[发明专利]一种痕量锂离子掺杂的活性炭及改性方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及吸附材料技术领域，尤其是涉及一种痕量锂离子掺杂的活性炭及改性方法和应用。

背景技术

活性炭材料比表面积大、具有多孔结构，是一种常用的吸附剂。然而，活性炭材料与吸附质作用力较弱，多通过物理作用吸附，且对吸附质选择性不强。导致了活性炭材料对低浓度的有毒有害气体吸附效果并不理想，而且在环境条件（如温度、通风等）改变时，易造成脱附引起二次污染。因此，提高活性炭与吸附质的相互作用力，以及活性炭对吸附质的选择性，实现低溶度条件下的高效吸附具有重要意义。

表面改性是一种常用的能够提高活性炭吸附性能的手段。中国专利CN1593744A和CN103990434A公开了利用水热法对活性炭进行改性，分别得到了高效的活性炭基SO₂吸附剂和丙烷吸附剂。张豪杰等(环境工程学报, 2012, 6(10): 3073-3077)利用简单浸渍法，增加了活性炭的微孔结构和孔容，实现了对一氧化氮的高效净化。

但是上述改性需要大量的改性试剂，容易造成吸附材料堵孔，不能最大限度的提高吸附材料性能。同时，水热法还需要高压、高温反应条件，大大提高了活性炭吸附剂的成本和大规模生产的难度。中国专利CN105251444A公开的一种痕量氢氧化钾改性活性炭基丙烷吸附剂的方法，但是简单的浸渍法使得氢氧化钾简单分布在活性炭表面，长期存放已吸水或酸性气体，导致吸附性能下降，甚至发生吸附材料变粉的情况。

发明内容

针对上述活性炭基吸附剂改性的缺点，本发明提供了一种通过简单浸渍法引入锂离子，通过合理控制锂离子与活性炭比例、吸附位点、掺杂方式，提高活性炭吸附剂的吸附能力与稳定性。痕量的锂离子掺杂，避免了吸附材料堵孔现象的发生；结合超声浸渍方式，使得更多或全部的锂离子均匀吸附在活性炭内外表面的强吸附位点；高温焙烧，进一步增强锂离子与活性炭的相互作用力，锂离子掺杂到活性炭结构中；最终实现掺杂后吸附材料吸附能力与稳定性的的提高。

本发明以化学惰性的丙烷为吸附质进行吸附性能测试，发现未改性的整体式煤质活性炭，其丙烷（10-12 ppm）吸附性能很差，50 min内平均净化率为70%；未经焙烧的痕量氢氧化锂改性的活性炭，维持平均净化率为70%的时间延长至237 min；焙烧后的痕量锂离子掺杂活性炭，其丙烷吸附性能有很大的改善，维持平均净化率为70%的时间延长至365 min，吸附容量提高7倍多。

一种痕量锂离子掺杂的活性炭改性方法，其特征在于，痕量锂离子掺杂到活性炭结构中，而非简单的吸附在表面，通过合理控制锂离子浓度、锂离子与活性炭比例、吸附位点、掺杂方式，提高活性炭吸附剂的吸附能力与稳定性；

具体为氢氧化锂稀溶液为1-100 mmol/L的水溶液；氢氧化锂溶液与煤质活性炭的质量比为1:1-2:1；超声浸渍将锂离子均匀吸附在活性炭内外表面的强吸附位点；250℃马弗炉中焙烧，进一步增强锂离子与活性炭的相互作用力，锂离子掺杂到活性炭结构中。

将整体式煤质活性炭充分浸渍于氢氧化锂稀溶液中，超声浸渍10-20 min后取出，即刻用空气压缩机吹扫，去除多余氢氧化锂溶液，30-50℃鼓风干燥箱中干燥，250℃马弗炉中焙烧3-6小时即得。

一种痕量锂离子掺杂的活性炭，其特征在于，根据上述所述方法改性得到。

一种痕量锂离子掺杂的活性炭在丙烷吸附的应用。

该制备过程中痕量锂离子均匀吸附在活性炭内外表面的强吸附位点；高温焙烧进一步增强锂离子与活性炭的相互作用力，锂离子掺杂到活性炭结构中。所得痕量锂离子掺杂的活性炭的丙烷吸附性能，与未处理的煤质活性炭相比，得到了很大的改善。掺杂后材料吸附性能较未掺杂活性炭提高5-8倍，且长期存放稳定性好。本发明的特点是原料易得，工艺简单，成本低廉，具有很好的应用前景。

本发明具有以下优点：

（1）仅需痕量锂离子改性，原料成本低。

（2）锂离子掺杂到活性炭结构中，稳定性好。

（3）操作简单，重复性好，易于放大生产。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：