一种用于有毒有害气体吸附的可控炭基材料及其制备方法

本发明涉及炭基吸附材料，尤其涉及一种用于有毒有害气体吸附的可控炭基材料及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，有毒有害气体对人体的危害引起了广泛关注，这类气体种类繁多，包括氮氧化物、硫化氢以及一氧化碳等，产生的途径主要有煤的自燃、化石燃料燃烧以及车辆尾气等。根据《金属非金属矿山安全规程》规定，井下空气中一氧化碳的浓度不得超过30mg·m-3，当一氧化碳超标严重时，会引起人体窒息和中毒死亡。因此，为了保障人体的安全，对氮氧化物、一氧化碳等有毒有害气体的治理是非常重要的。

2、活性炭是一种黑色粉末或块状、颗粒状、蜂窝状的无定形碳材料。活性炭中除碳元素外，还包含氧和氢，这些元素是由于未完全碳化而残留在碳中，或者在活化过程中，外来的非碳元素与活性炭表面化学结合，如用水蒸汽活化时，活性炭表面被氧化或水蒸气氧化；活性炭的主要原料几乎可以是所有富含碳的有机材料，如煤、木材、果壳、椰壳、核桃壳、杏壳、枣壳等。这些含碳材料在活化炉中，在高温和一定压力下通过热解作用被转换成活性炭；活性炭由于其良好的比表面积和其易获得途径被广泛应用于工业吸附，催化剂制备等领域。

3、现有技术已经开发的用于吸附一氧化碳的吸附材料主要是将氯化铜(i)负载在包括活性炭、分子筛、氧化铝等载体上，但是以上吸附材料的吸附容量存在局限性，从而影响其对于一氧化碳的脱除深度，而且活性组分的负载量很高，对材料开发的经济型也有影响。因此，需要开发一种具有高吸附容量且制备过程简单的碳基吸附材料。

4、现有研究已经探讨了各种吸附剂在吸附有毒有害气体的潜在应用，但市面上的吸附效果好的吸附剂往往需要掺杂金属盐，成本较高，且贵金属容易被硫氧化毒化，还可能发生爆炸，因此研究高效吸附一氧化碳材料更具有实际意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对上述存在的技术问题，提供一种用于有毒有害气体吸附的可控炭基材料及其制备方法，可以有效吸附有毒有害气体，又实现了固废二次循环利用。

2、有鉴于此，本发明提供了一种用于有毒有害气体吸附的可控炭基材料的制备方法，其特征在于，按照如下步骤制备：(1)以koh溶液作为改性剂对生物质原料进行改性，生物质原料为丝瓜络或/和玉米秸秆；(2)以改性后的生物质原料为原料，采用水热法制备水热炭；(3)以d-核糖为原料，采用98％油酸钠作为阴离子型表面活性剂和三嵌段共聚物peo-ppo-peo作为非离子型表面活性剂共同作为软模板剂，并采用耦合水热法制备可控结构的d-核糖水热炭。

3、上述方案中，步骤(1)的具体操作为：将生物质原料进行粉碎过100目筛，取生物质原料加入氢氧化钾溶液中，将混合溶液搅拌均匀，在常温下进行超声分，使其充分反应，超声分散后，进行离心，干燥，过100目筛，得到改性后的生物质原料。

4、上述方案中，生物质原料与koh溶液的质量比为1:3-5，氢氧化钾溶液的浓度为0.1-0.2mol·l-1。

5、上述方案中，步骤(2)的操作为：将改性的生物质材料和蒸馏水按照1:15-17的质量比混合放入高压反应釜中，密封，并加热至200℃保持7小时，反应结束后，停止加热待高压反应釜冷却至室温，将水热炭溶液通过真空抽滤机分离，烘干、粉碎，并过100目筛，再进一步用去离子水进行洗涤除去杂质并后，最终黑色产物便是改性后的水热炭。

6、上述方案中，步骤(3)中的操作为：将油酸钠和三嵌段共聚物peo-ppo-peo溶解到去离子水中，常温下搅拌溶解，然后，配置质量浓度为10％-12％的d-核糖溶液，并搅拌使其充分溶解，最后，将d-核糖溶液与60ml的油酸钠和三嵌段共聚物peo-ppo-peo混合溶液混合倒入反应釜中，并置于210℃下炭化，结束后，将反应釜冷却至室温，将水热炭溶解离心，水洗涤，再经无水乙醇洗涤，随后干燥，

7、磨成粉末过筛，得到产品即是d-核糖水热炭。

8、上述方案中，油酸钠和三嵌段共聚物peo-ppo-peo的摩尔比为12:0.75-1。

9、上述方案中：反应釜中，d-核糖溶液与油酸钠和三嵌段共聚物peo-ppo-peo混合溶液的体积比为2:3-4。

10、上述方案中，步骤(3)中，磨成粉末后过0.2mm筛。

11、一种所述用于有毒有害气体吸附的可控炭基材料的制备方法制备得到的用于有毒有害气体吸附的可控炭基材料。

12、有益效果：

13、与现有技术相比，本发明一种用于有毒有害气体吸附的可控炭基材料，可用于吸附矿山中的有毒有害气体。相对于丝瓜络或秸秆的水热炭本发明吸附有毒有害气体的效果最为优异。本发明以废弃生物质为原料制备水热炭，水热炭含有丰富的含氧官能团、产率高，并且废弃生物质取之大自然用于自然，不会对环境造成二次污染，实现了固废二次循环利用。本发明采用模板法制备的sdh，比表面积高，比普通的生物质水热炭的比表面积增加了67.7％，为矿井中的有毒害气体提供更多的附着位点。

技术特征：

1.一种用于有毒有害气体吸附的可控炭基材料的制备方法，其特征在于，按照如下步骤制备：(1)以koh溶液作为改性剂对生物质原料进行改性，生物质原料为丝瓜络或/和玉米秸秆；(2)以改性后的生物质原料为原料，采用水热法制备水热炭；(3)以d-核糖为原料，采用98％油酸钠作为阴离子型表面活性剂和三嵌段共聚物peo-ppo-peo作为非离子型表面活性剂共同作为软模板剂，并采用耦合水热法制备可控结构的d-核糖水热炭。

2.根据权利要求1所述用于有毒有害气体吸附的可控炭基材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)的具体操作为：将生物质原料进行粉碎过100目筛，取生物质原料加入氢氧化钾溶液中，将混合溶液搅拌均匀，在常温下进行超声分，使其充分反应，超声分散后，进行离心，干燥，过100目筛，得到改性后的生物质原料。

3.根据权利要求2所述用于有毒有害气体吸附的可控炭基材料的制备方法，其特征在于：生物质原料与koh溶液的质量比为1:3-5，氢氧化钾溶液的浓度为0.1-0.2mol·l-1。

4.根据权利要求1-3任一项所述用于有毒有害气体吸附的可控炭基材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)的操作为：将改性的生物质材料和蒸馏水按照1:15-17的质量比混合放入高压反应釜中，密封，并加热至200℃保持7小时，反应结束后，停止加热待高压反应釜冷却至室温，将水热炭溶液通过真空抽滤机分离，烘干、粉碎，并过100目筛，再进一步用去离子水进行洗涤除去杂质并后，最终黑色产物便是改性后的水热炭。

5.根据权利要求4所述用于有毒有害气体吸附的可控炭基材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的操作为：将油酸钠和三嵌段共聚物peo-ppo-peo溶解到去离子水中，常温下搅拌溶解，然后，配置质量浓度为10％-12％的d-核糖溶液，并搅拌使其充分溶解，最后，将d-核糖溶液与60ml的油酸钠和三嵌段共聚物peo-ppo-peo混合溶液混合倒入反应釜中，并置于210℃下炭化，结束后，将反应釜冷却至室温，将水热炭溶解离心，水洗涤，再经无水乙醇洗涤，随后干燥，磨成粉末过筛，得到产品即是d-核糖水热炭。

6.根据权利要求5所述用于有毒有害气体吸附的可控炭基材料的制备方法，其特征在于：油酸钠和三嵌段共聚物peo-ppo-peo的摩尔比为12:0.75-1。

7.根据权利要求6所述用于有毒有害气体吸附的可控炭基材料的制备方法，其特征在于：反应釜中，d-核糖溶液与油酸钠和三嵌段共聚物peo-ppo-peo混合溶液的体积比为2:3-4。

8.根据权利要求7所述用于有毒有害气体吸附的可控炭基材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，磨成粉末后过0.2mm筛。

9.一种权利要求1-8任一项所述用于有毒有害气体吸附的可控炭基材料的制备方法制备得到的用于有毒有害气体吸附的可控炭基材料。

技术总结本发明公开了一种用于有毒有害气体吸附的可控炭基材料及其制备方法，按照如下步骤制备：(1)以KOH溶液作为改性剂对生物质原料进行改性，生物质原料为丝瓜络或/和玉米秸秆；(2)以改性后的生物质原料为原料，采用水热法制备水热炭；(3)以D‑核糖为原料，采用98％油酸钠作为阴离子型表面活性剂和三嵌段共聚物PEO‑PPO‑PEO作为非离子型表面活性剂共同作为软模板剂，并采用耦合水热法制备可控结构的D‑核糖水热炭。可以有效吸附有毒有害气体，又实现了固废二次循环利用。技术研发人员：周刚,李琳,贾宪超,董晓素,王勇梅,柳茹林,苗雅楠,高虓,李帅龙,张欣远,孟群智,牛琛茜,孔阳,王琪受保护的技术使用者：山东科技大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1