[发明专利]一种杂元素掺杂活性炭纤维及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种杂元素掺杂活性炭纤维及其制备方法和应用，所述制备方法包括如下步骤：1)向溶剂中加入一定量的含杂元素的离子液体，并将活性炭纤维加入其中，浸渍一段时间；所述的含杂元素的离子液体为含硼离子液体、含磷离子液体或含硫离子液体；2)将步骤1)所得的混合物进行微波消解预处理，使杂元素均匀地分布在活性炭纤维表面；3)将步骤2)所得的混合物进行烘干处理，使溶剂挥发；4)将步骤3)所得离子液体负载的活性炭纤维在惰性气氛下高温焙烧，即得杂元素掺杂活性炭纤维。本发明公开了所述杂元素掺杂活性炭纤维作为吸附材料在乙炔和乙烯的分离中的应用、作为催化剂在乙炔加氢合成乙烯中的应用以及作为电极材料在除盐中的应用。

(一)技术领域

本发明涉及一种杂元素掺杂活性炭纤维及其制备方法和应用。

(二)背景技术

活性炭纤维(ACF)是20世纪60年代发展起来的第三代高效活性吸附材料。与传统碳吸附材料相比，ACF具有独特的化学结构和物理结构，具有含碳量高、比表面积大、微孔丰富且分布窄，吸附速度快，吸附容量大、再生容易等前者不可比拟的优异吸附脱附性能。此外ACF还兼有纤维的各种特性，能制成纱、线、布、毡等形状，给工程应用和工艺设备的简化带来很大方便，所以ACF一问世就受到国内外科学家的关注和深入的研究。目前ACF已广泛应用于化工、环保、催化、医药、电子工业、食品卫生等领域。

杂原子掺杂是指在碳原子的晶格中，由于一些外来原子将碳原子代替，从而使得材料的性质发生了改变。通过杂原子的掺杂，微材料的电子云分布和功函数均发生变化，进而使其性能得到改善并且扩大了应用的范围。

离子液体是一种由阳离子和阴离子组成的在一定温度下呈液态的盐，由于阴阳离子数目相等，因此整体显电中性。离子液体又被称为室温熔盐和有机离子液体，有机离子液体是由于阳离子为有机离子而得名，其阳离子多为含有氮、磷的有机阳离子。一般离子液体的阴阳离子体积较大且结构极不对称，无法在晶体空间紧密堆积，此时阴阳离子可以振动、平动、转动，使晶体结构彻底破坏，离子间作用力变弱，晶格能变小，熔点降低，导致离子化合物在常温下就可以呈液态。离子液体由于具有低蒸汽压、可化学设计和低温熔融等特点使其成为了一种性能优良的碳前驱体，可以实现对碳材料的直接掺杂，避免了破坏多孔碳材料的孔结构。

(三)发明内容

本发明的第一个目的是提供一种杂元素掺杂活性炭纤维的制备方法。

本发明的第二个目的是提供一种杂元素掺杂活性炭纤维。

本发明的第三个目的是提供所述杂元素掺杂活性炭纤维作为吸附材料在乙炔和乙烯的分离中的应用。

本发明的第四个目的是提供所述杂元素掺杂活性炭纤维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杂元素掺杂活性炭纤维作为电极材料在除盐中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种杂元素掺杂活性炭纤维的制备方法，包括如下步骤：

1)向溶剂中加入一定量的含杂元素的离子液体，并将活性炭纤维加入其中，浸渍一段时间；所述的含杂元素的离子液体为含硼离子液体、含磷离子液体或含硫离子液体；

2)将步骤1)所得的混合物进行微波消解预处理，使杂元素均匀地分布在活性炭纤维表面；

3)将步骤2)所得的混合物进行烘干处理，使溶剂挥发；

4)将步骤3)所得离子液体负载的活性炭纤维在惰性气氛下高温焙烧，即得杂元素掺杂活性炭纤维。