[发明专利]一种卤化改性活性炭材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种卤化改性活性炭材料及其制备方法，以卤代有机化合物为反应试剂，在一定的反应温度下，对活性炭进行改性，在活性炭表面接枝上卤素基团，提高活性炭表面的抗陈化性能。本发明所述的卤化改性活性炭可用于人防过滤吸收器等需要长期贮存的防护装备。本发明解决了传统卤化方法危险性大、腐蚀性强、生产条件苛刻、生产过程不容易控制等问题，且生产过程更加环保、生产成本更低、产品质量更可靠。

技术领域

本发明涉及活性炭改性领域，具体涉及一种卤化改性活性炭材料及其制备方法。

背景技术

活性炭不仅具有发达的孔隙结构，是优良的吸附剂，同时存在着大量而复杂的表面官能团，具有很好的反应活性。为了提高或拓展活性炭的吸附或反应活性，常通过物理的或化学的方法，改变活性炭表面官能团的性质或数量，这种方法称为改性。常用的改性方法有高温处理、氧化处理、还原、负载金属组分等。在氮气等惰性气体中高温处理活性炭可去除其表面含氧官能团而获得碱性特性，通过硝酸、过氧化氢等强氧化剂的氧化可提高活性炭表面酸性氧化物的含量从而增强其表面的极性，而炭原子上接枝了卤素原子（Br、F、Cl）的活性炭显示出良好的疏水性和抗陈化性能。

陈化，是指活性炭及浸渍活性炭材料长期贮存过程中，吸附性能发生改变，逐渐劣化的现象，陈化是活性炭类材料普遍存在的现象。普通活性炭从生产到使用的周期较短，一般不会长期贮存，陈化对其应用性能的影响并不明显，但对于化学防护用活性炭，由于防护装备安装后需要数年甚至数十年的长期战备贮存，如果不做抗陈化处理，性能衰减长期累积会导致防护性能失效。而卤化改性是提高活性炭抗陈化能力的有效方法。

现有的卤化改性方法通常采用氯气做为反应原料，虽然反应活性高，但存在以下问题：

（1）氯气毒性大，属剧毒物质，易对生产工人造成人身伤害；（2）氯气腐蚀性强，容易发生泄露事故；（3）副产物盐酸产生量大，对生产设备腐蚀严重，生产设备需要频繁检修；（4）氯与活性炭反应是剧烈的放热反应，生产工艺控制要求苛刻，产品品质不易控制，甚至氯气与碳元素反应，造成烧蚀；（5）副产物多，造成大量的废水排放，后处理过程复杂、费用高昂；（6）氯的化学性质太活泼，容易与活性炭中的灰分也反应，生成氯化铁等酸性盐类，在后续处理过程中不仅降低活性炭的强度，还容易造成活性炭的孔堵塞。

发明内容

本发明提出了一种卤化改性活性炭材料及其制备方法，卤化改性活性炭材料是由卤代有机化合物与活性炭反应制造的。在一定的反应温度下，对活性炭进行改性，使活性炭表面化学性质比较活波的碳原子与卤素原子共价结合，将卤素原子接枝在活性炭表面，达到抗陈化的目的。

实现本发明的技术方案是：一种卤化改性活性炭材料，所述卤化改性活性炭由卤代有机化合物与活性炭反应制成，卤化改性活性炭表面卤素原子的含量为0.5-15%。

所述卤代有机化合物分子中含有含有至少一个碳原子，和氟、氯、溴三种原子中任意一种原子。

所述活性炭为果壳活性炭、煤质活性炭、沥青基活性炭和活性碳纤维中的任意一种。

所述的卤化改性活性炭材料的制备方法，步骤如下：

（1）将活性炭加热到120℃~150℃，烘干0.5 h ~5h，达到深度干燥的目的；

（2）将步骤（1）得到的干燥活性炭在卤化反应器中升温到180℃~550℃；

（3）将卤代有机化合物汽化，然后通入卤化反应器，与高温活性炭进行反应，反应时间10min~120min；

（4）反应完成后，经过降温、放料、水洗、烘干，得到卤化改性活性炭。

所述步骤（3）中卤代有机化合物与步骤（1）中活性炭的质量比为1:（10-50）。