一种纤维基酸性气体吸附材料及其制备方法、气体过滤器与流程

本发明涉及气体过滤，尤其涉及一种纤维基酸性气体吸附材料及其制备方法、气体过滤器。

背景技术：

1、随着社会经济的飞速发展，居民用电和企业、重工业能耗不断增加。发电厂、重工企业等不断排放so2等有毒有害气体，且排放量与日俱增，对人们的生活质量受到严重影响。在室内环境中，我们会通过空调、空气净化器来净化空气。活性炭复合材料作为一种新型的吸附材料，具有比表面积大、吸附量大、吸脱附速度快，可重复使用等特点，是优良的空调滤网、空气净化器滤芯材料。但是活性炭复合材料材料用了一段时间后吸附力会大幅降低，普通的活性炭复合材料材料已经完全不足以满足现有需求。因此，对活性炭复合材料进行改性处理，是提高活性炭复合材料吸附性能的非常有效的手段。传统的活性炭复合材料的改性手段主要有热处理，以及使用硫酸、硝酸等强酸或者氢氧化钾、氢氧化钠等强碱改性试剂对活性炭复合材料进行改性。

2、然而，传统进行热处理改性活性炭复合材料时，由于其原料为碳，在温度过高时，会剧烈氧化燃烧生成co2，因此需要氮气保护下才能改性；而传统使用硫酸、硝酸等强酸或者氢氧化钾、氢氧化钠等强碱改性试剂对活性炭进行改性的危险性高，且处理完后容易造成环境污染等问题。此外，传统的改性方式对气体的滤除效率的提升非常有限，因此开发一种吸附效果更好的改性活性炭纤维材料具有重要的应用价值。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种纤维基酸性气体吸附材料，不仅制备条件安全温和、绿色环保、无需氮气保护、采用普通的烘箱即可，而且吸附能力优异，可有效提高酸性气体的滤除效率。

2、为达到上述目的，本发明还提供了一种纤维基酸性气体吸附材料的制备方法：先采用原位合成技术将zif-8与活性炭复合合成zif-8活性炭复合材料，再将zif-8活性炭复合材料浸入改性溶剂浸渍、热处理，以实现对zif-8活性炭复合材料改性，在zif-8活性炭复合材料浸入改性溶剂浸渍的步骤中同时加入聚丙烯非织造布，以将改性zif-8活性炭复合材料负载到聚丙烯非织造布上，得到纤维基酸性气体吸附材料。具体步骤如下：

3、1)制备性炭悬浮液：取活性炭与n,n-二甲基甲酰胺，将活性炭加入n,n-二甲基甲酰胺，超声分散均匀，得活性炭悬浮液。

4、2)原位合成zif-8活性炭复合材料：向步骤1)得到的活性炭悬浮液中加入zn(no3)2·6h2o、2-甲基咪唑和溶剂，搅拌均匀，得混合物，然后将所得混合物在80-225℃下恒温加热反应10-48h，反应结束后冷却至室温，离心，弃掉上清液，沉淀用去离子水洗涤，洗涤后再用乙醇溶剂纯化，最后在65-155℃下干燥，得到zif-8活性炭复合材料。金属有机框架(mofs)是由一种或多种金属中心与有机配体自组装配位连接形成的一类新型多孔结构材料，其独特的3d结构使其具有超高的比表面积上限、高孔隙率、形貌及孔径可控、高度分布有序的金属活性中心、可修饰性等特点。利用原位合成技术将mof与活性炭复合可以实现结构和性能上的多方面互补和提升。通过原位合成的mof来调节活性炭比表面积的大小，且能与吸附质分子尺寸相匹配，提高其吸附能力，再将复合材料进行改性，可有效提高酸性气体的滤除效率。

5、3)制备纤维基酸性气体吸附材料：先将zif-8活性炭复合材料加入至20％的h2o2中分散均匀，得到改性混合溶液，再将聚丙烯非织造布浸入改性混合溶液中，浸泡12-24h，烘干后置于150-250℃条件下3h，冷却至室温，用乙醇冲洗经处理的聚丙烯非织造布，最后干燥，即得到纤维基酸性气体吸附材料。采用浸泡+热处理复合改性的方式，使得150-250℃情况下，活性炭复合材料不会过于剧烈的氧化，它本身有一定的耐高温性能，因此无需氮气保护便可进行改性；另外采用复合改性方式，也避免了传统采用单独改性试剂需使用强酸强碱的缺陷。同时，浸泡改性试剂和热处理复合改性后，增加的表面官能团并不完全相同，两者会形成叠加作用，使活性炭复合材料吸附的兼容性增加。之后将改性活性炭复合材料负载到聚丙烯非织造布上，开发出一种有效的过滤酸性气体的纤维基气体过滤材料，在气体过滤领域具有良好的应用前景。

6、在一些优选实施方式中，步骤1)中所述的活性炭为木质活性炭、煤质活性炭、椰壳活性炭中的一种。

7、在一些优选实施方式中，步骤1)中所述的活性炭的粒径分布为100-500目，孔径分布不大于2nm。

8、在一些优选实施方式中，步骤2)中所述的zn(no3)2·6h2o、2-甲基咪唑和溶剂的摩尔体积比为1-4mmol:1-3mmol:15-45ml，所述溶剂为乙醇和去离子水按1:1的体积比混合的乙醇溶液。

9、在一些优选实施方式中，步骤2)中制得的zif-8活性炭复合材料中，活性炭的质量占比为65％-95％。

10、在一些优选实施方式中，步骤3)中所述制备纤维基酸性气体吸附材料的方法为：先将zif-8活性炭复合材料置于150-250℃条件下3h，再将zif-8活性炭复合材料加入至20％的h2o2中分散均匀，得到改性混合溶液，然后将聚丙烯非织造布浸入改性混合溶液中，浸泡12-24h后，用乙醇冲洗经处理的聚丙烯非织造布，最后干燥，即得到纤维基酸性气体吸附材料。

11、在一些优选实施方式中，所述最后干燥的方式为：放入60℃的真空烘箱中真空干燥

12、此外，本发明还提供了一种气体过滤器，该气体过滤器包括上述制备方法制备得到的纤维基酸性气体吸附材料。本发明的气体过滤器对酸性气体吸附能力强、滤除效率高，能够有效滤除so2气体，极具推广应用价值。

13、本发明的有益效果：

14、1、本发明采用原位合成技术将zif-8与活性炭复合，采用浸泡+热处理复合改性的方式对活性炭复合材料进行绿色温和改性，并将改性活性炭复合材料负载到聚丙烯非织造布上，开发出一种全新的过滤酸性气体的改性活性炭复合纤维，对酸性气体吸附能力强，对so2的初始过滤效率达到80％以上，能够有效滤除so2气体。

15、2、本发明改性活性炭复合纤维的制备条件安全温和，绿色环保，无需氮气保护，采用普通的烘箱即可；且此改性活性炭复合纤维的生产成本低廉，性价比高，循环性能好，工艺简单，适合大规模生产，具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种纤维基酸性气体吸附材料的制备方法，其特征在于，先采用原位合成技术将zif-8与活性炭复合合成zif-8活性炭复合材料，再将zif-8活性炭复合材料浸入改性溶剂浸渍、热处理，以实现对zif-8活性炭复合材料改性，在zif-8活性炭复合材料浸入改性溶剂浸渍的步骤中同时加入聚丙烯非织造布，以将改性zif-8活性炭复合材料负载到聚丙烯非织造布上，得到纤维基酸性气体吸附材料。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的活性炭为木质活性炭、煤质活性炭、椰壳活性炭中的一种。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的活性炭的粒径分布为100-500目，孔径分布不大于2nm。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述的zn(no3)2·6h2o、2-甲基咪唑和溶剂的摩尔体积比为1-4mmol:1-3mmol:15-45ml，所述溶剂为乙醇和去离子水按1:1的体积比混合的乙醇溶液。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中制得的zif-8活性炭复合材料中，活性炭的质量占比为65％-95％。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述制备纤维基酸性气体吸附材料的方法为：先将zif-8活性炭复合材料置于150-250℃条件下3h，再将zif-8活性炭复合材料加入至20％的h2o2中分散均匀，得到改性混合溶液，然后将聚丙烯非织造布浸入改性混合溶液中，浸泡12-24h后，用乙醇冲洗经处理的聚丙烯非织造布，最后干燥，即得到纤维基酸性气体吸附材料。

8.如权利要求2或7所述的制备方法，其特征在于，所述最后干燥的方式为：放入60℃的真空烘箱中真空干燥。

9.如权利要求1-7任意一项所述的制备方法制备得到的纤维基酸性气体吸附材料。

10.一种气体过滤器，其特征在于，所述气体过滤器包括权利要求9所述的纤维基酸性气体吸附材料。

技术总结
本发明公开了一种纤维基酸性气体吸附材料及其制备方法、气体过滤器，涉及气体过滤技术领域，包括采用原位合成技术将ZIF‑8与活性炭复合，采用浸泡+热处理复合改性的方式对活性炭复合材料进行绿色温和改性，改性活性炭复合材料负载到聚丙烯非织造布上的步骤。本发明开发出一种全新的过滤酸性气体的改性活性炭复合纤维，对酸性气体吸附能力强、滤除效率高，能够有效滤除SO<subgt;2</subgt;气体；并且改性活性炭复合纤维的制备条件安全温和，绿色环保，无需氮气保护，采用普通的烘箱即可；此外本发明的过滤酸性气体的改性活性炭复合纤维生产成本低廉，性价比高，循环性能好，工艺简单，适合大规模生产。

技术研发人员：张贺,刘华丽,丁佰锁
受保护的技术使用者：理工清科（重庆）先进材料研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16