[发明专利]一种分级多孔活性炭气体吸附材料的水热-阶梯双重活化制备方法

说明书

本发明公开了一种分级多孔活性炭气体吸附材料的水热‑阶梯双重活化制备方法。具体工艺步骤如下：将不同体积的酸溶液和活性炭原材料混合充分，随后在不同的条件下进行水热反应得到活性炭前驱体，然后将活性炭前驱体进行阶梯式双重活化反应，制得分级多孔活性炭气体吸附材料。本发明的分级多孔活性炭材料用作气体吸附时，表现出优异的气体吸附性能。本制备方法具有新颖、操作简单、制备成本低、产物纯度高等优点。

技术领域

本发明涉及一种气体吸附材料的制备方法，尤其涉及一种分级多孔活性炭气体吸附材料的制备方法；属于纳米材料领域。

背景技术

吸附是常见的气态污染物净化方法，是采用多孔固体吸附剂将气体或液体混合物中的一种或几种组分聚集或凝缩在其表面而达到分离的目的，常见的吸附材料为多孔活性炭。活性炭作为一种典型的吸附材料，具有较高的比表面积、稳定的物理化学稳定性、良好的环境兼容性以及丰富的原料来源等特点，同时相比于MOF材料，活性炭具有良好的孔径分布，因此，被认为是非常有前景的气体吸附材料之一。不过，目前活性炭材料的孔径分布可控性较低，制备过程复杂，严重阻碍了其在复杂组分的气体吸附中的应用。

为了改善活性炭材料的孔径分布，进一步提高其吸附性能受到了研究人员的广泛关注。目前，国内外研究者已通过各种制备方法(物理活化法、化学活化法、物理-化学活化法等)获得了多孔活性炭材料，但其中大部分制备方法制备的活性炭材料仍存在孔径分布不可控、比表面积相对较低的问题。Li等人(nanomaterials,2019,9(2): 266)以废羊毛为原料，采用KOH活化法合成了N掺杂多孔活性炭材料，该材料在分离甲烷气体中的杂质方面具有优异的性能。Estevez 等人(IndustrialEngineering Chemistry Research,2018,57(4): 1262-1268)以蔗糖为碳源，采用模板法合成了分级多孔炭材料，该材料表现出了良好的CO₂气体捕获能力。虽然目前制备的活性炭材料具有较高的比表面积，在针对不同的气体分子其孔径分布并不合理，所以，在多组分气体吸附方面的应用较少。曹利等人对活性炭的二元吸附能力进行了相关的探究，研究发现：有机物在二元体系中的吸附量较同等条件时的单组分吸附量均有不同程度的降低。因此，针对不同的组分，不同的气体分子，需要活性炭材料具有不同的孔径分布。

虽然活性炭材料在吸附领域已经得到了广泛的应用，但其在呼吸气体领域的应用却鲜有报道。因此本领域技术人员致力于开发一种石分级多孔活性炭材料的水热-阶梯式双重活化制备方法，从而获得具有不同孔径分布的活性炭材料，能够有效的吸附组分复杂的呼吸气体中的干扰成分。该方法将具有重要的科学研究意义和临床应用价值。

发明内容

本发明目的在于克服上述现存孔径控制方面的不足，提供一种简单、新颖的分级多孔活性炭材料的制备方法。该方法制备的活性炭材料用作呼吸气体吸附材料时，极大的提高了呼吸气体中干扰组分去除能力，解决了呼吸气体检测过程中干扰成分去除难的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种分级多孔活性炭气体吸附材料的水热-阶梯双重活化制备方法。本发明的技术解决方案是：：将不同体积的酸溶液和活性炭原材料混合充分，随后在不同的条件下进行水热反应得到活性炭前驱体，然后将活性炭前驱体进行阶梯式双重活化反应，制得分级多孔活性炭气体吸附材料。

上述分级多孔活性炭材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将不同体积分数的酸溶液和活性炭原材料进行充分混合后再进行水热反应得到活性炭前驱体，水热反应的条件为：水热温度： 120-200℃，水热时间：2-20h；

(2)将上述所得活性炭前驱体通过阶梯式双重活化法进行活化处理，阶梯式双重活化的条件为：一阶梯温度为：100-600℃，反应时间为：0.5-3h；二阶梯温度为400-1000℃，反应时间为0.5-4h，反映完成后洗涤离心干燥即可得到分级多孔活性炭气体吸附材料。