[发明专利]一种金属填隙化合物/活性炭纤维复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种金属填隙化合物/活性炭纤维复合材料及其制备方法和应用。所述金属填隙化合物/活性炭纤维复合材料的制备方法包括：利用浸渍法使金属填隙化合物分散到活性炭纤维上，并且在浸渍前先对金属填隙化合物、溶剂和活性炭纤维的混合物进行超声处理；然后在惰性气氛下于300~800℃高温焙烧，得到金属填隙化合物/活性炭纤维复合材料；所述的金属填隙化合物为硼化镁、氮化钼、碳化锆、磷化钯、碳化钛铁、六氟锑酸钠中的一种或多种。本发明提供了所述的金属填隙化合物/活性炭纤维复合材料作为吸附材料在去除VOCs中应用、作为催化剂在乙炔加氢合成乙烯中或在室温甲醛氧化反应中的应用。

(一)技术领域

本发明涉及一种金属填隙化合物/活性炭纤维复合材料及其制备方法和应用。

(二)背景技术

过渡金属氮化物、碳化物、磷化物为非金属元素(N、C或者P)填隙在金属原子晶格内形成的一类化合物，它们属于金属填隙化合物。金属填隙化合物与纯金属的性质有很大的差异。当非金属元素填隙在金属晶体内时，可以在微观上改变金属的结构以及外层电子结构，进而改变其物理及化学性能。在催化方面具体表现在对反应物的吸附和活化。过渡金属氮化物、碳化物以及磷化物是在催化领域倍受关注的三类金属填隙化合物，它们在许多反应中展示了优异的催化性能。过渡金属氮化物和碳化物是氮和碳原子进入过渡金属的晶格而形成的一类具有金属性质的化合物，由于组成氮化物和碳化物的非金属元素氮和碳在元素周期表中的位置相邻，因此它们的物理化学性质也极为相似。它们兼具共价化合物、离子晶体和过渡金属的特性，从而表现出特殊的物理和化学性质。

活性炭纤维(ACF)，亦称纤维状活性炭，是性能优于活性炭的高效活性吸附材料和环保工程材料。其超过50％的碳原子位于内外表面，构筑成独特的吸附结构，被称为表面性固体。它是由纤维状前驱体，经一定的程序炭化活化而成。较发达的比表面积和较窄的孔径分布使得它具有较快的吸附脱附速度和较大的吸附容量，且由于它可方便地加工为毡、布、纸等不同的形状，并具有耐酸碱耐腐蚀特性，使得其一问世就得到人们广泛的关注和深入的研究。目前已在环境保护、催化、医药、军工等领域得到广泛应用。

(三)发明内容

本发明的第一个目的是提供一种金属填隙化合物/活性炭纤维复合材料。

本发明的第二个目的是提供一种金属填隙化合物/活性炭纤维复合材料的制备方法。

本发明的第三个目的是提供所述金属填隙化合物/活性炭纤维复合材料作为吸附材料在去除挥发性有机化合物(VOCs)中的应用。

本发明的第四个目的是提供了所述金属填隙化合物/活性炭纤维复合材料作为催化剂在乙炔加氢合成乙烯中的应用。

本发明的第五个目的是提供了所述金属填隙化合物/活性炭纤维复合材料作为催化剂在室温甲醛氧化反应中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种金属填隙化合物/活性炭纤维复合材料，所述金属填隙化合物/活性炭纤维复合材料由包括如下步骤的方法制得：利用浸渍法使金属填隙化合物分散到活性炭纤维上，并且在浸渍前先对金属填隙化合物、溶剂和活性炭纤维的混合物进行超声处理，超声处理频率为20～80kHz，超声处理时间为0.5～1h，使金属填隙化合物均匀分散在活性炭纤维表面；然后在惰性气氛下于300～800℃高温焙烧，得到金属填隙化合物/活性炭纤维复合材料；所述的金属填隙化合物为硼化镁、氮化钼、碳化锆、磷化钯、碳化钛铁、六氟锑酸钠中的一种或多种，所述的金属填隙化合物质量与活性炭纤维的质量比值为5％～10％。

进一步，所述的活性炭纤维的比表面积为800～1600m²/g。所述的活性炭纤维优选粘胶基活性炭纤维，可以使用市售商品。

第二方面，本发明提供了一种金属填隙化合物/活性炭纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)向溶剂中加入一定量的金属填隙化合物，得到分散均匀的混合物；