一种MOFs疏水改性活性炭复合材料及其制备方法与应用与流程

本发明涉及气体吸附材料，尤其涉及一种mofs疏水改性活性炭复合材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、vocs的影响取决于化合物的类型、浓度和来源。vocs的排放来源包括化石燃料、生物质燃料燃烧、溶剂使用、工艺过程排放及移动排放等。其中，有机溶剂使用是vocs排放的最主要来源之一，其排放的vocs具有浓度高、成分复杂、毒性强等特点，严重威胁着人类健康和生态环境，也会造成严重的环境问题，如温室效应、光化学烟雾、平流层臭氧消耗等，挥发性有机化合物的持续增加和严格的法规使得减少挥发性有机化合物的排放更加迫切。

2、到目前为止，出现了许多处理污染气体的技术，如焚烧、冷凝、生物降解、吸收、吸附、催化氧化等。其中，吸附技术因其具有吸附剂和吸附质回收再利用的潜力而被公认为一种高效、经济的控制策略。碳质吸附剂由于具有比表面积大、多孔结构丰富、吸附能力高等特点，在气体净化，特别是污染气体的处理和回收方面得到了广泛的应用。

3、但是纯活性炭对于污染气体的吸附效果不能满足工业上的需求，因此，需要对活性炭进行改性以提高材料对污染气体吸附量，cn104226255a公开了一种金属有机骨架-氧化石墨烯复合材料的制备方法，制备了氧化石墨烯(gro)与mil-53复合材料，明显提高了材料对co2吸附性能，但是该材料对于其他气体的吸附能力及选择性仍有所不足，无法对有机废气vocs进行有效处理。cn116272904a公开了一种mofs复合材料vocs吸附剂及其制备方法，将有机金属骨架通过活性炭吸附表面羧基附着于活性炭吸附表面，提高了对vocs的选择吸附能力，但是以上专利均未解决活性炭中水和vocs气体的竞争吸附问题，以及水占据吸附位点后破坏mofs框架结构，使mofs失效的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种mofs疏水改性活性炭复合材料及其制备方法与应用，以提高对vocs气体选择吸附性和vocs气体吸附量，同时提升mofs材料的稳定性，延长复合材料的使用寿命。

2、第一方面，本发明提供了一种mofs疏水改性活性炭复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

3、步骤一，将疏水改性剂溶于无水乙醇中，加热至40-80℃后，加入的活性炭(ac)，边加热边搅拌3-5h，然后过滤，于80-120℃烘干，即得到改性活性炭(acf)；

4、步骤二，将金属盐、配体和溶剂混合组成mofs混合溶液，然后取一定量步骤1中烘干后的acf材料，加入混合溶液中，剧烈搅拌3h，过滤，再于85℃烘干4h，即得到mofs疏水改性活性炭复合材料(mofs@acf)。

5、结合第一方面，在一些实施方式中，所述疏水改性剂为三甲基氯硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、三乙基三氟甲基硅烷和辛基三甲氧基硅烷中的一种。

6、结合第一方面，在一些实施方式中，所述活性炭(ac)包括木质活性炭、煤质活性炭、椰壳活性炭和生物质活性炭中的一种。

7、结合第一方面，在一些实施方式中，所述疏水改性剂、乙醇和活性炭的质量比为0.75:(40-60):20。

8、结合第一方面，在一些实施方式中，所述金属盐、配体和反应溶剂的摩尔比为(1-4):(2-8):(40-200)。

9、结合第一方面，在一些实施方式中，所述金属盐为硝酸铜、醋酸铜和氢氧化铜中的任一种，配体为均苯三甲酸(h3btc)，反应溶剂为乙醇。

10、第二方面，本发明提供了一种mofs疏水改性活性炭复合材料，所述mofs疏水改性活性炭复合材料采用上述制备方法制备。

11、第三方面，本发明提供了按上述制备方法制得的mofs疏水改性活性炭复合材料在vocs吸附中的应用。

12、本发明的有益效果：

13、本发明将mofs引入ac框架中，在mofs和ac的界面之间形成了大量的微孔，增加吸附位点，提高吸附材料对vocs气体的吸附性能，并通过疏水改性增加vocs气体的吸附量以及延长材料的使用寿命。

技术特征：

1.一种mofs疏水改性活性炭复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述疏水改性剂为三甲基氯硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、三乙基三氟甲基硅烷和辛基三甲氧基硅烷中的一种。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述活性炭为木质活性炭、煤质活性炭、椰壳活性炭和生物质活性炭中的一种。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述疏水改性剂、乙醇和活性炭的质量比为0.75:(40-60):20。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐、配体和反应溶剂的摩尔比为(1-4):(2-8):(40-200)。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐为硝酸铜、醋酸铜和氢氧化铜中的任一种，所述配体为均苯三甲酸，所述反应溶剂为乙醇。

7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐为硝酸锌、醋酸锌、氯化锌任意一种，所述配体为2-甲基咪唑，所述反应溶剂为乙醇。

8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述活性炭为椰壳活性炭。

9.一种mofs疏水改性活性炭复合材料，其特征在于，所述mofs疏水改性活性炭复合材料采用权利要求1-8任意一项所述制备方法制备。

10.如权利要求9所述的mofs疏水改性活性炭复合材料在vocs吸附中的应用。

技术总结
本发明公开了一种MOFs疏水改性活性炭复合材料及其制备方法与应用，涉及气体吸附材料技术领域，先对AC进行疏水改性制备ACF材料，再将金属盐、配体和溶剂混合组成MOFs混合溶液，然后将疏水改性的ACF材料，加入混合溶液中，剧烈搅拌3h，过滤，再于85℃烘干4h，即得到MOFs疏水改性活性炭复合材料。本发明将MOFs引入AC框架中，在MOFs和AC的界面之间形成了大量的微孔，增加吸附位点，提高吸附材料对VOCs气体的吸附性能，并通过疏水改性增加VOCs气体的吸附量以及延长材料的使用寿命。

技术研发人员：姚舜,刘华丽,张贺,李金颖,彭婷,丁佰锁
受保护的技术使用者：理工清科（重庆）先进材料研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31