[发明专利]一种无氢活性炭材料的制备方法和装置

说明书

技术领域

本发明技术涉及一种具有表面活性成分活性炭的制备方法和装置，特别是一种无氢活性炭的制备方法及装置。

背景技术

现在，活性炭已经被广泛应用于空气中许多成分的吸附。活性炭是一种经过加工处理的多孔材料。活性炭内部具有发达的微孔结构，拥有很大的表面积，对一些有机物和无机物都具有良好的吸附能力。活性炭的表面有丰富的基团，包括酸性含氧含氢官能团，例如羟基和羧酸基。这些含氢的羟基和羧酸基阻碍羟基和羧酸基中的氧对吸附质的吸附，减弱羟基和羧酸基中的氧和吸附质之间的结合能力。因此迫切需要开发一种含大量氧原子但无氢原子的活性炭。

活性炭改型采用水来实现，如公开号CN106006632A的中国发明专利申请文献于2016.10.12公开了一种活性炭改性装置，通过水蒸气改性在活性炭表面负载各种功能基团，包括酸性官能团(-COOH、-OH、-C＝O)和碱性官能团(-CH₂、-CHR)等使活性炭表面官能团化。

为增加活性炭的吸附能力，可以采用化学方法来对活性炭表面进行处理，获得吸附所需要的官能团。例如，通过增加含氧基团来获得吸附能力。公开(公告)号CN10146204A的中国发明专利申请文献于2009.06.24公开了一种脱除汽油中噻吩类化合物的活性炭改性材料及制备、应用方法，该专利技术方案以臭氧为氧化介质氧化改性活性炭，以获得较高硫容的活性炭吸附材料。将活性炭以盐酸-氢氟酸的混合酸对活性炭进行脱灰，用去离子水洗涤至中性，再以1-4mol/L的氢氧化钠溶液浸渍，过滤后装入反应容器，通入质量浓度为5-15mg/L的臭氧-空气混合气体后用去离子水洗涤至中性，过滤、干燥后制得。

目前还没有放电方法来制备无氢活性炭的报道。

发明内容

本发明提供一种无氢活性炭材料的制备方法和装置，解决的问题是开发一种具有更好吸附能力及效果和更长寿命的含大量氧原子但无氢原子的活性炭。

一种无氢活性炭材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)筛分后的含氢原子活性炭经脱水处理；

(2)向介质阻挡放电反应器中通入含氧气体，升温后开始放电，然后将脱水处理后的含氢原子活性炭缓慢送入介质阻挡放电反应器中，含氢原子活性炭表面的氢原子与放电产生的氧原子发生化学反应生成水，制备得到无氢活性炭。

本方法制备的无氢活性炭具有吸附能力高、活性强的特点。首先，在选择炭颗粒后，就将其放置充填有放电后的氧气或放电后的含有氧气的气体(如CO₂，NO₂)和其它气体(如N₂、He、Ar)的混合气的条件下进行处理。放电结束，带其自然冷却后所制得的活性炭即为高效无氢活性炭。本活性炭表面富有大量的单一的含氧原子基团，使得其吸附能力得到了极大的提高，寿命也得到了延长。

本发明将要处理的活性炭筛分后进行加热脱水处理，脱除水力条件为120℃处理1～30min，然后再进行氧气放电反应，使活性炭表面的氢原子转化成水。

所涉及的化学反应如下所示。

通过放电后，传统的活性炭表面的氢原子被氧化成水，活性炭表面含有大量可以起到吸附作用的氧原子。该氧原子由于没有氢原子的存在使得吸附能力有显著提高。

优选地，所述含氧气体气体为含氧气的气体与惰性气体的混合气体或纯氧气。

进一步优选地，含氧气的气体包括CO₂和NO等，所述惰性气体包括N₂、He、Ar等。

更进一步优选地，所述含氧气体为纯氧气。

放电空间气体温度为0-500℃，优选地，放电反应器内通入氧气后升温至50～120℃并在50～120℃保温20～40min后开始放电。提前升温可加速化学反应速率，促进反应的进行减少催化剂制备的时间。

温度的控制可以将整个放电反应器可以放在一个高温炉里或把放电部分放在高温炉里。

放电空间气体的绝对压力为100Pa-10atm，优选地，放电反应器内气体的绝对压力为50-200kPa。

优选地，含氢原子活性炭与氧气的反应时间为10～60min。活性炭在不锈钢管里面的处理时间可以通过放电管长度来调节，也可以通过不锈钢管下部活性炭的排出速度来调节。

优选地，筛分后的含氢原子活性炭95％以上粒径处于0.2mm-5mm范围之内。进一步优选地，筛分后的含氢原子活性炭95％以上粒径处于0.2mm-0.3mm范围之内。