[发明专利]一种低湿条件下高吸水性碳材料及其改性制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种吸附剂及其制备，具体涉及一种低湿条件下高吸水性碳材料及其改性制备方法。

背景技术

湿度环境的控制不但对改善人类的生活环境，而且对工业生产，气体干燥以及设备运行都有重要影响。保证低湿度环境对改善人居条件，发展生产技术，保障生产工艺，提高产品质量都具有重要的意义(方玉堂，蒋赣转轮除湿机吸附材料的研究进展.化工进展，2005,24,1131-1135.)。

常用的除湿方法包括：冷冻除湿法，热风除湿法和吸附除湿法等等。其中，吸附除湿法采用吸附材料动态吸附空气中的水蒸气，可快速，简便和有效的降低空气湿度，具有投资少，能耗低，可循环操作等优点而成为一种有工业化的除湿技术。转轮吸附式除湿技术以固体吸附剂为核心成分，可利用工业余热等低品位热源进行高效连续的除湿，具有广阔的应用前景(Wang,W.L.；Wu,L.；Li,Z.；Fang,Y.；Ding,J.Xiao,J.An overview of adsorbents in the rotary desiccant dehumidifier for air dehumidification.Drying Tech.2013,31,1334-1345.)。

碳材料作为一种常用的吸附剂材料，具有丰富的空隙结构，表面化学结构可控，且来源广泛，价格经济等优点。然而，碳材料用于转轮吸附式除湿技术的关键问题之一是低湿度条件下水蒸气吸附容量低。因而，急需开发低湿度条件下水蒸气吸附容量高的碳材料改性方法。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于发明一种低湿条件下高吸水性碳材料及其改性制备方法，该改性方法可有效提高碳材料在低湿条件下的吸水性能。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种低湿条件下高吸水性碳材料的改性制备方法，包括如下步骤：

(1)将过硫酸铵加入硫酸溶液中混合均匀，得到过硫酸溶液；

(2)将所得过硫酸溶液加入活性炭材料中，加热搅拌混合均匀，进行表面改性反应；

(3)过滤，干燥，制得低湿条件下高吸水性的碳材料。

上述方法，步骤(1)中，所述硫酸溶液的浓度为1～4M；过硫酸铵和硫酸溶液的质量比为0.2～2；

上述方法，步骤(2)中，所述活性炭材料与混合溶液的质量比为0.1～0.5；加热温度为40～80℃；加热时间为1～4h；

上述方法，步骤(3)中，所述干燥温度为100～150℃。

一种低湿条件下高吸水性碳材料，改性后碳材料的比表面积减少量为4％～31％,孔容减少量为9％～36％,孔径减少量为0％～10％，所述低湿条件下高吸水性碳材料表面同时含有羧基和磺酸基官能团，表面含氧量为16％～19％，表面含硫量为0.1％～2.8％。

本发明的工作原理：

用过硫酸溶液对碳材料在一定温度下进行表面改性，可在碳材料表面同时引入含氧和含硫官能团，如羧基和磺酸基等，这些极性官能团对水分子吸附作用力强，因而该改性碳材料在低湿条件下水吸附容量高。

本发明相对于现有的技术，具有如下的优点及效果：

1、该改性方法所需原料易得，操作简单，改性条件温和，改性方法成本较低；

2、改性后碳材料在低湿条件下的水吸附容量高。

附图说明

图1为未改性碳材料吸附剂的SEM电镜图；

图2为实施例2改性碳材料吸附剂的SEM电镜图；

图3为改性前后碳材料吸附剂的FT-IR谱图，其中(a)曲线代表未改性碳材料，(b)曲线代表实施例2改性碳材料；

图4为改性前后碳材料吸附剂的水蒸气吸附等温线，其中(a)曲线代表未改性碳材料，(b)曲线代表实施例2改性碳材料。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步描述，但本发明的实施方式并不限于此。

实施例1

按质量比为0.2:1将过硫酸铵加入1M的硫酸溶液中混合均匀，得到过硫酸溶液；按质量比为0.1:1将所得混合溶液加入活性炭材料中，搅拌混合均匀，在40℃下加热4小时，进行表面改性反应；将所得溶液过滤，在100℃下干燥，制得低湿条件下高吸水性的碳材料吸附剂。所制备改性碳材料吸附剂在40％湿度下的水吸附容量为0.2g/g。

实施例2