离子液体在制备改性活性炭中的应用、改性活性炭及其制备方法与流程

本发明涉及吸附材料技术领域，尤其涉及一种离子液体在制备改性活性炭中的应用、改性活性炭及其制备方法。

背景技术：

近年来，随着国家经济的发展，人们对大气环境质量的要求越来越高，其中有机废气作为大气污染物中的一种，因其持续时间长，毒害性大的特点，引起了广大学者的注意。活性炭因具有丰富的孔隙结构，巨大的比表面积，化学稳定性好等优点，而常被作为有机废气处理的吸附材料。然而，活性炭在吸附过程中普遍存在吸附效率低，吸附所用时间长的问题，同时在储存、运输、使用过程中还可能发生自燃现象。

因此，对活性炭进行改性很有必要。目前活性炭的改性常用的改性剂有氧化剂、还原剂、负载金属离子等，存在污染环境、改性效果偏低等问题。

技术实现要素：

针对现有活性炭存在的吸附效率低，吸附所用时间长且有自燃的安全隐患，以及活性炭改性剂污染环境的问题，本发明提供一种离子液体在制备改性活性炭中的应用、改性活性炭及其制备方法。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：

一种离子液体在制备改性活性炭中的应用，所述离子液体由摩尔比为1:1-10的氨基酸与含碳化合物制得，所述含碳化合物为磺酸或咪唑类化合物中的至少一种。

进一步地，所述氨基酸为如下通式rchnh2cooh中的至少一种，其中，r为c2-c6链烯基、c1～c4取代链烷基或未取代链烷基、含氮杂环、芳香基或环烷基，所述c1～c4取代链烷基的取代基为羟基、羧基、巯基、氨基、胍基或苯基中的一种。

进一步地，所述磺酸为如下通式r-so3h中的至少一种，式中r为c1～c5烃基。

进一步地，所述咪唑类化合物为咪唑或咪唑衍生物，作为阳离子与氨基酸形成离子液体，所述咪唑衍生物为1-烷基咪唑，1-烷基-3-甲基咪唑或1-烷基-2,3-二甲基咪唑中的一种，其中，所述烷基为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、辛基、癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基或十八烷基。

进一步地，所述离子液体的制备方法为：将所述氨基酸与含碳化合物混合后，升温至80-90℃，保温至体系均一透明，即得离子液体。

进一步地，升温速度为3-7℃/h，保证形成体系均一性能稳定的离子液体。

本发明还提供了一种改性活性炭，由上述的离子液体改性制得。

本发明还提供了一种上述改性活性炭的制备方法，包括以下步骤：

将所述的离子液体与活性炭混合，于100～120℃恒温处理24～36h，经分离处理，得到改性活性炭。

具体地，在100～120℃活性炭与离子液体充分接触，使离子液体与活性炭反应，使活性炭甲基亚甲基的数量减少，醚键数量增加，提高活性炭的化学稳定性，解决了传统物理浸渍负载法中离子液体容易流失的问题，此外，活性炭中的醚键、酯键数量上升，羧基，酸性基团减少，活性炭的氧化活性减弱从而降低活性炭的活化能，使得活性炭难与氧气发生反应，从而降低其自燃发生的概率。

进一步地，所述活性炭的平均粒径为270-330μm。

进一步地，所述离子液体与活性炭质量比为4-6:1。

进一步地，所述分离处理为离心或过滤。

相对于现有技术，采用本发明提供的技术方案，以咪唑类化合物、磺酸及氨基酸为主要原料，形成化学稳定性良好的离子液体，用于改性活性炭，成本低廉，经济环保。采用离子液体对活性炭进行改性，使活性炭通孔分布增多，孔径增大，增加其对有机废气的吸附量，改善活性炭的吸附效率；同时，使活性炭的甲基、亚甲基的数量有所减少，醚键数量增加，化学性质更稳定，自燃点升高，降低发生自燃的可能性。本发明中离子液体改性活性炭工艺简单，操作方便，应用性强，可广泛应用实际的生产过程中，具有较好的经济、环保和社会效益。

附图说明

图1是本发明实施例中所用的原始活性炭的电镜图；

图2是本发明实施例1提供的改性活性炭的电镜图；

图3是本发明实施例2提供的改性活性炭的电镜图；

图4是原始活性炭及本发明实施例提供的改性活性炭的红外谱图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种改性活性炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)将摩尔比为1:1的脯氨酸与咪唑混合后，以5℃/h的速率逐步升温至90℃，保温至体系均一透明，即得咪唑-脯氨酸离子液体；

(2)将上述的离子液体与活性炭以质量比4:1混合，于100℃恒温处理24h，过滤，得到改性活性炭。

实施例2

一种改性活性炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)将摩尔比为1:2的丙氨酸与甲磺酸混合后，以3℃/h的速率逐步升温至85℃，保温至体系均一透明，即得丙氨酸-甲磺酸离子液体；

(2)将上述的离子液体与活性炭以质量比5:1混合，于110℃恒温处理30h，离心，得到改性活性炭。

实施例3

一种改性活性炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)将摩尔比为1:5的苯丙氨酸与甲磺酸混合后，以7℃/h的速率逐步升温至80℃，保温至体系均一透明，即得苯丙氨酸-甲磺酸离子液体；

(2)将上述的离子液体与活性炭以质量比6:1混合，于120℃恒温处理36h，过滤，得到改性活性炭。

实施例4

一种改性活性炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)将摩尔比为1:10的脯氨酸与1-丁基咪唑混合后，以5℃/h的速率逐步升温至85℃，保温至体系均一透明，即得1-丁基咪唑-脯氨酸离子液体；

(2)将上述的离子液体与活性炭以质量比5:1混合，于120℃恒温处理24h，过滤，得到改性活性炭。

实施例5

一种改性活性炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)将摩尔比为1:7的l-谷氨酸与丁基磺酸混合后，以5℃/h的速率逐步升温至80℃，保温至体系均一透明，即得谷氨酸-丁基磺酸离子液体；

(2)将上述的离子液体与活性炭以质量比6:1混合，于120℃恒温处理36h，过滤，得到改性活性炭。

为对比原始活性炭与上述改性活性炭表面结构的变化情况，采用hitachis-4800扫描电镜对原始活性炭样品与实施例1、2中的改性活性炭样品的表面孔隙结构进行了观测。结果分别如图1、图2和图3所示，其中，图1为原始活性炭，图2为实施例1中经咪唑-脯氨酸离子液体改性的活性炭，图3为实施例2中经丙氨酸-甲磺酸离子液体改性的活性炭。由图中数据可得，改性活性炭表面通孔数量增加，孔径增大，且通孔分布相对均匀，大大增加了活性炭的表面积，从而增大吸附有机废气的饱和量。

此外，采用傅里叶红外光谱仪对原始活性炭以及实施例1、2中的改性活性炭样品进行扫描，所得谱图如图4所示。由图4可以得出，经离子液体改性后的活性炭红外谱图峰型出现明显变化，主要集中在3750～2750cm^-1和1800～500cm^-1区域。改性活性炭峰型在该数据段发生变化，是由于离子液体与原始活性炭发生反应，活性炭的甲基、亚甲基数量减少，烯烃c＝c伸缩引起的。活性炭与离子液体很好地键合在一起，增加了其稳定性，解决了传统物理浸渍负载法中离子液体容易流失的问题，此外，活性炭中的醚键、酯键数量上升，羧基，酸性基团减少，活性炭的氧化活性减弱从而降低活性炭的活化能，使得活性炭难与氧气发生反应，从而降低其自燃发生的概率。

为了更好的说明本发明实施例提供的改性活性炭的特性，下面将实施例1-5制备的改性活性炭进行相应性能的测试，并与改性前的活性炭进行对比，结果如表1所示。

表1活性炭改性前后特性对比

采用在线催化装置及固体自燃温度测定仪对改性活性炭吸附有机废气的吸附量及自燃点进行测定，结果显示，本发明实施例中提供的改性后的活性炭对有机废气(甲苯)饱和吸附量提升120％左右，自燃点增高30℃左右。说明改性后的活性炭的吸附效率提高，自燃点变高，降低发生自燃的可能性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。