一种掺杂表面活性剂制备活性炭的方法
【专利摘要】本发明提出了一种掺杂表面活性剂制备改性活性炭的方法，其步骤是：首先，将浒苔粉末与磷酸按1:2质量比混合，再按磷酸与表面活性剂按一定的摩尔比加入表面活性剂，混匀，80～100℃下浸渍9h；然后将上述浸渍好的样品置于马弗炉中，400～600℃下炭化活化60min；待冷却室温后，用自来水洗净、烘干，即制得活性炭。利用该方法制备的活性炭，比表面积大，官能团种类数量丰富，孔隙发达，其吸附性能优于不添加表面活性剂制备的活性炭。
【专利说明】一种掺杂表面活性剂制备活性炭的方法
一、【技术领域】
[0001]本发明属于活性炭制备【技术领域】，涉及一种掺杂表面活性剂制备改性活性炭的方法。
二、【背景技术】
[0002]活性炭作为吸附材料，具有疏水性、发达的孔隙结构，物理、化学性质稳定，容易再生，广泛应用于石油、化工、环保等领域。近年来，为了提高活性炭的吸附性能，活性炭的改性技术得到了快速发展，出现了诸多改性技术。其中，有国内外学者利用表面活性剂对活性炭进行改性，可改变活性炭表面的化学性质，如表面电荷和表面官能团等，极大提高了对某些种类污染物的吸附性能。中国专利CN103721675A 2013年公开的“一种阳离子表面活性剂改性活性炭的改性方法及其应用”，其方法是将制备好的活性炭进行预处理后与阳离子表面活性剂溶液混合反应，得到阳离子表面活性剂改性活性炭；中国专利CN102989414A2012年公开的“一种超疏水活性炭改性材料的制备方法”，该专利运用化学液相浸溃法，以三甲基氯硅烷为改性剂，无水甲醇为溶剂，分别以预处理后的煤质柱状和椰壳颗粒状活性炭为载体，经过液相浸溃、真空干燥、普通鼓风干燥制得改性活性炭。总之，现有的利用表面活性剂对活性炭改性方法，主要是采用已制备的活性炭，然后再浸溃于表面活性剂溶液中制得。该类方法工艺步骤较多，改性剂与活性炭结合不牢易脱附，另外，表面活性剂的吸附会降低活性炭的比表面积。
三、
【发明内容】
[0003]本发明提供一种掺杂表面活性剂制备改性活性炭的方法。本发明在活性炭制备阶段将表面活性剂掺杂入前驱体，充分利用其化学成分与作用，然后利用马弗炉制备掺杂表面活性剂活性炭，利用该方法制备的活性炭，比表面积大，官能团种类数量丰富，孔隙发达，其吸附性能优于不添加表面活性剂制备的活性炭。
[0004]本发明采用如下技术方案:
[0005]一种掺杂表面活性剂制备改性活性炭的方法，活性炭前驱体为浒苔，以磷酸(H3PO4)为活化剂，其特征在于:该方法包括以下步骤:
[0006](I)将浒苔粉末与磷酸按1:2的质量比混合，再按磷酸与表面活性剂以50:1?12:1的质量比添加表面活性剂，将上述混合物在80?100°C温度下浸溃9h，间隔2-3h搅拌，使其混合均匀；
[0007](2)将浸溃好的混合物置于马弗炉中，在400?600°C温度下进行炭化活化，炭化活化60min,然后冷却至室温；
[0008](3)将活化好的样品用自来水洗涤至PH值稳定，进行烘干，即制得活性炭。
[0009]上述步骤(I)中，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(C19H42NBr)或苯磺酸钠(C6H5SO3Na)或十二烷基苯磺酸钠(C18H29NaO3S)。
[0010]上述步骤(I)中，所述活化好的样品用去离子水洗涤至pH值稳定，该pH值为在6.9 ?7.I。
[0011]本发明在磷酸活化过程中掺杂表面活性剂，磷酸能够催化表面活性剂与木质纤维素发生反应，磷酸也会与表面活性剂发生酯化反应生成一种高效的聚合磷酸酯阻燃剂，并且这种磷酸酯聚合物会在高温下分解产生大量的强氧化性自由基，从而进一步增加先驱体表面的含氧官能团，从而制备出比表面积大、官能团种类数量丰富的新型活性炭。本发明工艺简单，制备的活性炭吸附效果好，性能优良，与不添加表面活性剂制备的活性炭相比，该活性炭对重金属Ni (II)，抗生素环丙沙星和染料品红的吸附能力显著提高。
四、【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是掺杂表面活性剂活性炭的扫描电镜照片。(图中a、b放大倍数分别为100、1000)由图中可以看出，这种活性炭都有发达的孔径结构，并有大量大小不等的穴孔分布在其表面。
[0013]图2是掺杂表面活性剂活性炭的孔径分布图和N2吸附脱附图。内部小图为N2吸-脱附等温线。如图所示，改性炭的大多数孔径分布在O-lOnm，说明这种活性炭属于微孔-中孔结构(国际纯化学与应用化学联合会(IUPAC)根据不同尺寸孔隙将孔径分为三类:孔径大于50nm的为大孔，孔径介于2nm与50nm之间的为中孔，孔径小于2nm的为微孔)。活性炭的孔径分布可表征其孔隙结构，也可通过N2吸附-脱附等温线求得，如图2右上部小图所示，改性炭的N2吸附脱附等温线属于I和IV型等温线的混合模式，在高压范围内出现了滞后环，具有毛细凝聚的单分子层吸附现象，可以进一步说明这种炭是微孔和中孔的混合结构。
五、【具体实施方式】
[0014]实施例1
[0015]将浒苔粉末与磷酸按1:2质量比混合，再按磷酸与十六烷基三甲基溴化铵(C19H42NBr) 50:1摩尔比加入十六烷基三甲基溴化铵，混匀，80°C下浸溃9h ;然后将上述浸溃好的样品置于马弗炉中，450°C下炭化活化60min;待冷却室温后，用去自来水洗净，烘干，即制得活性炭。经掺杂改性的活性炭表面酸性官能团比未改性的活性炭提高60%，Ni (II)吸附量提高194%。
[0016]实施例2
[0017]将浒苔粉末按1:2质量比与磷酸混合，再将磷酸与苯磺酸钠(C6H5SO3Na)按12:1的摩尔比加入苯磺酸钠，混匀，80°C下浸溃9h;然后将浸溃好的样品置于马弗炉中，500°C下炭化活化60min ;待冷却后，用去离子水洗净，烘干，即制得活性炭。经改性的活性炭表面酸性官能团比未改性的活性炭提高43%，环丙沙星吸附量提高20%。
[0018]实施例3
[0019]将浒苔粉末与磷酸按1: 2质量比混合，再按磷酸与十二烷基苯磺酸钠(C18H29NaO3S)以16:1摩尔比加入十六烷基苯磺酸钠，混匀，80°C下浸溃9h ;然后将上述浸溃好的样品置于马弗炉中，600°C下炭化活化60min;待冷却室温后，用去离子水洗净，烘干，即制得活性炭。经掺杂改性的活性炭表面酸性官能团比未改性的活性炭提高58%，品红吸附量提高84%。
【权利要求】
1.一种掺杂表面活性剂制备改性活性炭的方法，活性炭前驱体为浒苔，以磷酸为活化齐U，其特征在于:该方法包括以下步骤: (1)将浒苔粉末与磷酸按1:2的质量比混合，再按磷酸与表面活性剂以50:1?12:1的质量比添加表面活性剂，将上述混合物在80?100°C温度下浸溃9h，间隔2-3h搅拌，使其混合均勻； (2)将浸溃好的混合物置于马弗炉中，在400?600°C温度下进行炭化活化，炭化活化60min,然后冷却至室温； (3)将活化好的样品用自来水洗涤至PH值稳定，进行烘干，即制得活性炭。
2.根据权利要求1所述改性活性炭的制备方法，其特征在于:步骤(I)中，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(C19H42NBr)或苯磺酸钠(C6H5SO3Na)或十二烷基苯磺酸钠(C18H29NaO3S)。
3.根据权利要求1所述改性活性炭的制备方法，其特征在于:步骤(3)中，所述活化好的样品用自来水洗涤至PH值稳定，该pH值为在6.9?7.1。
【文档编号】C01B31/12GK104355311SQ201410632737
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月11日 优先权日:2014年11月11日
【发明者】黄理辉, 薛静, 王嫚, 周实际, 刘铨, 刘高风, 康兴生, 王炜亮, 唐国斌 申请人:山东大学