一种具有高吸附和高降解性能的活性炭的制备工艺的制作方法

本发明属于活性炭，具体涉及一种具有高吸附和高降解性能的活性炭的制备工艺。

背景技术：

1、活性炭是由煤、石油沥青、木材、橄榄石、坚果壳、椰子壳等富含碳的材料依次通过碳化、活化工艺而制成的一种吸附性材料，通常呈粉状或粒状形态，具有非常发达的孔隙结构和丰富的表面化学基团，在日常生活中被广泛应用于空气净化、污水处理等领域，例如：刚进行过装修的房子经常就会利用到活性炭进行吸附、去除诸如甲醛等挥发性有机污染物，不过，由于活性炭本身只具备吸附功能，而没有降解功能，因此，这就很大程度上限制了活性炭的实际应用，不少现有技术为了解决这一技术缺陷会通过复合二氧化钛的方法以此来赋予活性炭拥有对污染物进行光催化降解的能力，但是这种技术仍存在有很多弊端限制其效果，这是因为一方面二氧化钛的禁带宽、量子效率低，对可见光的吸收利用较少，不能非常高效地进行降解，另一方面则是二氧化钛只是简单地以物理共混的形式与活性炭进行了复合，两者间的结合力并不强，在实际的制备和/或使用过程中二氧化钛极易发生脱落，从而直接造成光催化剂损失，降解性能大打折扣，若通过化学键的形式进行复合也难以保证具有长效性，二氧化钛在受到光催化时所产生的各种自由基同样会对复合的化学键进行攻击，进而无法形成两者的有效结合。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种具有高吸附和高降解性能的活性炭的制备工艺，本发明先利用磷酸溶液和硼酸的混合物作为活化剂、木屑作为原料来制备出前体物，然后加入双氧水进行表面处理，丰富表面羟基基团，接着再加入乙烯基三甲氧基硅烷，通过甲氧基和羟基的作用修饰上双键，而甲基丙烯酸则作为单体发生双键聚合，从而接枝上聚合物，最后加入同样依次经过乙烯基三甲氧基硅烷修饰、甲基丙烯酸聚合接枝后再进行过苯胺原位聚合而得到的改性二氧化钛，以乙二胺为交联剂，实现光催化剂的复合，制备出一种活性炭，使其在实际使用时一方面拥有优异的吸附性能，另一方面则是还能高效地对污染物进行降解，光催化剂和活性炭的结合力强，不易分离。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种具有高吸附和高降解性能的活性炭的制备工艺，所述制备工艺包括以下步骤：

4、（1）将50-60重量份的木屑利用去离子水洗涤，然后在50-60℃下真空干燥直至恒重，粉碎至粒径为1-2mm，得到物料a；

5、（2）往所述物料a中加入50-80重量份的磷酸溶液和4-6重量份的硼酸，常温下搅拌5-10min混合，然后在70-80℃下浸渍3-4h，过滤，除去滤液，得到物料b；

6、（3）将所述物料b在氮气氛围下炭化，自然冷却至室温，然后在二氧化碳氛围下活化，自然冷却至室温，利用去离子水洗涤，最后在50-60℃下真空干燥直至恒重，得到物料c；

7、（4）往所述物料c中加入150-200重量份的双氧水，常温下搅拌5-10min混合，然后在50-60℃下浸渍2-3h，过滤，除去滤液，利用去离子水洗涤，最后在50-60℃下真空干燥直至恒重，得到物料d；

8、（5）往所述物料d中加入200-250重量份的无水乙醇、0.5-1重量份的去离子水和3-4重量份的乙烯基三甲氧基硅烷，然后在60-70℃下搅拌20-24h，过滤，除去滤液，利用去离子水洗涤，最后在50-60℃下真空干燥直至恒重，得到物料e；

9、（6）往所述物料e中加入200-250重量份的去离子水、12-14重量份的甲基丙烯酸和0.5-1重量份的过硫酸钾，然后在80-85℃下搅拌2-3h，过滤，除去滤液，利用去离子水洗涤，最后在50-60℃下真空干燥直至恒重，得到物料f；

10、（7）往所述物料f中加入200-250重量份的无水乙醇、8-10重量份的改性二氧化钛和2-3重量份的乙二胺，常温下搅拌5-10min混合，利用浓硫酸调节ph至4，然后在50-60℃下搅拌2-3h，过滤，除去滤液，利用去离子水洗涤，最后在50-60℃下真空干燥直至恒重，即制备完成。

11、作为本发明的一种优选技术方案，步骤（2）所述磷酸溶液的质量分数为45-50%。

12、作为本发明的一种优选技术方案，步骤（3）所述炭化是指按10-15℃/min的升温速率升温至350-400℃，然后恒温1-2h；所述活化是指按10-15℃/min的升温速率升温至500-600℃，然后恒温1-1.5h。

13、作为本发明的一种优选技术方案，步骤（4）所述双氧水的浓度为1-1.5mol/l。

14、作为本发明的一种优选技术方案，步骤（7）所述改性二氧化钛通过以下步骤进行制备：

15、步骤a：往5-7重量份的纳米二氧化钛中加入80-100重量份的无水乙醇、0.5-1重量份的去离子水和1重量份的乙烯基三甲氧基硅烷，然后在60-70℃下搅拌20-24h，过滤，除去滤液，利用去离子水洗涤，最后在60-70℃下真空干燥直至恒重，得到物料a；

16、步骤b：往所述物料a中加入80-100重量份的去离子水、2重量份的甲基丙烯酸和0.3-0.5重量份的过硫酸钾，然后在70-80℃下搅拌4-6h，过滤，除去滤液，利用去离子水洗涤，最后在60-70℃下真空干燥直至恒重，得到物料b；

17、步骤c：往所述物料b中加入80-100重量份的稀盐酸溶液和4-5重量份的苯胺，然后在2-4℃下边搅拌边滴加30-40重量份的过硫酸铵溶液，滴加完成后继续恒温搅拌5-6h，静置2-3h，过滤，除去滤液，利用无水乙醇洗涤，最后在60-70℃下真空干燥直至恒重，即制备完成。

18、进一步地，步骤a所述纳米二氧化钛的粒径为10-50nm，所述纳米二氧化钛的晶型为锐钛型。

19、进一步地，步骤c所述稀盐酸溶液的浓度为0.1mol/l。

20、进一步地，步骤c所述滴加的速率控制在1-3滴/s。

21、进一步地，步骤c所述过硫酸铵溶液的浓度为0.3-0.35mol/l。

22、作为本发明的一种优选技术方案，步骤（7）所述浓硫酸的质量分数为70-75%。

23、本发明的有益效果：

24、（1）本发明先利用磷酸溶液和硼酸的混合物作为活化剂、木屑作为原料来制备出前体物，然后加入双氧水进行表面处理，丰富表面羟基基团，接着再加入乙烯基三甲氧基硅烷，通过甲氧基和羟基的作用修饰上双键，而甲基丙烯酸则作为单体发生双键聚合，从而接枝上聚合物，最后加入同样依次经过乙烯基三甲氧基硅烷修饰、甲基丙烯酸聚合接枝后再进行过苯胺原位聚合而得到的改性二氧化钛，以乙二胺为交联剂，实现光催化剂的复合，制备出一种活性炭，使其在实际使用时一方面拥有优异的吸附性能，另一方面则是还能高效地对污染物进行降解，光催化剂和活性炭的结合力强，不易分离。

25、（2）本发明创造性地先利用过氧化氢对活化后的活性炭进行表面处理，丰富其表面的羟基基团，经过表面处理可以增强其对于极性污染物的吸附作用，然后加入乙烯基三甲氧基硅烷，通过甲氧基和羟基的作用修饰上双键，最后再引入甲基丙烯酸作为聚合单体，实现双键聚合，从而接枝上侧链含有羧基的聚合物；除此之外，本发明同样依次对二氧化钛进行乙烯基三甲氧基硅烷修饰、甲基丙烯酸聚合接枝，最后再加入苯胺，使其发生原位聚合合成聚苯胺，聚苯胺的合成过程中其亚胺基团能够与羧基发生相互作用，从而实现改性，得到含有聚苯胺的改性二氧化钛，聚苯胺是一种导电聚合物，拥有带隙窄、可见光吸收系数高等诸多特点，其的引入能够有效地吸收可见光的光子并产生电子p-p*跃迁，促进电子和空穴的产生分离，使得二氧化钛和聚苯胺两者之间存在协同效应，从而大大提高光催化活性；最终，以乙二胺作为交联剂，通过氨基和羧基的作用将接枝有聚合物结构的活性炭和改性二氧化钛实现复合，制备出本发明所提供的活性炭，两者之间的结合力强，不易发生分离。

26、（3）本发明创造性地以甲基丙烯酸作为聚合单体，使其分别对活性炭和光催化剂进行聚合接枝，各自形成有聚合物结构，然后从光催化剂的聚合物结构中原位生成聚苯胺，最后再通过乙二胺的交联作用实现两者的复合；相较于在活性炭上进行苯胺的原位聚合，本发明的制备方法从空间阻隔的角度上看，不仅更能促进光催化活性的提高，而且由于聚苯胺含有大量的苯环结构，位阻效应非常强，因此还能有效地“阻挡”光催化剂所产生的各种自由基对聚合物结构的主链进行攻击，从而起到延缓降解的作用，两者之间可以实现非常好的结合，具有长效性，同时，聚合物结构含有大量的羧基基团，使其也进一步促进了对于极性污染物的吸附作用。