术特征摘要】
1.一种卤化改性活性炭材料，其特征在于：所述卤化改性活性炭由卤代有机化合物与活性炭反应制成，卤化改性活性炭表面卤素的含量为0.5-15%。2.根据权利要求1所述的卤化改性活性炭材料，其特征在于：所述的卤代有机化合物，分子中含有至少一个碳原子，并含有氟、氯、溴三种原子中的至少一种。3.根据权利要求1所述的卤化改性活性炭材料，其特征在于：所述活性炭为果壳活性炭、煤质活性炭、沥青基活性炭和活性碳纤维中的任意一种。4.权利要求1-3中任一项所述的卤化改性活性炭材料的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张忠良，杨昊，
申请(专利权)人：河南正清环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41