[发明专利]一种用于处理高湿度VOCs的疏水活性炭吸附剂及其制备方法

说明书

本发明涉及VOCs净化技术领域，尤其涉及一种用于处理高湿度VOCs的疏水活性炭吸附剂及其制备方法。制备方法包括：A)在保护气和水蒸气共存的条件下，将活性炭加热至300～800℃，活化0.5～10h，得到活化后的活性炭；B)将活化后的活性炭与全氟‑1‑辛醇溶液混合，在5～95℃下搅拌反应，得到改性的活性炭前驱体；C)将所述改性的活性炭前驱体、冰醋酸、蒸馏水和无水乙醇混合，得到改性的活性炭前驱体溶液；D)将所述改性的活性炭前驱体溶液与钛酸四丁酯的醇溶液混合，加热反应后，干燥，得到用于处理VOCs的疏水活性炭吸附剂。本发明制备的疏水活性炭吸附剂疏水性能较优，对高湿度环境中VOCs的吸附效果较优。

技术领域

本发明涉及VOCs净化技术领域，尤其涉及一种用于处理高湿度VOCs的疏水活性炭吸附剂及其制备方法。

背景技术

目前，VOCs污染控制技术主要有吸附、吸收、燃烧和冷凝等。吸附法和燃烧法一般都会涉及利用吸附剂对废气中的VOCs进行吸附的步骤。例如吸附法是通过吸附剂对废气中的VOCs进行物理、化学吸附，以达到净化气体的目的。由于大部分工业废气中的VOCs浓度低，采用燃烧法处理VOCs废气时，一般先采用活性炭、分子筛等吸附剂对废气中的VOCs进行一定程度的吸附浓缩。如果浓缩比太低，燃烧过程中所放出的热量不满足自持燃烧，就需要额外燃料辅助加热，由此造成了不必要的能源损耗。因此高效吸附剂无论对于吸附法、燃烧法抑或其他VOCs的组合处理技术而言都至关重要。

活性炭因其孔隙率高、吸附容量大、化学性质稳定、价格低廉等优势，是VOCs处理技术常用的吸附材料。活性炭中除C元素外，还包含少量的O、H和N元素，因此极易吸附有机物质。此外，活性炭中还含有一定量的灰分，主要以氧化物的形式存在，如Fe、Al、Mg、K等金属氧化物，灰分不仅会造成二次污染，更重要的是灰分的表面自由能比活性炭高，更容易吸附水分子，降低活性炭对VOCs的吸附容量。常年湿度处于80％以上的中国东南沿海地区、或有水幕作为废气前处理的工序中，废气中的水分子极大地影响了吸附剂对VOCs的吸附能力。因此减小水分对吸附剂的影响就显得尤为重要。

通过对活性炭表面改性制备具有疏水功能的活性炭将减少水分子和VOCs在活性炭表面的竞争吸附，从而减少对水的吸附概率，提高VOCs吸附效果。材料的疏水性由表面自由能和表面粗糙微纳米尺寸结构共同决定，疏水表面的制备主要有两种思路，可以在具有低表面自由能物质上构建粗糙的表面结构，也可以先对亲水固体表面进行粗糙化处理，然后用低表面能物质进行化学修饰。

由于活性炭表面本身就有一定的粗糙度，满足疏水表面需要的微纳米结构，因此只要通过适当方法引入低表面能物质即可制备疏水表面甚至是超疏水表面。如中国专利CN108380181A报道了一种通过正庚烷、乙醇和油酸混合溶液改性的疏水型活性炭的制备方法，这种方法制备的活性炭具有耐强酸、耐强碱性能，且制备过程简单、条件温和，易于实现工业化生产。中国专利CN108285536A报道了一种以有机硅为主体的超疏水涂层的制备方法，首先将八苯基硅倍半氧烷与硝酸反应得到八倍半硅氧烷，然后和三氯化铁、活性炭、肼反应，最后和聚二甲基硅烷反应得到聚二甲基硅烷包裹的八倍半硅氧烷超疏水阻燃材料。中国专利CN104437444A报道了一种疏水活性炭改性材料的制备方法，以正硅酸四乙酯为添加剂，以十六烷基三甲氧基硅烷为改性剂，以无水乙醇为溶剂，对活性炭进行液相浸渍、抽滤、干燥制得。中国专利CN103495383A报道了一种超疏水活性炭改性材料，由下列原料制成：活性炭、甲醇、二甲基硅油、褐藻酸、果胶、食用菌培养料、改性凹凸棒土和水等，所得含有二甲基硅油的超疏水活性炭改性材料，很好地解决了高湿度下多孔炭材料易吸湿的难题，可以用于一些易被水侵蚀的设备中。中国专利CN102989414A公开了一种超疏水活性炭改性材料的制备方法，运用化学液相浸渍法，以三甲基氯硅烷为改性剂，无水甲醇为溶剂，分别以预处理后的煤质柱状活性炭和椰壳颗粒状活性炭为载体，经过液相浸渍、真空干燥制得超疏水活性炭。