[发明专利]一种碳基有害气体清除剂的制备方法

说明书

一种碳基有害气体清除剂的制备方法，是将碳基材料氧化，使氧原子进入材料表面，然后通过强碱处理在碳基材料表面构筑更多的羟基，用这些含有丰富羟基的碳材料与含有氨基、羟基、巯基的羧酸或酯类化合物反应，进一步用强碱处理后，得到碳基有害气体清除剂。本发明的优点是：是利用化学法处理碳基材料表面，使其表面具有丰富的亲核基团，加强对有害气体的亲和吸附能力和亲核反应能力，从根本上去除有害气体；该方法材料来源丰富，方法简单，容易放大生产。

技术领域

本发明属于碳基功能材料制备领域，尤其涉及一种清除有害气体的碳材料制备方法。

背景技术

能源、材料和信息是21世纪发展的三大重点突破领域，碳材料已经在这些领域发挥了重要的作用。特别是应对有毒气态污染物以及化学武器时，碳材料成为实用而高效的首选，如活性炭较早的应用于居室和防毒面具中的高效吸附剂。

对于有害气体的去除，一些专利如中国专利201510101645.9、200610168409.X、201710928077.9、201710928081.5、201710050625.2、201610778025.3等提出添加植物提取液喷洒式清除居室甲醛。专利201710835161.6公开一种生物酶甲醛清除剂，依靠生物酶活性，主动吸附、吸收、捕捉甲醛，然后和甲醛反应，也是属于液体喷洒，不能长时间保持对空间的净化效果。专利201710532535.7公开了三聚氰胺、乙醇胺、酰肼类配制的甲醛清除剂，作用时间长，但自身含有有毒物质。

喷洒式清除只适用于局部、短期有效，实际上在控制有害气体时，碳材料仍然是主要的吸附剂，这也是目前主流空气净化器都具备活性炭吸附层的原因。早期的活性炭除了添加一些氧化物增加对有害气体的降解能力外，相关的表面改性研究很少。专利201610939744.9采用两次浸渍的方法也主要是增加了活性炭的比表面积，使之用于防毒面具中。若主要靠物理吸附去除有害气体，很容易达到饱和或遇热脱附，重新造成污染，因此开发具有化学去除能力的碳材料具有重要的实际意义。

发明内容

石墨烯自2004年被开发以来，其凭借高比表面积、导电、导热、强度大等良好的物理性能和化学性能优势，逐渐的被应用到诸多生产生活领域。人们的研究已经表明，它的片状类苯结构对苯、甲苯等有害气体具有很高的亲和力，对甲醛等有害气体的吸附性能高于同体积的活性炭，因此是很有潜力的有害气体吸附材料。

实际上，在一定化学物质作用下，几乎所有的碳材料表面都可以生成羟基，为进一步化学修饰奠定了基础，这些表面的羟基直接与表面层碳结构相连，没有足够的伸展空间，受位阻影响大，难于发挥羟基的活性，需要进一步进行化学修饰。为此，本发明的目的在于提供一种碳基材料的化学处理方法，使之表面带有亲核性更强的氨基、羟基或巯基，再进一步去掉氨基、羟基和巯基的一个氢质子，使之生成亲核性更强的离子化结构，从而加强对有毒物质的亲核反应能力。如与毕兹(二苯羟乙酸-3-奎宁环酯)作用可以直接破坏其酯的结构、与甲醛发生亲核加成反应、与有机磷酸酯类神经性毒剂发生快速亲核反应等，最后，这些材料在真空炭化的条件下可以再生。

本发明的制备方法为，将碳基材料用已知的方法氧化，使氧原子进入材料表面，然后用强碱A处理在碳基材料表面构筑更多的羟基，用这些含有丰富羟基的碳材料与含有氨基、羟基、巯基的羧酸或酯类化合物反应，进一步用强碱B处理后，得到碳基有害气体清除剂。

以上所述碳基材料是石墨、活性炭、碳纤维、焦炭、木炭、炭黑，优选石墨、活性炭和碳纤维。

所述用已知的方法氧化，是使用浓硫酸、浓硝酸、过氧化氢、高锰酸盐、重铬酸盐、过硫酸盐、高氯酸盐、氯酸盐、臭氧中的一种或几种的混合进行氧化，也可以使用电化学方法进行氧化。

所述强碱A是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷、氢氧化铯、氢氧化锂、氢氧化钡、氢氧化锶、氢氧化钙中的一种，优选氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡。