[发明专利]用于吸附超微量二氧化硫的改性活性碳纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于吸附超微量二氧化硫的改性活性炭纤维制备方法，属于无机非金属材料科学技术分支，应用于气体吸附与分离领域。

背景技术

活性炭纤维自从上世纪七十年代问世以来，就被广泛应用于废气废水中污染物的吸附脱除处理，尤其在烟气脱硫脱硝方面，表现出了优异的性能。但随着需要吸附超微量二氧化硫场合的出现，例如为供给质子交换膜燃料电池洁净空气而需对污染空气脱硫净化处理时，相关的研究却处于相对空白状态。当处理对象从含高浓度二氧化硫的烟气转变为含超微量二氧化硫的空气时，活性炭纤维的吸附能力明显下降，有文献报道聚丙烯腈基活性炭纤维吸附31ppm二氧化硫时，饱和吸附容量仅为22mgSO₂/g吸附剂(C. Martin, A. Perrard, J. P. Joly, F. Gaillard, V. Delecroix. Dynamic adsorption on activated carbons of SO2 traces in air I.Adsorption capacities. Carbon, 2002, (40):2235–2246)。因此对活性炭纤维进行改性处理，提高其痕量二氧化硫吸附容量变得十分重要。

目前活性炭纤维的改性活化主要集中在两个方面，一是通过物理、化学活化方法提高其比表面积，在表面制造更多微孔活性吸附位，如文献（K. Okada, N. Yamamoto, Y. Kameshima, A. Yasumori.  Porous properties of activated carbons from waste newspaper prepared by chemical and physical activ

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于吸附超微量二氧化硫的改性活性炭纤维制备方法。该方法应以同时含有含氧官能团与含氮官能团的小分子为修饰剂，在碱性条件保护下，通过一定温度下的水热反应，使小分子上的含氧官能团与活性炭纤维表面的含氧基团形成化学键或氢键，从而完成分子修饰，将具有很高二氧化硫吸附活性的氨基基团固定在活性炭纤维表面。

本发明采用的技术方案是：一种用于吸附超微量二氧化硫的改性活性炭纤维的制备方法，其特征在于：利用小分子改性剂与活性炭纤维反应，将氨基活性基团接枝在活性炭纤维表面，从而对其表面化学性质进行改性，制备方法具体步骤如下：

以比表面积约为1100m²/g的经稀硝酸溶液氧化处理的粘胶基活性炭纤维炭毡为反应物，以水溶液为反应体系，采用两性小分子，即同时含有含氧官能团如羧基、羟基，以及含氮官能团氨基的小分子为改性剂，在常压水热条件下反应，将小分子改性剂修饰在活性炭纤维表面。具体反应条件为：按照每0.1g活性炭纤维加入0.1mmol~0.8 mmol小分子改性剂，0.08gNaOH与20gH₂O的比例将反应物置于圆底烧瓶内，油浴加热下，在80-100^oC下水热搅拌反应3-8小时；反应结束后用去离子水将活性炭纤维产物抽滤、淋洗至中性后，在120-130^oC烘箱中干燥24小时，即得到改性活性炭纤维产物。

所述小分子改性剂为三羟甲基氨基甲烷、丙氨酸、丝氨酸和精氨酸。

上述技术方案的核心是小分子改性剂的选择、反应配方以及水热反应条件的选取。所采用的三种小分子改性剂具有一个特征，即都同时拥有一个或几个含氧基团，以及一个或几个氨基基团。在碱性条件的保护下，利用水热反应使其的含氧基团与活性炭纤维表面经稀硝酸氧化而形成的含氧基团作用，通过形成化学键或氢键作用，使小分子修饰在活性炭纤维表面。稀硝酸氧化的目的是增加活性炭纤维表面含氧基团，碱性反应条件保护氨基不会和含氧基团发生酸碱反应，小分子改性剂添加量的选取根据活性炭纤维表面酸性基团含量而确定，添加量过高易导致改性剂间发生副反应，添加量过低则影响改性效果。小分子改性剂的另一个优点是修饰后保持了活性炭纤维巨大的比表面积及丰富的微孔结构，结构优势与表面化学双管齐下，保证了优异的超微量二氧化硫吸附能力。