高甲醛吸附率的改性活性炭及其制备方法与流程

本发明涉及甲醛吸附的，具体而言，涉及高甲醛吸附率的改性活性炭及其制备方法。

背景技术：

1、甲醛生产工艺简单、原料供应充足，在木材工业、纺织产业、防腐溶液中广泛使用。甲醛对人体健康产生的不利影响主要包括刺激作用、致敏作用、突变作用。生活中对人体造成伤害的甲醛无处不在。长期处于甲醛浓度大于0.08mg/m3的环境时可能引起眼红、眼痒、咽喉不适甚至导致声音嘶哑，感到胸闷、气喘，出现皮炎等症状。因此，甲醛已被世界卫生组织列为潜在的危险致癌物与重要的环境污染物，受到各个国家的重视。因此，为了人体的健康以及社会的更好发展，去除室内甲醛变得很有意义。

2、目前，活性炭吸附因原料成本低、吸附率高而广泛应用于甲醛的吸附。但是，市场上现有的活性炭材料大部分都是以煤炭、果壳、椰壳为主，其中又以煤炭为主；煤炭资源则由于环保意识越来越重、煤炭资源总量有限等原因可获取难度和成本日益增大，加上煤基活性炭本身的甲醛吸附率提升程度有限，煤基活性炭的市场占比日益下降；果壳和椰壳材料的活性炭一般都具有高的甲醛吸附率，但受限于材料较难获取的原因，价格一直居高不下，并且果壳、椰壳活性炭的质量目前参差不齐。

3、本申请的申请人在以往的申请中提出了以竹子作为生物质原料的活性炭制备工艺，原料成本低，所制备得到的活性炭的微孔占比高，吸附性能较好。但是，活性炭中虽然有利于甲醛吸附的是微孔，但是较高的微孔占比将影响甲醛的扩散，从而不利于甲醛吸附。并且，单纯的物理吸附很难达到理想的吸附效果。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供高甲醛吸附率的改性活性炭及其制备方法，以解决现有技术中甲醛吸附率低的技术问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供了高甲醛吸附率的改性活性炭，技术方案如下。

3、高甲醛吸附率的改性活性炭，改性活性炭的xps的n1s谱图中在398.7±0.3ev处具有特征峰，并且/或者，改性活性炭的红外光谱图中在1400cm-1处具有特征峰；改性活性炭的甲醛吸附容量≥27%；活性炭的微孔体积为0.4～0.5ml/g，微孔占比为0.65～0.75。

4、为了实现上述目的，根据本发明的第二个方面，还提供了高甲醛吸附率的改性活性炭的制备方法，技术方案如下：

5、高甲醛吸附率的改性活性炭的制备方法，包括以下步骤：

6、获取经过炭化处理和活化处理制备得到的活性炭；

7、将活性炭浸泡于含氮碱性溶液中，浸泡完成后进行干燥，得到前驱体；

8、对前驱体进行热处理，即得到高甲醛吸附率的改性活性炭；

9、其中，所述含氮碱性溶液中至少含有有机氮源。

10、作为上述的高甲醛吸附率的改性活性炭的制备方法的进一步改进：所述含氮碱性溶液还包括无机氮源；所述有机氮源和无机氮源均呈弱碱性。

11、作为上述的高甲醛吸附率的改性活性炭的制备方法的进一步改进：所述无机氮源为碳酸铵、碳酸氢铵、氨水中的任意几种；所述有机氮源为尿素、二苯胺、三聚氰胺、吡啶、吡啶二胺、三乙胺、n,n-二异丙基乙胺、三乙烯二胺中的任意几种。

12、作为上述的高甲醛吸附率的改性活性炭的制备方法的进一步改进：所述有机氮源和无机氮源的质量比为(2～4):1。

13、作为上述的高甲醛吸附率的改性活性炭的制备方法的进一步改进：所述含氮碱性溶液的质量分数为5～10%，浸泡1～3h后过滤，再静置6～12h，然后烘干即得到前驱体。

14、作为上述的高甲醛吸附率的改性活性炭的制备方法的进一步改进：获取经过炭化处理和活化处理制备得到的活性炭的步骤包括：

15、对生物质原料进行一次炭化处理，得到炭粉；

16、将碳粉和粘接剂捏合并挤出成型，得到坯体；

17、对坯体进行二次炭化处理，得到炭化料；

18、对炭化料进行活化处理，即得到活性炭。

19、作为上述的高甲醛吸附率的改性活性炭的制备方法的进一步改进：所述生物质原料为竹子；所述一次炭化处理为在500～700℃的温度下炭化1～3h；所述二次炭化为在500～700℃的温度下炭化0.5～2h；所述活化处理为在850～950℃下活化3～5h，活化剂为水蒸气。

20、作为上述的高甲醛吸附率的改性活性炭的制备方法的进一步改进：所述热处理为在250～350℃下绝氧热处理2～4h。

21、作为上述的高甲醛吸附率的改性活性炭的制备方法的进一步改进：还包括对活性炭进行酸浸处理，浸泡完成后洗涤至中性，然后再浸泡于含氮碱性溶液中。

22、可见，本发明的高甲醛吸附率的改性活性炭及其制备方法具有以下优点：

23、在本发明的改性活性炭中，首先，改性活性炭具有一种或多种含氮基团，所述含氮基团主要为氨基、胺类基团、酰胺类基团、氮杂环基团等碱性基团，能够化学吸附甲醛，显著提升甲醛吸附率。其次，改性活性炭中介孔和大孔数量提升，使得微孔占比降低，但是微孔体积比传统竹质活性炭的微孔体积更高，因此，既提升了甲醛吸附活性位点数量，又促进了甲醛通过介孔和大孔向微孔的扩散，从而增加了对甲醛的吸附能力。可见，本发明的改性活性炭兼具优异的物理吸附和化学吸附作用，具有优异的甲醛吸附效果。

24、在本发明的改性活性炭的制备方法中，首先，通过碱性溶液的侵蚀造孔作用使得微孔体积增加。其次，碱性溶液中的有机氮源能够在活性炭表面引入碱性含氮基团，使活性炭具备化学吸附作用。然后，当碱性溶液还具有无机氮源时，有机氮源和无机氮源协同作用，能够使一部分微孔转化为介孔和大孔，从而有利于甲醛向微孔的扩散，从而增加了对甲醛的吸附能力。进一步的是，当有机氮源和无机氮源均呈弱碱性时，造孔反应强度适宜，可以使较小孔径的微孔增大为较大孔径的微孔，从而增加透气性，提升甲醛的扩散效果。

25、可见，本发明的高甲醛吸附率的改性活性炭的制备方法的工艺简单，原料成本低，易于控制，所得改性活性炭具有碱性含氮基团，且比表面积、微孔体积和总孔体积高，微孔占比降低，耐磨强度高，甲醛吸附率高，有效解决了现有技术中竹质活性炭的甲醛吸附率低的技术问题，具有极强的实用性。

26、下面结合附图和具体实施方式对本说明书提供的发明创造的实施例做进一步的说明。本说明书提供的发明创造的实施例附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本说明书提供的发明创造的实施例的实践了解到。

技术特征：

1.高甲醛吸附率的改性活性炭，其特征在于：改性活性炭的xps的n1s谱图中在398.7±0.3ev处具有特征峰，并且/或者，改性活性炭的红外光谱图中在1400cm-1处具有特征峰；活性炭的甲醛吸附容量≥27%；改性活性炭的微孔体积为0.4～0.5ml/g，微孔占比为0.65～0.75。

2.权利要求1所述的高甲醛吸附率的改性活性炭的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

3.如权利要求2所述的高甲醛吸附率的改性活性炭的制备方法，其特征在于：所述含氮碱性溶液还包括无机氮源；所述有机氮源和无机氮源均呈弱碱性。

4.如权利要求3所述的高甲醛吸附率的改性活性炭的制备方法，其特征在于：所述无机氮源为碳酸铵、碳酸氢铵、氨水中的任意几种；所述有机氮源为尿素、二苯胺、三聚氰胺、吡啶、吡啶二胺、三乙胺、n,n-二异丙基乙胺、三乙烯二胺中的任意几种。

5.如权利要求3所述的高甲醛吸附率的改性活性炭的制备方法，其特征在于：所述有机氮源和无机氮源的质量比为(2～4):1。

6.如权利要求3所述的高甲醛吸附率的改性活性炭的制备方法，其特征在于：所述含氮碱性溶液的质量分数为5～10%，浸泡1～3h后过滤，再静置6～12h，然后烘干即得到前驱体。

7.如权利要求2所述的高甲醛吸附率的改性活性炭的制备方法，其特征在于：获取经过炭化处理和活化处理制备得到的活性炭的步骤包括：

8.如权利要求7所述的高甲醛吸附率的改性活性炭的制备方法，其特征在于：所述生物质原料为竹子；所述一次炭化处理为在500～700℃的温度下炭化1～3h；所述二次炭化为在500～700℃的温度下炭化0.5～2h；所述活化处理为在850～950℃下活化3～5h，活化剂为水蒸气。

9.如权利要求2所述的高甲醛吸附率的改性活性炭的制备方法，其特征在于：所述热处理为在250～350℃下绝氧热处理2～4h。

10.如权利要求2所述的高甲醛吸附率的改性活性炭的制备方法，其特征在于：还包括对活性炭进行酸浸处理，浸泡完成后洗涤至中性，然后再浸泡于含氮碱性溶液中。

技术总结
本发明公开了高甲醛吸附率的改性活性炭及其制备方法，属于甲醛吸附的技术领域，解决了现有技术中甲醛吸附率低的技术问题。高甲醛吸附率的改性活性炭，改性活性炭的XPS的N1s谱图中在398.7±0.3eV处具有特征峰，并且/或者，改性活性炭的红外光谱图中在1400cm<supgt;‑1</supgt;处具有特征峰；改性活性炭的甲醛吸附容量≥27%；活性炭的微孔体积为0.4～0.5mL/g，微孔占比为0.65～0.75。高甲醛吸附率的改性活性炭的制备方法，包括以下步骤：获取经过炭化处理和活化处理制备得到的活性炭；将活性炭浸泡于含氮碱性溶液中，浸泡完成后进行干燥，得到前驱体；对前驱体进行热处理，即得到高甲醛吸附率的改性活性炭；其中，所述含氮碱性溶液中至少含有有机氮源。

技术研发人员：黄昆明,张怀民,方辉,李江荣,李新
受保护的技术使用者：成都达奇科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15