[发明专利]一种多孔碳材料的疏水改性方法

说明书

本发明涉及一种多孔碳材料的疏水改性方法，属于碳材料改性领域，其特征在于，包括如下步骤：将多孔碳材料置于水蒸气环境中进行预处理，直至多孔碳材料吸附水蒸气达到饱和状态；然后将预处理后的多孔碳材料取出，放置至恒重；再取一定量的硅烷偶联剂溶解于有机溶剂中，得改性剂体系；取预处理后的多孔碳材料加入至改性剂体系中，搅拌均匀，进行改性；改性完成后，采用有机溶剂洗涤，180‑250℃下烘干得到目标产物；本发明避免了因自聚成膜导致的多孔碳材料表面孔道堵塞；而且整体工艺条件简单易行。

技术领域

本发明涉及碳材料改性技术领域，具体涉及一种多孔碳材料的疏水改性方法。

背景技术

由于具有丰富的孔道结构和较高的比表面积，多孔碳材料在日常生活和工业生产中有着广泛的应用，比如：有害气体吸收、污染物的吸附、气体的贮藏和分离等。其中，多孔碳材料的疏水改性是对多孔碳材料的研究热点之一。

现有技术中通常采用硅烷偶联剂作为多孔碳材料疏水改性的改性剂。利用硅烷偶联剂对多孔碳材料进行疏水改性的方法一般是将硅烷偶联剂配制成水解液，如将硅烷偶联剂溶解于一定比例的水与甲醇/乙醇的混合液中，然后将需要改性的碳材料浸渍于改性液中，室温或回流状态下搅拌完成改性过程。硅烷偶联剂水解形成的-Si-OH非常活泼，与多孔碳材料表面的官能团如-OH等形成氢键的同时，也伴随着-Si-OH自身的聚合。硅烷偶联剂自聚形成的低聚物或高聚物会包裹在多孔材料表面，在材料表面形成疏水保护层，进而也堵塞了多孔碳材料的孔道，大大降低了其吸附性能。为了阻止硅烷偶联剂的自聚，在改性过程中往往需要控制改性液的pH值在3以下，如此以来自聚过程虽能得到一定程度的控制，但是仍然无法解决在材料表面包裹、堵孔的问题。因此，亟需找到一种既能对多孔碳材料进行疏水改性又不影响其孔道结构的技术方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种多孔碳材料的疏水改性方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种多孔碳材料的疏水改性方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将多孔碳材料置于水蒸气环境中进行预处理，直至多孔碳材料吸附水蒸气达到饱和状态；

此步骤的目的：多孔碳材料表面含有丰富的亲水官能团，吸附水蒸气后会与其形成氢键结构，此处吸附的水可满足后面步骤中硅烷偶联剂水解所需，并铆钉了水解发生的位置；

2）将预处理后的多孔碳材料取出，放置至恒重；

此步骤的目的：材料表面物理作用吸附的及其孔道内的吸附水会挥发至空气中，进而去掉表面多余的水分，仅留下与材料表面官能团形成氢键结构的水；

3）取一定量的硅烷偶联剂溶解于有机溶剂中，得改性剂体系；

4）取一定量的步骤2）得到的多孔碳材料加入至 步骤3）得到的改性剂体系中，搅拌均匀，进行改性；

5）改性完成后，采用有机溶剂洗涤，180-250℃下烘干得到目标产物。

此步骤的目的：硅烷偶联剂水解生成的-SiOH（硅醇键）与材料表面的-OH等官能团形成氢键，高温下发生脱水反应氢键断裂形成-Si-O-（硅氧键）完成接枝过程，进而达到疏水改性的目的。