[发明专利]一种乙酸钙修饰的亲水性活性炭及其制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种乙酸钙修饰的亲水性活性炭及其制备方法，具体涉及利用有机试剂在活性炭表面合成亲水性有机官能团的过程；属于催化改性领域。

背景技术

水蒸气是自然界普遍存在的物质之一。但是，在一些特定的环境中，如精密仪器实验室、仓库、石油液化气站等，需要对水蒸气的含量进行严格的控制，以防止发生电路短路、腐蚀、冷凝等现象而造成重大安全事故与损失。

吸附法因其操作简单、易于回收以及可以避免二次污染而得以广泛应用。而活性炭由于具有发达的孔隙结构、巨大的比表面积、丰富的表面官能团以及价格便宜等优点而成为首选的吸附剂之一。在较低的相对湿度下，Dimotakis等人（Dimotakis,E.;Cal,M.;Economy,J.;Rood,M.;Larson,S.,Water Vapor Adsorption on Chemically Treated Activated Carbon Cloths.Chem Mater1995,7(12),4.）认为活性炭表面亲水性官能团对水蒸气的吸附起到了关键性的作用。亲水性官能团可以与水分子形成氢键，从而促进水蒸气在活性炭中的吸附。

活性炭表面亲水性基团构建的方法有很多，如利用硝酸、硫酸、盐酸、过氧化氢等的湿式氧化法；利用臭氧、氧气、二氧化碳、一氧化碳的气相氧化法；利用硝酸铁、硝酸银等的氧化盐改性法以及通过热-氧联合处理的复合改性法。但是，在这些改性过程中，活性炭本身要与改性试剂参与反应以生成表面官能团。活性炭质量会在此过程中产生较大损失，而且活性炭原有的孔结构也会遭到很大的破坏。

发明内容

本发明的一个目的是在于提供一种比表面积大，微孔孔系发达，负载有大量亲水基团的亲水性活性炭，该活性炭对水蒸气吸附能力强、吸附容量大，且吸附性能稳定，重复使用性好。

本发明针对现有技术中活性炭氧化改性过程中存在炭损失率大，活性炭的孔结构破坏严重的缺陷，另一个目的是在于提供一种操作简单、低成本的制备亲水性活性炭方法，该方法制得的亲水性活性炭结构稳定，比表面积大，炭损失量小，对水蒸气吸附能力强、吸附容量大，且吸附性能稳定，重复使用性好。

本发明提供了一种乙酸钙修饰的亲水性活性炭，该亲水性活性炭由乙酸钙负载在活性炭的炭骨架表面构成；其中，乙酸钙的质量占乙酸钙和活性炭总质量的2～10%。

所述的亲水性活性炭中乙酸钙的质量优选为占乙酸钙和活性炭总质量的3～7%。

所述的负载是由乙酸乙酯和氢氧化钙通过酯水解反应生成的乙酸钙沉积在活性炭的炭骨架表面来实现。

本发明还提供了一种亲水性活性炭的制备方法，该方法是将水洗、真空干燥处理过的活性炭原料，在真空条件下经700～1000℃高温处理后，置于饱和氢氧化钙溶液中浸泡I，再经水洗、真空干燥后，得到预处理活性炭；所得的预处理活性炭先在真空条件下，300～450℃活化0.5～1.5h，再置于乙酸乙酯中浸泡II后，在真空条件下，70～90℃酯水解反应；反应所得的活性炭产物，先采用氮气吹扫脱附，再进一步在105～125℃真空脱附，即得。

所述的浸泡I时间为96～120h。

所述的浸泡II时间为96～120h。

所述的高温处理时间为0.5～1.5h。

所述的吹扫脱附直到活性炭质量在30min内波动不超过5%。

所述的酯水解反应时间为12～24h。

所述的真空脱附时间为8～24h。

所述的活性炭原料为普通商业活性炭。

本发明中亲水性活性炭的制备方法包括以下步骤：

（1）预处理：先用去离子水洗涤去除活性炭中存在的杂质后，置于105～125℃真空炉中，在真空条件下烘干；再将真空炉温度提至700～1000℃并维持0.5～1.5h，以去除活性炭表面已有活性基团；

（2）碱处理：将步骤（1）预处理过的活性炭原料在室温下，置于饱和氢氧化钙溶液中浸泡96～120h；过滤，用去离子水洗涤5～7次，在105～125℃真空条件下烘干；

（3）活化：将步骤（2）碱处理得到的活性炭在真空条件下，300～450℃活化0.5～1.5h，自然冷却至室温；