[发明专利]一种制备超疏水活性炭纤维的方法及所制备的超疏水活性炭纤维

说明书

本发明公开一种制备超疏水活性炭纤维的方法及所制备的超疏水活性炭纤维，所述方法包括以下步骤：将干燥的活性炭纤维用冷等离子体处理；然后用动态吸附法将等离子处理后的活性炭纤维吸附一定量的氟碳醇气体；最后经过热处理在活性炭纤维表面和微孔内壁形成一层均匀的超疏水涂层。本方法制备的活性炭纤维改性材料具有超疏水的表面化学性能，克服了炭材料易吸湿的缺点，提高了活性炭纤维对含水VOCs的吸附能力。与浸渍法和喷涂法相比，动态吸附氟碳醇法能有效避免活性炭纤维堵孔，保证了活性炭纤维的比表面积和吸附能力。

技术领域

本发明属于活性炭改性技术领域，尤其涉及一种制备超疏水活性炭纤维的方法及所制备的超疏水活性炭纤维。

背景技术

活性炭纤维表面具有丰富的微孔和巨大的比表面积，具有化学稳定性和热稳定性，在溶剂回收、VOCs吸附治理领域有广泛应用。由于目前市售的活性炭纤维多以黏胶纤维或聚丙烯腈纤维为材料制成，其表面含有极性基团，包括羰基、羧基、内酯基、羟基、醚、苯酚等，对水蒸气和液态水均有很强的吸附能力，所以在处理VOCs时，水分与VOCs气体分子发生竞争吸附，严重影响非极性气体分子，如芳烃、卤代烃、烷烃等的吸附能力，导致废气处理无法达标。为解决该问题，可用表面化学改性的方法将疏水基团引入到活性炭纤维内外表面，提高活性炭纤维表面的疏水性，从而提高其对非极性物质的选择性吸附能力。

在活性炭或炭纤维疏水改性方面有相关专利报道。例如，CN201210476531.9、CN201410540567.8、CN201611255627.7和CN201710464080.X中公开了以硅烷、硅油、氟硅烷或硬脂酸为疏水改性剂，经过液相浸渍和高温干燥制得超疏水活性炭改性材料的方法。液相浸渍法会导致过多的改性剂堵塞微孔，从而导致比表面积减小，吸附能力下降，且产生大量废液。氯硅烷改性过程会生成腐蚀性很强的盐酸，对设备材质要求苛刻。CN201810234511.8公开了一种活性炭纤维疏水改性方法，该方法将含有正硅酸乙酯的疏水改性剂直接喷洒到活性炭纤维表面，正硅酸乙酯水解形成纳米二氧化硅覆盖在活性炭纤维表面，形成疏水层，然后经过正己烷浸泡清洗3～4次，最后高温烘干制得成品。喷涂法使用的改性剂用量大幅降低，但溶剂清洗过程中仍然会产生大量废溶剂，需要提纯后回用或者焚烧处理。CN201310223296.9公开了一种超疏水性活性炭的制备方法，该方法先用浓硝酸氧化改性活性炭，在其表面上形成丰富的羧基，再用疏水性改性剂三甲基氯硅烷进行处理，从而通过形成化学键的形式将甲基嫁接到活性炭表面。该方法得到的疏水层更加稳定，但是浓硝酸氧化过程会导致部分微孔道塌陷，导致比表面积降低，影响吸附能力。因此探索新的温和条件下制备疏水性能稳定的活性炭或炭纤维的制备方法是非常必要的。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种超疏水活性炭纤维的制备方法。

根据本发明的一个实施方案，提供一种超疏水活性炭纤维的制备方法，该方法包括：

(1)冷等离子体改性，包括将干燥的活性炭纤维放入等离子体发生腔，抽真空后，通入空气，经辉光放电产生相应的等离子体来进行等离子体处理；

(2)动态吸附氟碳醇气体，包括使氟碳醇和氮气的混合气体，穿过经过冷等离子体处理后的活性炭纤维，从而氟碳醇气体分子(均匀地)吸附在活性炭纤维内外表面；

(3)热处理，包括将吸附氟碳醇气体的活性炭纤维烘干处理。

进一步地，干燥的活性炭纤维以单层平铺方式放入等离子体发生腔。

进一步地，等离子体发生腔中真空度为4-8Pa，优选为5Pa，离子源电流0.08-0.6A，优选0.1～0.5A，空气或氧气流速0.8～2.5L/min，优选1～2L/min，时间1-6min，优选2～5min。

进一步地，步骤(2)中所用氟碳醇为小于等于4个碳的小分子氟碳醇，优选为三氟乙醇、四氟乙醇、三氟丙醇、六氟丙醇、三氟丁醇、六氟丁醇中的任意一种或多种。