[发明专利]一种高效脱除气态苯系物的负载铜改性的碳材料吸附剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种高效脱除气态苯系物的负载铜改性的碳材料吸附剂及其制备方法和应用。本发明首先将多巴胺和可溶性铜金属盐溶解于去离子水中得到预反应溶液，然后加入碱性物质调节溶液pH至碱性，通过多巴胺在碱性条件下的自聚合反应形成Cu²⁺‑PDA复合材料，然后在惰性气体下经高温煅烧后制备出负载铜改性的碳材料吸附剂Cu‑CPDA。本发明的吸附剂制备方法操作过程简单，所制得的负载铜改性的碳材料吸附剂具有较大比表面积和优异的吸附性能。将该负载铜改性的碳材料吸附剂应用于气态甲苯吸附实验，结果表明其具有很高的甲苯吸附容量，可达3315mg/g，较未改性前提高了近80%。

技术领域

本发明涉及吸附剂技术领域，具体涉及一种高效脱除气态苯系物的负载铜改性的碳材料吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着环境质量要求的不断提高以及相关法规的颁布与实施，含苯系物废气处理技术已成为工业应用研究的热点。苯系物属于芳香烃类化合物，它们是石油裂解或煤焦油蒸馏的产物，为无色透明液体，在室温下具有特殊的芳香味道。苯系物多数都具有毒性，过度接触对人体健康会造成危害，主要体现在以下几个方面：神经系统障碍、急性中毒、肝功能异常、致癌等；而其排放到大气中会造成光化学污染等环境问题。因此，降低气态苯系物的浓度和提高其去除率是环境治理和化工生产领域的重要研究内容和研究热点。

目前，气态苯系物的治理方法主要有膜分离法、吸附法、生物降解法、金属催化氧化法、低温等离子体技术、光催化法等。其中吸附法具有成本低、去除效率高、易于操作、易于回收等优点，是目前治理气态苯系物应用最为广泛且行之有效的方法，而吸附法的核心是吸附材料的开发，通常从新型吸附材料的制备和对吸附材料的活化改性两方面入手。

通常具有大比表面积的多孔碳材料在吸附方面表现出较大的潜力。现有的活性炭制备多数是煤基或者生物基为原料，现有的市售煤基或者生物基活性炭的甲苯吸附量较低，在350mg/g左右。近年来，研究者在新型碳材料的制备取得了一系列成果。专利(CN107804849A)报道了一种沥青基活性炭，经KOH高温活化后，其对甲苯的吸附量达1389mg/g。李忠(X.J. Wang, C. Ma, J. Xiao, Q.B. Xia, J.L. Wu, Z. Li, Benzene/toluene/water vapor adsorption and selectivity of novel C-PDA adsorbents with highuptakes of benzene and toluene, Chemical Engineering Journal, 335 (2018) 970-978.)以多巴胺为碳源，制备了新型多孔碳基材料C-PDA，其对苯和甲苯的吸附容量分别达到1492和1456 mg/g。但是多孔碳材料对于气态苯系物的吸附通常为孔填充这种物理吸附作用，结合力不强导致吸附效率不高，且吸附量有待进一步提高。

对吸附材料负载金属改性可以提高吸附剂对有机化合物的结合力从而提高吸附性能。其原理在于通过金属单质或者低价态金属离子与有机化合物较强的结合力，从而提高吸附剂的吸附性能。目前对吸附材料负载金属改性常采用浸渍法，但传统浸渍法负载金属改性的工艺繁琐，且金属高温易团聚堵塞表面孔道，不利于气体分子扩散。专利(CN104785208A)报道了一种载铜活性炭吸附剂，采用浸渍法对椰壳活性炭进行负载铜改性，经负载铜改性的活性炭对甲苯的吸附容量提高了20~120%。张俊香等(张俊香. 负载Cu、Mn改性活性炭吸附VOCs的性能研究[D]. 2014.) 采用浸渍法对活性炭进行负载Cu、Mn改性，并用于对甲苯等挥发性有机物吸附研究，结果表明经Cu、Mn改性的活性炭对气态甲苯的吸附能力较未经改性的活性炭分别提高了19.4%和13.1%，但是改性后吸附材料的比表面积和孔容均较未改性前有所下降。

所以开发一种制备工艺简单、比表面积大且能高效吸附气态苯系物的金属改性碳材料吸附剂具有重要的意义。

发明内容