一种有机硅烷疏水改性活性炭、制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种有机硅烷疏水改性活性炭、制备方法及其应用，制备方法包括以下步骤：S1、预处理活性炭；S2、制备水解液；S3、将预处理活性炭浸渍入水解液中，制得浸渍改性活性炭；S4、将浸渍改性活性炭加入有机硅烷稀释液中，搅拌回流处理，制得疏水改性活性炭前驱体；S5、将疏水改性活性炭前驱体进行热处理活化，制得有机硅烷疏水改性活性炭。本发明专利技术的制备方法简单、可操作性强，制备的有机硅烷疏水改性活性炭具有优异的疏水性能且性能稳定，在高湿环境下对VOCs废气中目标物具有优异的吸附性能，解决了对含水VOCs废气吸附处理时易受水分子影响的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种有机硅烷疏水改性活性炭、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于活性炭疏水改性
，特别是涉及一种有机硅烷疏水改性活性炭、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]甲苯等有机溶剂是常见的化工原料，被广泛应用在涂料、油漆、印刷等行业，但其作为废气排放形成的挥发性有机物(VOCs)对环境、人体均有害，因此，VOCs废气的处理显得尤为重要。VOCs废气处理的三种主要方法分别为吸附法、催化燃烧法、生物处理法，吸附法因效率高、能耗低等优点，在国内市场稳居首位，且活性炭因为价廉易得成为废气吸附处理中最常用的吸附剂，但在实际应用中活性炭的废气吸附处理效果受废气中水分子的影响很大，吸附过程中水分子的存在会竞争表面活性位点，消耗孔体积，导致对目标分子的吸附量减小，因而需要对活性炭进行疏水改性处理。
[0003]活性炭的疏水改性方法主要包括去除法和改性法，去除法是将活性炭在H2或惰性气体中进行热处理，热处理可以分解活性炭表面极性含氧官能团，降低其表面极性，从而降低水分子的吸附量，但是热处理对活性炭表面亲水基团的去除是不完全的，且温度过高会造成孔结构坍塌；改性法是采用涂覆、浸渍、接枝等方法对活性炭进行改性，主要包括氟碳化合物氟化、碱改性、负载有机硅烷等方式进行改性，有机硅烷改性是通过气相沉积、液相浸渍、等离子体等方式将疏水基团负载在炭基材料表面，是目前炭基材料疏水改性常用的方法之一，但是采用疏水基团改性活性炭会堵塞活性炭的孔道，造成活性炭的吸附性能下降。
[0004]因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种有机硅烷疏水改性活性炭、制备方法及其应用，用于解决现有技术中采用液相浸渍的方式将疏水基团负载在活性炭表面导致活性炭孔道堵塞的问题，以及由于活性炭的废气吸附处理效果受废气中水分子的影响很大，以致对目标分子的吸附量降低的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种有机硅烷疏水改性活性炭的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、将活性炭依次在酸溶液、去离子水中清洗，然后用去离子水淘洗至中性，干燥，得到预处理活性炭；
[0008]S2、将正硅酸乙酯、乙醇和水混合，在酸性条件下水解后，调节至中性，得到水解液；
[0009]S3、将步骤S1中得到的所述预处理活性炭浸渍到步骤S2中得到的所述水解液中，静置一段时间后，过滤，得到浸渍改性活性炭；
[0010]S4、将步骤S3中得到的所述浸渍改性活性炭加入有机硅烷稀释液中，在一定温度
下搅拌回流处理，经洗涤并干燥后，得到疏水改性活性炭前驱体；
[0011]S5、将步骤S4中得到的所述疏水改性活性炭前驱体在氮气气氛下热处理活化，冷却至室温，得到有机硅烷疏水改性活性炭。
[0012]如上所述的制备方法，步骤S1中所述活性炭为椰壳活性炭或煤基活性炭，所述活性炭的粒度为40～80目。
[0013]如上所述的制备方法，步骤S1中所述酸溶液为盐酸溶液，盐酸溶液的质量百分比浓度为1～5％，所述活性炭在酸中进行超声清洗的时间为5～10min。
[0014]如上所述的制备方法，所述活性炭在去离子水中进行超声清洗的时间为5～25min。优选地，活性炭在去离子水中进行超声清洗的时间为10～15min。
[0015]如上所述的制备方法，所述干燥温度为85～110℃。优选地，干燥温度为95～105℃。
[0016]如上所述的制备方法，步骤S2中所述正硅酸乙酯、乙醇和水的摩尔比为A：B：C，其中，A的取值为1～2，B的取值为10～12，C的取值为4～6；步骤S2中在酸性条件下水解，所述酸性条件是指质量百分比浓度为4～10％的盐酸溶液，所述水解时间为2～4h。
[0017]如上所述的制备方法，步骤S3中所述静置的时间为8～12h。
[0018]如上所述的制备方法，步骤S4中所述有机硅烷稀释液为将有机硅烷加入有机溶剂中制备而成；所述有机硅烷稀释液的质量分数为0.5～6％。
[0019]如上所述的制备方法，所述有机硅烷包括三甲基氯硅烷、苯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或组合。
[0020]如上所述的制备方法，所述有机溶剂为正己烷、甲苯、苯中的一种或组合。
[0021]如上所述的制备方法，所述回流处理的温度为80～100℃，所述回流处理的时间为6～12h。
[0022]如上所述的制备方法，所述洗涤为分别采用乙醇、去离子水清洗3～5次。
[0023]如上所述的制备方法，步骤S5中所述热处理活化的温度为400～750℃，所述热处理活化的时间为2～6h。
[0024]本专利技术还提供一种有机硅烷疏水改性活性炭，由上述制备方法获得。
[0025]本专利技术还提供一种有机硅疏水改性活性炭的应用，将有机硅烷疏水改性活性炭应用于对挥发性有机物进行吸附。
[0026]如上所述，本专利技术中有机硅烷疏水改性活性炭、制备方法及其应用，具有以下有益效果：
[0027]本专利技术中有机硅烷疏水改性活性炭的制备方法是采用液相浸渍与热处理相结合的方法，采用有机硅烷试剂作为改性剂对活性炭进行疏水改性，在活性炭表面负载疏水基团；后续结合热处理的方法对活性炭的孔结构进行扩大，可以解决液相浸渍所负载的疏水基团堵塞活性炭孔道的问题，同时又能利用热处理来分解活性炭表面的极性含氧官能团，降低其表面极性，最终所制备的有机硅烷疏水改性活性炭具有优异的疏水性能且性能稳定，易于工业化生产。
[0028]本专利技术中的制备方法简单、可操作性强，且所制备的有机硅烷疏水改性活性炭在高湿环境下对VOCs废气中目标物具有优异的吸附性能，解决了对含水VOCs废气吸附处理时易受水分子影响的问题，将其应用于高湿环境下对挥发性有机物进行吸附，大大提高了其
吸附效率。
附图说明
[0029]图1显示为本专利技术具体实施例中所采用的活性炭在27℃、相对湿度为77％的高湿环境下对VOCs废气中甲苯的穿透曲线图。
[0030]图2显示为本专利技术具体实施例1中所制备的有机硅烷疏水改性活性炭在27℃、相对湿度为77％的高湿环境下对VOCs废气中甲苯的穿透曲线图。
[0031]图3显示为本专利技术具体实施例2中所制备的有机硅烷疏水改性活性炭在27℃、相对湿度为77％的高湿环境下对VOCs废气中甲苯的穿透曲线图。
[0032]图4显示为本专利技术具体实施例3中所制备的有机硅烷疏水改性活性炭在27℃、相对湿度为77％的高湿环境下对VOCs废气中苯乙烯的穿透曲线图。
具体实施方式
[0033]以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。
[0034]在进一步描述本专利技术具体实施方式之前，应理解，本专利技术的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本专利技术实施例中使用的术语是为了描述特定的具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机硅烷疏水改性活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将活性炭依次在酸溶液、去离子水中清洗，然后用去离子水淘洗至中性，干燥，得到预处理活性炭；S2、将正硅酸乙酯、乙醇和水混合，在酸性条件下水解后，调节至中性，得到水解液；S3、将步骤S1中得到的所述预处理活性炭浸渍到步骤S2中得到的所述水解液中，静置一段时间后，过滤，得到浸渍改性活性炭；S4、将步骤S3中得到的所述浸渍改性活性炭加入有机硅烷稀释液中，在一定温度下搅拌回流处理，经洗涤并干燥后，得到疏水改性活性炭前驱体；S5、将步骤S4中得到的所述疏水改性活性炭前驱体在氮气气氛下热处理活化，冷却至室温，得到有机硅烷疏水改性活性炭。2.根据权利要求1所述的有机硅烷疏水改性活性炭的制备方法，其特征在于：步骤S1中包括以下条件中的任一项或组合：所述活性炭为椰壳活性炭或煤基活性炭，所述活性炭的粒度为40～80目；所述酸溶液为盐酸溶液，盐酸溶液的质量百分比浓度为1～5％，所述活性炭在酸中进行超声清洗的时间为5～10min；所述活性炭在去离子水中进行超声清洗的时间为5～25min。所述干燥温度为85～110℃。3.根据权利要求1所述的有机硅烷疏水改性活性炭的制备方法，其特征在于：步骤S2中所述正硅酸乙酯、乙醇和水的摩尔比为A：B：C，其中，A的取值为1～2，B的取值为10～12，C的取值为4～6；步骤S2中在酸性条件下水...

【专利技术属性】
技术研发人员：李继香，王雯娟，张馨，赵延琴，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：