[发明专利]一种基于碳纳米材料的吸附剂及其制备与使用方法

说明书

本发明公开了一种基于碳纳米材料的吸附剂，由碳纳米材料与粘接剂组成，碳纳米材料的质量分数为30‑95％。吸附剂的比表面积为100‑2000m²/g，其微孔、介孔与大孔的孔容占比为1～2：1～5：1～20；本发明还公开了利用加入造孔剂制备该吸附剂的方法，该吸附剂具有使用寿命长，处理量大，制备成本低等优点，适用于吸附流体中非极性有机物。

技术领域

本发明属于碳纳米材料技术领域，特别涉及一种基于碳纳米材料的吸附剂及其制备与使用方法。

背景技术

碳纳米材料是一种具有比表面积大，化学稳定性好，表面呈非极性的新型材料，其代表性产品包括碳纳米管与石墨烯等。上述特性使得碳纳米材料可以吸附气体或液体中的非极性有机物。比如，碳纳米管与石墨烯等材料都可以吸附自身重量10‐100倍的有机物，从而显示出比传统活性碳材料更加好的性能。另外，在吸附水中的非极性有机物中，可石墨烯海绵，碳纳米管海绵吸附水中汽油，柴油或苯酚，对于碳纳米管与石墨烯粉体，有报道用造粒成型的方法，形成大的颗粒，增加了工程操作的方便性。

然而，由于毛细吸附作用，无论何种结构的吸附剂，其吸附都是可以快速完成的。但吸附剂结构不同，将吸附质脱附时，需要升温与消耗大量蒸汽或气体，且耗时非常长。目前快速吸附与慢速脱附不匹配的矛盾，还没有很好地解决。这导致将来放大操作时，吸附与脱附设备的数量要增加，不但增加了造价，也提高了工程操作难度。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于碳纳米材料的吸附剂及其制备与使用方法，主要通过在吸附剂成型时创造大量的介孔与大孔，以达到降低设备整体压降，减少吹扫气体与蒸汽消耗量，并最终达到快速脱附的效果。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于碳纳米材料的吸附剂，由碳纳米材料与粘接剂组成，碳纳米材料的质量分数为30‐95％，吸附剂的比表面积为100‐2000m²/g，其微孔、介孔与大孔的孔容占比为(1～2)：(1～5)：(1～20)。

所述碳纳米材料为碳纳米管、石墨烯与碳纳米颗粒中的一种或多种，粘结剂为无机粘接剂或有机粘接剂，所述无机粘接剂为硅溶胶或铝溶胶，有机粘接剂为PTFE、PVDF、环氧树脂、沥青以及丙烯酸树脂中的一种或多种。

本发明还提供了所述基于碳纳米材料的吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

(a)将碳纳米材料、造孔剂与粘接剂掺混后，加入到溶剂中，在20‐100℃下混合0.1‐8小时形成的混合物；

(b)将步骤(a)形成的混合物送入成型机中得到产品，颗粒特征尺寸均在1‐10mm范围；

(c)将步骤(b)所得产品，在70‐110℃下干燥1‐24小时；

(d)利用水或酸去除其中的造孔剂，过滤后，用去离子水洗涤至中性，在70‐120℃干燥1‐20小时后，得到最终产品。

所述步骤(a)中，碳纳米材料、造孔剂与粘接剂的质量比为(1～20)：(1～4)：(1～4)，溶剂与固体混合物的质量比为(1：1)～(10：1)，当使用有机粘接剂时，不加溶剂。

所述造孔剂为在水中可溶性盐或在酸中可溶解的化合物，所述在水中可溶性盐为金属氯化物、铵盐以及金属硝酸盐中的一种或多种，所述在酸中可溶解的化合物为金属氧化物和/或金属氢氧化物。

若所用造孔剂在水中溶解度小于在酸中的溶解度，则使用水做溶剂；若所用造孔剂在水中溶解度大于在酸中的溶解度，则使用有机溶剂，所述有机溶剂为乙醇、氯仿或丙酮。

所述步骤(b)中得到的产品为条状、片状、管状或球状，相应地，其颗粒特征尺寸为直径、厚度或者长度，所述步骤(d)中用的酸为盐酸或硝酸。