[发明专利]一种多孔活性炭负载氧化镁复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种多孔活性炭负载氧化镁复合材料及其制备方法及应用；复合材料(MgO‑ZIF‑8C)由纳米MgO颗粒均匀填充在多孔活性炭孔隙中及均匀沉积在多孔活性炭表面构成，其制备方法是利用沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)作为碳前驱材料，同时在ZIFs中掺杂镁元素，再通过高温煅烧碳化形成MgO‑ZIF‑8C材料；制备的MgO‑ZIF‑8C材料不仅继承着ZIF‑8较高比表面积和高孔容等优点，而且其氧化镁的负载率高，分散性好，稳定性好，不易脱落；将其应用于挥发性有机污染气体吸附，吸附效果优异，特别适合用于丙酮的吸附。

技术领域

本发明涉及一种VOC吸附材料，特别涉及一种多孔活性炭负载氧化镁复合材料及其制备方法，还涉及多孔活性炭负载氧化镁复合材料在吸附可挥发性气体丙酮中的应用，属于新材料技术领域。

背景技术

挥发性有机污染物(VOC)是一类普遍存在于室内外空气中具有污染性质的化合物，而丙酮是其中酮类具有代表性的化合物，会对人体产生极大危害，如对人体中枢神经系统的产生抑制、麻醉作用,长期在高浓度环境下会对人体现肝、肾和膜腺等造成损害。目前对于控制空气中的丙酮气体的治理手段有很多，吸附法是其中最为经济成熟常用的一种方法。

活性炭巨大的比表面积和孔体积保证了其吸附处理能力，已经广泛应用于净化、污染控制、催化等领域。为了提高活性炭的性能，提高对目标污染物更针对的选择能力，有必要采用一定技术对其进行改性。其中负载改性是使金属离子或者化合物附着在活性炭表面上，然后由于金属离子或化合物对吸附物具有较强的结合力，因此能有效地增加活性炭对某些有机物的吸附性能。传统的负载方法有浸渍焙烧法、混合焙烧法、混合活化法、化学气相沉淀法、溶胶凝胶法。然而，目前这些负载方法制备过程复杂、原料价格高、分散性差、负载量小等缺点，制约了这种新型材料的发展与应用。所以研制出一种物化性能优异的复合型活性炭具有重要的实际意义。

中国专利(CN10251445A)公开了一种多孔碳吸附剂及其制备方法与应用。具体公开了吸附剂的活性成分为无定型碳和金属氧化物，其制备方法是将天然高分子材料在硝酸盐水溶液中浸渍，然后烘干、碳化，即得；制备的多孔碳吸附剂具有优良吸附效果的同时，还增强对阴离子无机污染物的吸附效果。中国专利(CN 102908979A)公开了一种多孔氧化镁高效吸附剂的制备方法具体公开通过负载镁盐在多孔材料的孔道中及表面，通过煅烧得到多孔氧化镁高效吸附剂；多孔材料为活性炭、硅藻土、硅胶、分子筛中的至少一种，其所制备的多孔氧化镁比表面积大，对重金属离子的吸附能力强，饱和吸附量大，具有良好的工业应用前景。另外，(“氧化镁/活性炭复合材料的制备及其吸附性能研究”，候少芹，中国海洋大学，2009年，硕士论文)公开以镁盐和造纸草浆黑液、镁盐和商品活性炭为原料，经二氧化碳活化制备氧化镁/活性炭复合材料。这些方法几乎都是通过浸渍法负载镁盐，再经过高温碳化或者焙烧等来制备的氧化镁/活性炭复合材料，这些金属氧化物的分散性不均匀，负载稳定性差，且其主要是用于吸附水中的离子化合物。

发明内容

针对现有金属氧化镁改性活性炭存在的缺陷，本发明的一个目的是在于提供一种氧化镁分散均匀、负载量高、稳定性好的多孔活性炭负载氧化镁复合材料。

本发明的另一个目的是在于提供一种操作简单、成本低的制备所述多孔活性炭负载氧化镁复合材料的方法。

本发明的第三个目的是在于提供所述多孔活性炭负载氧化镁复合材料在吸附VOC方面中的应用，特别适合于作为选择性吸附丙酮的吸附材料使用。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种多孔活性炭负载氧化镁复合材料(MgO-ZIF-8C)的制备方法，该方法是将硝酸锌、镁盐和2-甲基咪唑分别溶于甲醇后，超声混合，在所得混合溶液中加入氨水，搅拌反应，析出沉淀产物；所述沉淀产物经过干燥、碳化，即得。