一种具有改进的吸附效率的活性炭及其制备方法与流程

本发明涉及活性炭领域。具体涉及一种具有改进的吸附效率的活性炭及其制备方法。
背景技术：
：甲醛是室内主要污染气体之一，无色有刺激性气味，易溶于水和乙醇，易挥发。室内家具、装饰装修材料等大多含有甲醛。若长时间处于含有甲醛的环境中，会导致人体出现过敏反应甚至中毒现象。甲醛对幼童和老年人的影响相对更大，轻者出现头晕眼花等不适症状，重者会造成呼吸道癌症、肺癌等。人们通常采用换气法、吸附法和催化氧化法等有效去除室内甲醛。其中吸附法是指用分子筛、沸石、活性炭等多孔材料作为吸附剂吸附去除甲醛，而活性炭具有去除效率较高、材料来源范围广、操作简单灵活、成本低、耐酸碱和热稳定性好等优点，是去除室内甲醛最常用的材料之一。毛竹是中国最重要也是种植面积最广的竹种，其资源丰富生长周期短，生长迅速，具有其他原料活性炭的原材料不可比拟的资源优势。本发明采用毛竹活性炭进行改性，满足活性炭需求量大的特点的同时，提高了毛竹活性炭对于室内甲醛的吸附性能。现有技术中已经存在以毛竹为原材料制备活性炭，并对之进行改性从而获得具有优异甲醛吸附功能的改性活性炭。中国专利申请202011371227.9公开了一种具有改进的吸附效率的活性炭，其采用硝酸、高锰酸钾等氧化剂对活性炭进行改性，从而有效提高活性炭对甲醛的吸附效率。然而，其吸附效率仍然难以满足日常生活中对甲醛吸附的大规模需求，吸附效率及活性炭的使用寿命仍然有很大的提升空间。技术实现要素：本发明的目的在于更进一步地提高活性炭对甲醛的吸附效率，延长活性炭的使用寿命，以解决现有技术中所存在的问题。具体地，本发明提供了一种具有改进的吸附效率的活性炭及其制备方法，利用该方法制造的活性炭具有高效的甲醛去除能力，并能够显著提高活性炭的使用寿命，且不含任何有毒有害物质，不产生二次污染，满足医院、学校、商场和室内装饰等各种场所对甲醛去除的要求，给毛竹活性炭的利用提供了一条新的方向。为达到上述目的，本发明是通过如下手段得以实现的：本发明第一方面提供了一种具有改进的吸附效率的活性炭，包括活性炭、氮掺杂改性剂。作为优选地，所述活性炭选自毛竹活性炭。作为优选地，所述氮掺杂改性剂选自尿素、乙二胺和三聚氰胺中的一种或多种。作为优选地，所述活性炭与氮掺杂改性剂的质量比为1:0.1-50。本发明第二方面提供了一种具有改进的吸附效率的活性炭的制备方法，包括如下步骤：（1）将活性炭研磨成活性炭颗粒，并使用筛网进行筛分；（2）将筛分后的活性炭颗粒沸水蒸煮同时进行震荡处理，冷却至室温进行冷水洗涤抽滤；（3）将抽滤好的活性炭颗粒置于烘箱中干燥至恒重；（4）将处理好的活性炭颗粒加入氮掺杂改性剂浸渍处理，恒温摇床震荡；（5）将浸渍处理好的活性炭颗粒洗涤抽滤后置于烘箱中干燥最终得到改性活性炭。作为优选地，所述活性炭选自毛竹活性炭。作为优选地，步骤（1）中所述筛网目数为30-80目。作为优选地，步骤（2）中所述蒸煮时间为60-180min，震荡速率为100-300rpm，冷水洗涤1-20min。作为优选地，步骤（3）中所述干燥温度为80-103℃。作为优选地，步骤（4）中所述氮掺杂改性剂选自尿素、乙二胺或三聚氰胺中的一种或多种。作为优选地，步骤（4）中所述活性炭颗粒与氮掺杂改性剂的质量比为1:0.1-50。作为优选地，步骤（4）中所述浸渍处理时间为6-24h。作为优选地，步骤（4）中所述恒温摇床震荡条件为：温度20-50℃，转速150-300rpm。作为优选地，步骤（5）中所述干燥温度为80-103℃。作为优选地，步骤（5）中在抽滤后任选地可对活性炭颗粒进行洗涤至ph为6-7。本发明相对于现有技术具有如下有益效果：（1）本发明所提供的具有改进的吸附效率的活性炭以毛竹活性炭作为制备原料，整个制备过程流程少、工艺简单，生产成本低廉，且所添加的化学试剂少，不含有任何有毒有害的物质，不产生二次污染，满足医院、学校、商场和室内装饰等各种场所对甲醛去除的要求，安全绿色环保，应用领域广泛，具有广阔的市场前景。（2）本发明采用氮掺杂改性剂对活性炭进行改进，能够显著提高传统活性炭颗粒的吸附效率，大大延长了活性炭的使用寿命，增强了对甲醛的吸附效果。附图说明图1为不同时间点活性炭的甲醛去除率示意图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例1一种具有改进的吸附效率的活性炭，其制备方法包括如下步骤：（1）将毛竹活性炭研磨成活性炭颗粒，并使用40-60目筛网进行筛分；（2）将筛分后的毛竹活性炭颗粒用100℃沸水蒸煮60min，同时200rpm条件下震荡，后冷却至室温；将冷却后的毛竹活性炭颗粒于室温进行冷水洗涤抽滤5min；（3）将步骤（2）抽滤好的毛竹活性炭颗粒置于烘箱中干燥至恒重；（4）取2g干燥后的毛竹活性炭颗粒放入锥形瓶，取尿素1g、去离子水99g混合成为1%的尿素溶液倒入锥形瓶；将上述混合物置于恒温摇床，150rpm，40℃的条件处理24h；（5）将处理后的混合物再次抽滤并洗涤至ph为7，置于60℃烘箱中干燥24h，即得。实施例2一种具有改进的吸附效率的活性炭，其制备方法包括如下步骤：（1）将毛竹活性炭研磨成活性炭颗粒，并使用40-60目筛网进行筛分；（2）将筛分后的毛竹活性炭颗粒用100℃沸水蒸煮60min，同时200rpm条件下震荡，后冷却至室温；将冷却后的毛竹活性炭颗粒于室温进行冷水洗涤抽滤5min；（3）将步骤（2）抽滤好的毛竹活性炭颗粒置于烘箱中干燥至恒重；（4）取2g干燥后的毛竹活性炭颗粒放入锥形瓶，取尿素5g、去离子水95g混合成为5%的尿素溶液倒入锥形瓶；将上述混合物置于恒温摇床，150rpm，40℃的条件处理24h；（5）将处理后的混合物再次抽滤并洗涤至ph为7，置于60℃烘箱中干燥24h，即得。实施例3一种具有改进的吸附效率的活性炭，其制备方法包括如下步骤：（1）将毛竹活性炭研磨成活性炭颗粒，并使用40-60目筛网进行筛分；（2）将筛分后的毛竹活性炭颗粒用100℃沸水蒸煮60min，同时200rpm条件下震荡，后冷却至室温；将冷却后的毛竹活性炭颗粒于室温进行冷水洗涤抽滤5min；（3）将步骤（2）抽滤好的毛竹活性炭颗粒置于烘箱中干燥至恒重；（4）取2g干燥后的毛竹活性炭颗粒放入锥形瓶，取尿素5g、去离子水95g混合成为5%的尿素溶液倒入锥形瓶；将上述混合物置于恒温摇床，150rpm，40℃的条件处理24h；（5）将处理后的混合物再次抽滤并洗涤至ph为7，置于60℃烘箱中干燥24h，即得。实施例4一种具有改进的吸附效率的活性炭，其制备方法包括如下步骤：（1）将毛竹活性炭研磨成活性炭颗粒，并使用40-60目筛网进行筛分；（2）将筛分后的毛竹活性炭颗粒用100℃沸水蒸煮60min，同时200rpm条件下震荡，后冷却至室温；将冷却后的毛竹活性炭颗粒于室温进行冷水洗涤抽滤5min；（3）将步骤（2）抽滤好的毛竹活性炭颗粒置于烘箱中干燥至恒重；（4）取2g干燥后的毛竹活性炭颗粒放入锥形瓶，取乙二胺1g、去离子水99g混合成为1%的高锰酸钾溶液倒入锥形瓶；将上述混合物置于恒温摇床，150rpm，40℃的条件处理24h；（5）将处理后的混合物再次抽滤，置于60℃烘箱中干燥24h，即得。实施例5一种具有改进的吸附效率的活性炭，其制备方法包括如下步骤：（1）将毛竹活性炭研磨成活性炭颗粒，并使用40-60目筛网进行筛分；（2）将筛分后的毛竹活性炭颗粒用100℃沸水蒸煮60min，同时200rpm条件下震荡，后冷却至室温；将冷却后的毛竹活性炭颗粒于室温进行冷水洗涤抽滤5min；（3）将步骤（2）抽滤好的毛竹活性炭颗粒置于烘箱中干燥至恒重；（4）取2g干燥后的毛竹活性炭颗粒放入锥形瓶，取乙二胺5g、去离子水95g混合成为5%的乙二胺溶液倒入锥形瓶；将上述混合物置于恒温摇床，150rpm，40℃的条件处理12h；（5）将处理后的混合物再次抽滤，置于60℃烘箱中干燥24h，即得。实施例6一种具有改进的吸附效率的活性炭，其制备方法包括如下步骤：（1）将毛竹活性炭研磨成活性炭颗粒，并使用40-60目筛网进行筛分；（2）将筛分后的毛竹活性炭颗粒用100℃沸水蒸煮60min，同时200rpm条件下震荡，后冷却至室温；将冷却后的毛竹活性炭颗粒于室温进行冷水洗涤抽滤5min；（3）将步骤（2）抽滤好的毛竹活性炭颗粒置于烘箱中干燥至恒重；（4）取2g干燥后的毛竹活性炭颗粒放入锥形瓶，取乙二胺9g、去离子水91g混合成为9%的乙二胺溶液倒入锥形瓶；将上述混合物置于恒温摇床，150rpm，40℃的条件处理12h；（5）将处理后的混合物再次抽滤，置于60℃烘箱中干燥24h，即得。实施例7一种具有改进的吸附效率的活性炭，其制备方法包括如下步骤：（1）将毛竹活性炭研磨成活性炭颗粒，并使用40-60目筛网进行筛分；（2）将筛分后的毛竹活性炭颗粒用100℃沸水蒸煮60min，同时200rpm条件下震荡，后冷却至室温；将冷却后的毛竹活性炭颗粒于室温进行冷水洗涤抽滤5min；（3）将步骤（2）抽滤好的毛竹活性炭颗粒置于烘箱中干燥至恒重；（4）取2g干燥后的毛竹活性炭颗粒放入锥形瓶，取三聚氰胺0.1g、去离子水99.9g混合成为0.1%的三聚氰胺溶液倒入锥形瓶；将上述混合物置于恒温摇床，150rpm，40℃的条件处理12h；（5）将处理后的混合物再次抽滤，置于60℃烘箱中干燥24h，即得。实施例8一种具有改进的吸附效率的活性炭，其制备方法包括如下步骤：（1）将毛竹活性炭研磨成活性炭颗粒，并使用40-60目筛网进行筛分；（2）将筛分后的毛竹活性炭颗粒用100℃沸水蒸煮60min，同时200rpm条件下震荡，后冷却至室温；将冷却后的毛竹活性炭颗粒于室温进行冷水洗涤抽滤5min；（3）将步骤（2）抽滤好的毛竹活性炭颗粒置于烘箱中干燥至恒重；（4）取2g干燥后的毛竹活性炭颗粒放入锥形瓶，取三聚氰胺0.5g、去离子水99.5g混合成为0.5%的三聚氰胺溶液倒入锥形瓶；将上述混合物置于恒温摇床，150rpm，40℃的条件处理12h；（5）将处理后的混合物再次抽滤，置于60℃烘箱中干燥24h，即得。验证例1分别取改性前的活性炭原颗粒及根据本发明实施例1-8方法制备得到的改性活性炭颗粒进行甲醛吸附测试，甲醛吸附测试条件：甲醛吸附采用活性炭吸附甲醛性能的动态装置，甲醛浓度1.5-2mg/m3，空气流速为180-200ml/min，活性炭的质量为0.2g。结果如下表1和图1所示。结果显示，活性炭原颗粒的在测试的4h内甲醛去除率可维持在90%以上，而随后其吸附效率大大降低；而根据本发明制备得到的改性活性炭，其甲醛吸附能力显著提高，相对于活性炭原颗粒至少提高了四倍以上，维持90%以上的甲醛去除率至少可至20h，而使用尿素改性后获得的活性炭甚至可以持续84h以上，实施例1-实施例8相对于改性前的活性炭原颗粒动态甲醛去除率平均提高了1400%以上，从而显著提高了活性炭的吸附效率、延长了活性炭的使用寿命；而根据cn202011371227.9中的方法对活性炭进行改性，改性后的活性炭相对于改性前的活性炭原颗粒动态甲醛去除率平均提高了250%。由此可见，根据本发明所述方法制备获得的改性活性炭颗粒相对于现有改性活性炭具有更加高效、更加持久的甲醛吸附能力，大大提高了传统活性炭的吸附效率。表1活性炭的甲醛去除率吸附剂种类动态甲醛去除率活性炭原颗粒4h内去除率持续90%以上实施例184h内去除率持续90%以上实施例2116h内去除率持续90%以上实施例396h内去除率持续90%以上实施例420h内去除率持续90%以上实施例527h内去除率持续90%以上实施例626h内去除率持续90%以上实施例748h内去除率持续90%以上实施例870h内去除率持续90%以上以上具体实施方式部分对本发明所涉及的分析方法进行了具体的介绍。应当注意的是，上述介绍仅是为了帮助本领域技术人员更好地理解本发明的方法及思路，而不是对相关内容的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域技术人员还可以对本发明进行适当的调整或修改，上述调整和修改也应当属于本发明的保护范围。当前第1页12