[发明专利]改性的活性炭材料、制备方法和用途

说明书

本发明提供一种改性活性炭材料，其特征在于，所述改性活性炭材料包括活性炭粒子，以及吸附在所述活性炭粒子上的石墨烯片层。本发明采用石墨烯材料对活性炭进行改性，至少部分通过共价键将两者交联在一起，实现了将石墨烯材料牢固结合在活性炭上的目的，起到增强比表面积，增强活性炭的吸附能力的作用；从分散性上看，石墨烯材料与活性炭的牢固有效的结合，降低了石墨烯材料的分散性，提高了改性的活性炭材料在使用过程中的均匀性；对于还原氧化石墨烯改性的活性炭材料，导电性增强，比表面积增大，分散性好。

技术领域

本发明属于改性功能材料领域，具体涉及一种改性的活性炭材料、制备方法和用途。

背景技术

活性炭材料是经过加工处理所得的无定形碳，具有很大的比表面积，对气体、溶液中的无机或有机物质及胶体颗粒等都有良好的吸附能力。活性炭材料主要包括活性炭(Activated Carbon，AC)和活性炭纤维(Activated Carbon Fibers，ACF)等。活性炭材料作为一种性能优良的吸附剂，主要是由于其具有独特的吸附表面结构特性和表面化学性能所决定的。活性炭材料的化学性质稳定，机械强度高，耐酸、耐碱、耐热，不溶于水与有机溶剂，可以再生使用，已经广泛地应用于化工、环保、食品加工、冶金、药物精制、军事化学防护等各个领域。

现有技术通过石墨烯对活性炭的改性方法，大都是采用将石墨烯与活性炭高温混合的方式，这种方式能够结合石墨烯与活性炭的材料，但是其分散均匀性差，两者混合效果不佳，对活性炭材料的性能改进，效果有限。

本领域需要开发一种石墨烯材料改性活性炭材料，其能够将石墨烯材料和活性炭材料牢固结合，获得良好的分散性、比表面积和电学性能等。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明涉及一种改性的活性炭材料，所述改性活性炭材料包括活性炭粒子，以及吸附在所述活性炭粒子上的石墨烯片层。

本发明所述吸附包括物理吸附和化学吸附，所述物理吸附也称范德华吸附，颗粒之间是通过分子间作用力进行吸附；所述化学吸附是颗粒之间发生电子的转移、交换或共有，形成吸附化学键的吸附。本发明所述的吸附包括物理吸附和化学吸附，可以理解为同时具有物理吸附和化学吸附，或者之具有化学吸附。

优选地，所述改性活性炭材料中，至少部分石墨烯片层通过化学键吸附在所述活性炭粒子上。

石墨烯材料和活性炭基体通过化学键交联，相较于范德华力，化学键交联更加牢固，与活性炭材料牢固结合的石墨烯材料赋予了活性炭材料更高的比表面积，更优异的电学性能。

优选地，所述改性活性炭材料中，包括改性活性炭材料的二级粒子，所述改性活性炭材料的二级粒子中包括通过石墨烯片层交联的至少2个活性炭粒子。

本发明所述的二级粒子可以理解为由单体粒子(如活性炭粒子、石墨烯片层粒子、活性炭吸附石墨烯的粒子等)团聚得到的粒子。而本发明所述的改性活性炭材料的二级粒子中，存在通过石墨烯片层交联的至少2个活性炭粒子(单体粒子)组成的二级粒子。

在任意的改性活性炭材料的二级粒子中，单体粒子的种类、数量不做具体限定，例如可以是2个(3个、4个、5个等等)活性炭粒子与1个(2个、3个、4个、5个等等)石墨烯片层通过化学吸附或物理吸附团聚。

优选地，所述改性活性炭材料的二级粒子的粒径大于活性炭粒子的粒径。

在本发明所述的改性的活性炭材料中，大部分(可以理解为70％以上，或80％以上或90％以上)颗粒以二级粒子的形式存在。

优选地，所述改性活性炭材料的二级粒子的粒径在20μm以下，例如2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm等，优选在12μm以下，进一步优选在5μm以下。