[发明专利]一种无氟防水防潮超疏水活性炭及其制备方法和应用

说明书

一种无氟防水防潮超疏水活性炭及其制备方法和应用，属于仿生纳米涂层技术领域。活性炭颗粒干燥后，首先将其浸泡在含有聚二甲基硅氧烷和疏水二氧化硅纳米粉的混合预处理溶液中，取出晾至表面无明显液滴，随后放入水性超疏水改性溶液中，通过旋转蒸发的方式将改性纳米颗粒负载在活性炭上，最后高温固化即可得到无氟超疏水防潮活性炭。该产品可用于VOCs去除、水体净化、工业废水处理、工厂尾气催化等多个领域，对水汽具有优异的抵抗作用，在高湿度条件下能够保持良好的防潮和选择性吸附特性。该发明成本低廉、工艺流程简单、设备要求低、设计方案灵活多变，有利于工业大规模成产。

技术领域

本发明属于仿生纳米涂层技术领域，涉及一种无氟超疏水防潮活性炭及其制备方法。

背景技术

活性炭是由木质、煤质、果壳等含碳的原料，在隔绝空气条件下热解、以及还原气体活化加工制备而成，此过程中会产生新的微孔并扩大原有的孔隙，改善微孔结构，增加活性。活性炭微孔直径大多在2-50 nm之间，并且具有巨大的比表面积，正是这种独特的内部构造，使得活性炭具有优异的吸附能力，活性炭的应用非常广泛，包括空气净化，自来水处理，饮用水净化，调理土壤性能，室内有机气体去除等。据报道，世界每年活性炭的产量都在逐步递增，说明活性炭的应用需求也在不断增加。

活性炭作为一种性能优异的吸附剂材料，除了内部具有特定的晶体结构和孔隙结构，其表面也有不同的官能团结构，例如羰基、羧基、酚类、内酯类、醌类、醚类。这些表面上含有的氧化物和络合物，有些来自原料的衍生物，有些是在活化时、活化后由空气或水蒸气的作用而生成。由于大量含氧官能团的存在，使得活性炭表面呈现亲水的状态，在高湿度或者水溶液环境中，水分子会吸附于活性炭内部孔道中，严重降低对其他有机物质的吸附效果，减弱使用寿命，增加生产成本。因此，提高活性炭的疏水性，增强对水蒸气的抵抗效果在其实际应用场合中显得尤为重要。

目前常用于提高活性炭疏水特性的方法大致有两类，一是通过高温煅烧、微波处理或者气相还原等方式，去除表面的亲水基团，虽然疏水性有一定提升，但是无法应对高湿度的吸附条件，防潮效果提升十分有限。二则是将其浸泡在低表面物质或者树脂类材料中，提高了防水效果，但是树脂类物质会堵塞活性炭孔道结构，降低吸附容量，且使用的低表面能物质大多为含氟类长链聚合物，不利于有机物的吸附也会造成严重的环境污染。

另外，此发明与前期公开的两个发明相比，亦有许多优化与改进。在CN 107321304A发明中，对于活性炭颗粒改性，通过化学气相沉积或将其直接浸泡在低表面能物质溶液中，随后经过高温干燥固化即可得到超疏水活性炭。在CN109647342A发明中，将改性纳米颗粒直接负载与活性炭表面，固化后得到防潮超疏水活性炭。前期工作改性低表面能物质主要为含氟类高聚物，不利于对有机物的吸附，且表面没有颗粒的负载直接采用低表面能物质改性，其防潮效果提高有限，无法应用于在高湿度或水溶液条件下的工况环境。此发明在负载颗粒前用底涂进行处理，进行预粗糙化后更利于纳米颗粒的附着，同时增强了粘结力，与直接负载纳米颗粒相比，大幅度提高了改性活性炭表面的机械稳定性。另外，对比与前期发明，此发明另一个明显的优势便是采用去离子水作为溶剂，减少对水体和大气环境的污染，同时降低生产成本。

发明内容