[发明专利]一种胺官能化活性炭材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种胺官能化活性炭材料及其制备方法和应用，所述胺官能化活性炭材料的制备方法为：首先将活性炭用去离子水洗涤，直至pH为中性；将N‑[3‑(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺与去离子水按1:2.5~10体积比混合，超声处理6~10 min，然后加入洗涤处理过的活性炭，于70~90℃温度下回流搅拌4~8 h，最后在60~80℃温度下进行真空干燥8~12 h，即得到所述胺官能化活性炭材料。本发明将N‑[3‑(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺官能化在活性炭材料上，然后将得到胺官能化活性炭材料用于混合气体中羰基硫的脱除，具有比表面积大，稳定性高，制备方法简单的优点，具有潜在的工业应用价值。

技术领域

本发明涉及羰基硫气体的吸附分离技术领域，具体涉及一种胺官能化活性炭材料及其制备方法和应用。

背景技术

活性炭是由木质、煤质和石油焦等含碳的原料经热解、活化加工制备而成，通常为粉状或粒状，具有发达的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面化学官能团，特异性吸附能力较强的多孔无定形炭材料。通过化学或物理手段对活性炭进行改性，能够降低活性炭的灰分含量、提高吸附能力，表面官能团修饰也是改性活性炭的一种方式，通过加入含有其他官能团的溶液与活性炭本身的表面基团发生反应，来达到表面官能团修饰的目的，改性活性炭材料广泛用于污水处理、大气污染防治等领域。

N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺，无色透明液体，分子式：C₈H₂₂N₂O₃Si，常作为聚乙烯、聚苯乙烯、环氧树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂等聚合物体系的偶联剂，能够提高材料的物理机械性能、润湿性、导电性等，在这里作为胺官能团的来源。

随着现代化学工业迅速发展和人民生活的日益提高，天然气、石油气、焦炉气、水煤气和半水煤气等被广泛地应用于各种化工过程和人民日常生活中，通常这些气体中都含有硫化物，除了含有一般的无机硫，如SO₂、SO₃、H₂S等，还含有一般较难除去的有机硫，如COS、CS₂等，其中COS的化学活性比 H₂S 的化学活性小得多，其酸性和极性均比 H₂S 的弱，并且很容易引起催化剂中毒失活， 并且对工业生产的设备有腐蚀作用。但是一般用于脱除H₂S 的方法不能有效地完全脱除COS。工业上脱除COS的方法主要分为干法和湿法，其中干法是指利用吸附剂和催化剂将COS直接脱除或转化为其他无机硫再脱除的过程，主要有包括有还原法、水解法、吸附法、光解法及氧化法等，有着脱硫精度高、操作费用低等优点，其中工业应用最为广泛的是吸附法，即用吸附剂将COS集中吸附后再处理的方法。

发明专利CN106902740 A公开的“一种碱性主表现的活性炭纤维的官能团负载方法”，该方法首先通过加入无水乙醇、钛酸四丁酯、五氧化二钒、硝酸银、氢氧化钠等来制备溶胶，其次将上述溶胶浸渍到活性炭上，最后经陈化、干燥得到碱性主表现的活性炭纤维，并将其应用到酸性污染物质的吸附中，该方法制备过程复杂、并且成本较高，用于工业化难度较大。

发明专利CN111620339 A公开的“一种活性炭表面含氧官能团选择性还原方法”，该方法通过以二氧化硫脲、硼氢化钠、抗坏血酸为还原剂，碱性条件下还原活性炭表面的C-O、C-O-C、COOH等含氧基团，来达到降低活性炭材料亲水性的目的，从而提升了活性炭在潮湿环境中应用能力。

针对上述技术背景，本发明以较为简单的操作制备了一种胺官能化活性炭材料，并对混合气体中的羰基硫有着较高脱除率，具有很大的环保意义和经济意义。

发明内容

针对现有工业生产中吸附材料存在的不足，本发明的目的在于提供一种胺官能化活性炭材料及其制备方法和应用。本发明通过简单的一步浸渍法得到新型羰基硫吸附材料，在模拟的混合气体气氛中，对羰基硫有着较好的吸附效果，显著提高了活性炭材料对于羰基硫气体的吸附能力，为活性炭的改性提供了新思路，从环境保护和经济效益上，具有潜在的工业化价值。