弱酸铵盐改性活性炭的制备方法及其产品和应用技术

本发明专利技术公开了一种弱酸铵盐改性活性炭的制备方法及其产品和应用，包括：活性炭表面预处理、孔道及酸性官能团调节、干燥处理、甲醛吸附剂孔道内负载和干燥活化处理，冷却得到弱酸铵盐改性活性炭。通过上述方法，活性炭孔道由微孔向中孔移动，增加了表面酸性基团，有利于甲醛吸附剂的有效负载，同时产生协同作用，进一步促进甲醛气体的化学吸附。污染物甲醛进入该改性后的活性炭，首先物理吸附在活性炭丰富的孔道表面，然后甲醛与处理后负载在表面上的大量酸性基团、碱性基团分别发生化学反应，从而不断去除空气中的甲醛，且无二次反应物生成，无二次污染风险。

Preparation and Application of Weak Ammonium Salt Modified Activated Carbon

The invention discloses a preparation method and product and application of activated carbon modified by weak ammonium salt, including surface pretreatment of activated carbon, regulation of pore and acidic functional group, drying treatment, loading in pore of formaldehyde adsorbent and drying activation treatment, and cooling to obtain activated carbon modified by weak ammonium salt. Through the above-mentioned methods, the pore of activated carbon moves from micropore to mesopore, which increases the acidic groups on the surface, which is conducive to the effective load of formaldehyde adsorbent, and produces synergistic effect to further promote the chemical adsorption of formaldehyde gas. When formaldehyde enters the modified activated carbon, it is physically adsorbed on the porous surface rich in activated carbon. Then formaldehyde reacts with a large number of acidic and alkaline groups loaded on the surface after treatment, so that formaldehyde in the air is continuously removed without secondary reactants and secondary pollution risk.

【技术实现步骤摘要】
弱酸铵盐改性活性炭的制备方法及其产品和应用
本专利技术涉及一种活性炭的改性方法，具体涉及一种弱酸铵盐改性活性炭的制备方法及其产品和应用。
技术介绍
甲醛（HCHO）是一种常见的室内、车内空气污染物，对人体健康的影响主要表现在嗅觉异常、刺激、过敏、肺功能异常、肝功能异常等方面，国家职业安全和健康组织已经公布甲醛可能对人有致癌作用，因此受到人们广泛关注。《乘用车内空气质量评价指南》（GB/T27630-2011）以及《室内空气质量标准》（GB/T18883-2002）中均规定甲醛最高容许浓度为0.1mg/m3；《室内空气中甲醛的卫生标准》（GB/T16127-1995）规定甲醛最高容许浓度为0.08mg/m3。室内、车内甲醛浓度低，治理难度大。其治理技术和方法主要有反应吸收法、光催化氧化法、臭氧氧化法、燃烧法等方法。反应吸收法设备较大不适合车内、室内使用；光催化法需要额外光源，容易造成光污染；臭氧法虽然有一定效果，但是臭氧味道大而且对人体有伤害；燃烧法对设备要求很高，不适合家用。活性炭以其高比表面积、空隙结构可调等优点，在甲醛治理领域得到广泛应用。单一的活性炭虽然有甲醛吸附功能，但吸附能力有限，吸附饱和后容易造成二次污染。因此基于活性炭材料的改性技术得到了广泛应用，其中市面去除甲醛改性活性炭主要分为如下三类：（1）基于催化机理的改性活性炭，活性组分容易失活，使用寿命不长，而且成本较高；（2）基于物理吸附改性活性炭，容易饱和，造成二次污染；（3）基于酸、或者碱改性的化学吸附活性炭，其对低浓度甲醛去除率不高。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术目的在于提供一种弱酸铵盐改性活性炭的制备方法。本专利技术的再一目的在于：提供一种上述方法制备的弱酸铵盐改性活性炭产品。本专利技术的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。本专利技术目的通过下述方案实现：一种弱酸铵盐改性活性炭的制备方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1，活性炭表面预处理：用去离子水加热洗涤活性炭，然后于60-150℃烘箱中热处理5-10h，去除可溶性盐溶液及吸附表面的酸性气体；步骤2，孔道及酸性官能团调节：将步骤1表面预处理过的活性炭用0.015-0.15M的酸溶液处理，调节孔道微孔向中孔方向移动，同时增加孔道表面酸性官能团数量，过滤抽去多余酸液，得到孔道用酸性官能团调节的活性炭；步骤3，干燥处理：将步骤2的活性炭铺平，于烘箱干燥；步骤4，甲醛吸附剂孔道内负载：将步骤3得到的活性炭用0.03-0.3M的弱酸铵盐溶液处理，通过碱性基团与孔道表面的酸性官能团化学键合实现甲醛吸附剂孔道内有效负载，过滤抽去多余盐溶液；步骤5，干燥活化处理：将步骤4得到的活性炭铺平，于烘箱干燥，冷却得到弱酸铵盐改性活性炭。所述步骤1中的活性炭需要加热洗涤进行预处理，洗涤温度为40-80℃。所述步骤1中的活性炭为椰壳、木质和/或煤质活性炭。在上述方案基础上，所述活性炭为粉末、颗粒、柱状和/或蜂窝状。所述步骤2中酸溶液包括无机酸为盐酸、硫酸、过硫酸、硝酸、碳酸或磷酸，和/或有机酸为柠檬酸或乙酸。所述步骤3烘箱干燥温度为室温-80℃中低温干燥。所述步骤4中弱酸铵盐溶液包括无机酸铵盐为碳酸氢铵或碳酸铵，和/或有机酸铵盐为醋酸铵、甲酸铵、草酸铵或柠檬酸铵。所述步骤5烘箱干燥温度为室温-80℃中低温干燥。本专利技术还提供了一种弱酸铵盐改性活性炭，根据上述任一所述方法制备得到。另外，本专利技术也提供了上述方法制备的一种弱酸铵盐改性活性炭在常温去除空气中甲醛中的应用。本专利技术机理是：活性炭孔道由微孔向中孔移动，增加了表面酸性基团，有利于甲醛吸附剂的有效负载，同时产生协同作用，进一步促进甲醛气体的化学吸附。污染物甲醛进入该改性后的活性炭，首先物理吸附在活性炭丰富的孔道表面，然后甲醛与处理后负载在表面上的大量酸性基团、碱性基团分别发生化学反应，从而不断去除空气中的甲醛，且无二次反应物生成，无二次污染风险。采用本专利技术的制备工艺制备的改性活性炭，即使是甲醛浓度≤2ppm，去除率也能达到100%，而且能维持较长时间。本专利技术的有益效果是：（1）原料易得，价格低廉。（2）制备工艺简单，浸渍、干燥即可，易于工业化生产。（3）本专利技术除甲醛活性炭机理为：物理吸附结合化学反应，安全稳定，不会脱附产生二次污染。（4）采用本专利技术的制备工艺制备的改性活性炭，即使是甲醛浓度≤2ppm，去除率也能达到100%，而且能维持较长时间。具体实施方式以下通过实施例进一步描述本专利技术，但本专利技术不仅仅局限于以下实施例。所有改性活性炭的甲醛去除率评价在如下固定床微反应器中进行：石英材质，内径8mm，长250mm。评价方法可为：一路空气流经三聚甲醛扩散管并经过裂解炉高温裂解以产生甲醛气体，然后该甲醛气体进入混气罐；另一路空气作为稀释气体同时进入混气罐，混气罐出来的混合气体流经上述固定床微反应器。所述的混合气体中O2含量为～21%，甲醛含量为～2mg/m3，其余为N2。气体流量400ml/min。催化材料的用量为0.2g。固定床微反应器温度为：25℃±5℃。比较例1将30克活性炭加入200ml去离子水中50℃洗涤2h，105℃/6h烘箱干燥，获得比较例1。下表中列出各类活性炭的初始甲醛去除率以及寿命。比较例2将30克活性炭加入200ml去离子水中50℃洗涤2h，105℃/6h烘箱干燥。将上述预处理的活性炭于60ml0.015M硝酸溶液中浸渍12h，过滤抽去多余酸液，60℃/12h烘箱干燥，制得酸改性活性炭，获得比较例2。下表中列出各类活性炭的初始甲醛去除率以及寿命。比较例3将30克活性炭加入200ml去离子水中50℃洗涤2h，105℃/6h烘箱干燥。将上述预处理的活性炭于60ml0.03M碳酸铵溶液中浸渍12h，过滤抽去多余盐溶液，60℃/12h烘箱干燥，制得弱酸铵盐改性活性炭，获得比较例3。下表中列出各类活性炭的初始甲醛去除率以及寿命。比较例4将30克活性炭加入200ml去离子水中50℃洗涤2h，105℃/6h烘箱干燥。将上述预处理的活性炭于60ml0.015M硝酸溶液中浸渍12h，过滤抽去多余酸液，120℃/6h烘箱干燥，制得酸改性活性炭。将上述酸处理的活性炭于60ml0.03M碳酸铵溶液中浸渍12h，过滤抽去多余盐溶液，120℃/6h烘箱干燥，制得弱酸铵盐改性活性炭，获得比较例4。下表中列出各类活性炭的初始甲醛去除率以及寿命。比较例530克活性炭未经洗涤预处理，直接于60ml0.015M硝酸溶液中浸渍12h，过滤抽去多余酸液，60℃/6h烘箱干燥，制得酸改性活性炭。将上述酸处理的活性炭于60ml0.03M碳酸铵溶液中浸渍12h，过滤抽去多余盐溶液，60℃/6h烘箱干燥，制得弱酸铵盐改性活性炭，获得比较例5。下表中列出各类活性炭的初始甲醛去除率以及寿命。实施例1将30克活性炭加入200ml去离子水中50℃洗涤2h，105℃/6h烘箱干燥。将上述预处理活性炭于60ml0.015M硝酸溶液中浸渍12h，过滤抽去多余酸液，60℃/12h烘箱干燥。将上述酸处理后的活性炭，于60ml0.03M醋酸铵溶液中浸渍12h，过滤抽去多余盐溶液，60℃/12h烘箱干燥，制得弱酸铵盐改性活性炭，获得实施例1。下表中列出各类活性炭的初始甲醛去除率以及寿命。实施例2将30克活性炭加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弱酸铵盐改性活性炭的制备方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1，活性炭表面预处理：用去离子水加热洗涤活性炭，然后于60‑150℃烘箱中热处理5‑10h，去除可溶性盐溶液及吸附表面的酸性气体；步骤2，孔道及酸性官能团调节：将步骤1表面预处理过的活性炭用0.015‑0.15M的酸溶液处理，调节孔道微孔向中孔方向移动，同时增加孔道表面酸性官能团数量，过滤抽去多余酸液，得到孔道用酸性官能团调节的活性炭；步骤3，干燥处理：将步骤2的活性炭铺平，于烘箱干燥；步骤4，甲醛吸附剂孔道内负载：将步骤3得到的活性炭用0.03‑0.3M的弱酸铵盐溶液处理，通过碱性基团与孔道表面的酸性官能团化学键合实现甲醛吸附剂孔道内有效负载，过滤抽去多余盐溶液；步骤5，干燥活化处理：将步骤4得到的活性炭铺平，于烘箱干燥，冷却得到弱酸铵盐改性活性炭。

【技术特征摘要】
1.一种弱酸铵盐改性活性炭的制备方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1，活性炭表面预处理：用去离子水加热洗涤活性炭，然后于60-150℃烘箱中热处理5-10h，去除可溶性盐溶液及吸附表面的酸性气体；步骤2，孔道及酸性官能团调节：将步骤1表面预处理过的活性炭用0.015-0.15M的酸溶液处理，调节孔道微孔向中孔方向移动，同时增加孔道表面酸性官能团数量，过滤抽去多余酸液，得到孔道用酸性官能团调节的活性炭；步骤3，干燥处理：将步骤2的活性炭铺平，于烘箱干燥；步骤4，甲醛吸附剂孔道内负载：将步骤3得到的活性炭用0.03-0.3M的弱酸铵盐溶液处理，通过碱性基团与孔道表面的酸性官能团化学键合实现甲醛吸附剂孔道内有效负载，过滤抽去多余盐溶液；步骤5，干燥活化处理：将步骤4得到的活性炭铺平，于烘箱干燥，冷却得到弱酸铵盐改性活性炭。2.如权利要求1所述的弱酸铵盐改性活性炭的制备方法，其特征是：所述步骤1中的活性炭加热洗涤的温度为40-80℃。3.如权利要求1或2所述的弱酸铵盐改性活性...

【专利技术属性】
技术研发人员：何丹农，徐荣，赵昆峰，杨玲，袁静，蔡婷，
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