[发明专利]去除低浓度低分子量挥发性有机物的碳化物衍生碳吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种吸附剂及其制备方法，特别是一种室温下低浓度低分子量挥发性有机物 吸附净化用吸附剂及其制备方法，属于气体净化处理技术领域。

背景技术

近年来，室内空气污染的严重性日益引起人们的重视。一方面，伴随建筑物密闭程度的 提高，室内外空气质量差异越来越大。另一方面，随着科技的快速发展，飞机座舱、载人航 天器、潜艇、车船、地下工事、特种化工车间、特种实验室等技术装备在人类文明生活中的 位置越来越重要。而身处建筑物室内和密闭舱室的人员与外界大气环境完全或相对隔绝，因 此其空气质量与人们的身体健康和生活、工作质量，甚至生命安全息息相关。

在建筑物室内和密闭舱室，来源于材料脱气、仪器设备释放以及人体新陈代谢产生的多 种低浓度挥发性有机物(VOCs)严重影响空气质量，因此控制这些VOCs成为改善环境质量的 重要构成部分。吸附是解决建筑物室内和密闭舱室VOCs污染最有效的方法，常用的吸附剂活 性炭由于其孔结构发达和表面含氧官能团可调控等优点可以有效地吸附苯系物等大分子量 VOCs，但高挥发性低分子量VOCs在活性炭表面的吸附能力很弱。这主要是因为传统活性炭 孔径分布较宽，既有大孔，也含有中孔和微孔，但低分子量VOCs仅在微孔上产生吸附，大孔 和中孔仅起到提供VOCs进入吸附部位的通路的作用。另外，活性炭表面含氧官能团对吸附也 有重要的影响，含氧官能团的增加使得极性增加，可增加对极性分子的吸附。因此需要调整 活性炭吸附剂孔隙结构以及表面化学性质以提高其对低分子量VOCs的吸附性能。

发明内容

针对传统活性炭净化处理建筑物室内和密闭舱室内低浓度低分子量有机物吸附能力差的 不足，本发明提供了一种既可高效吸附分离大分子量挥发性有机物，又可高效吸附分离低浓 度低分子量挥发性有机物的吸附剂及其制备方法。该吸附剂以商用碳化物为前驱体，经氯气 高温蚀刻、浸渍等步骤制备而成。该吸附剂比表面积在1400m²/g以上，孔容为0.4～0.8cm³/g， 微孔孔容为0.3～0.6cm³/g，孔径主要分布在0.7～2nm，表面含有大量含氧官能团。该吸附剂对 建筑物室内及密闭舱室内存在的典型低分子量VOCs具有优异的吸附性能，对低浓度甲醇、乙 醛和丙酮等低分子量VOCs的动态吸附容量是市售常规活性炭的5～15倍。

本发明提供的吸附剂的制备方法主要包括以下步骤：

(1)先将商用碳化物在惰性气氛中升温至600～900℃，再改通氯气2～4小时进行高温蚀刻， 流量为30-50ml/min。然后，再次通惰性气氛冷却至室温，得到碳化物衍生碳初级产品。优选 地，高温蚀刻温度为700～800℃。

(2)将步骤(1)所得碳化物衍生碳初级产品加入到氧化性溶液中进行浸渍处理6～12小时。 然后，用去离子水洗涤至中性，在105℃温度下干燥3～8小时，即得到碳化物衍生碳吸附剂最 终产品。

上述步骤(1)中所述的商用碳化物为TiC、VC和NbC中的任意一种。

上述步骤(2)中所述的一定浓度的氧化性溶液是摩尔浓度1～9mol/L的HNO₃，或者是质量百 分比浓度5～30%的H₂O₂。

本发明的优点在于：与现有商用活性炭相比，本发明设计的吸附剂在高空速下能高效吸 附低浓度低分子量VOCs，吸附容量大，使用寿命长，适用于建筑物室内、密闭舱室和其他有 限空间内空气净化处理。

附图说明

图1为本发明碳化物衍生碳吸附剂的孔径分布图。

图2（A）和图2（B）分别为本发明碳化物衍生碳吸附剂的程序升温脱附过程中的CO₂和 CO逸出曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的去除低浓度低分子量VOCs的碳化物衍生碳吸附剂及其制备 方法进行详细说明。

实施例1