技术领域
[0001] 本
发明涉及吸附剂领域，尤其涉及一种
碳纳米管修饰的改性活性炭吸附剂及其制备方法。
背景技术
[0002] 目前随着科技的不断提高，与之相对应的污染也越来越严重，尤其是在一些化学工厂的附近，有害气体的排放对环境的影响十分大。各种有害气体引起的环境污染也越来越威胁人们的安全健康。因此，发明一种行之有效，效果良好的吸附剂十分的有必要。
[0003] 活性炭是一种黑色多孔的固体炭质，由
煤通过
粉碎、成型或用均匀的煤粒经炭化、活化生产。主要成分为碳，并含少量
氧、氢、硫、氮、氯等元素。活性炭含有大量微孔，具有很大的
比表面积，具有很强的吸附性能，能有效的除去
色度、臭味以及许多的有害气体。
[0004] 碳纳米管(又名巴基管)是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口)的一维量子材料。这种材料可以看作
单层石墨烯卷叠成管状材料，这种独特的结构使得碳纳米管拥有和一般碳材料完全不同的性能，包括超坚韧性、耐超高温性、超
导电性、良
传热性和独特的光学特性。同时，碳纳米管还具有很大的比表面积，可修饰在活性炭上，增强其吸附效应。
[0005] 目前市场上的活性炭吸附剂的吸附有害气体的效果不好，吸附作用持续时间短，所以人们急需一种吸附效果优良，应用范围广的活性炭吸附剂。
发明内容
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种碳纳米管修饰的改性活性炭吸附剂及其制备方法，本发明通过解决吸附剂吸附有害气体效果不佳的问题，同时增强了吸附剂的作用时间，优化了吸附剂的性能。
[0007] 本发明的具体技术方案为：一种碳纳米管修饰的改性活性炭吸附剂，按重量份数计，所述吸附剂的原料包括：活性炭40-60份、
硅藻土15-25份、蒙脱土15-20份、碳纳米管4-6份、二氧化
钛2-5份、甲基
纤维素5-10份、煤焦油7-15和
水。
[0008] 在本发明的技术方案中，活性炭为吸附剂的主体；
硅藻土和二氧化钛结合能够增强吸附剂的吸附作用时间和作用效果；蒙拓土作为吸附剂的填充剂；碳纳米管为吸附剂的改性材料；甲基
纤维素为吸附剂的
表面活性剂；煤焦油起
粘合剂的作用，制备得到的复合颗粒具有更好的吸附效果，更长的吸附作用时间以及更长的使用寿命以及广阔的应用范围。
[0009] 作为优选，所述活性炭、硅藻土、蒙脱土、碳纳米管、二氧化钛为
纳米级。
[0010] 纳米级别的原料，有比大尺寸原料更好的使用性能，能够拥有出更加优异的表现，利于反应与发挥效果。
[0011] 一种改性活性炭吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
[0012] 1)将硅藻土与二氧化钛分别放入
球磨机中，在干燥空气气氛中粉碎，获得的混合颗粒在
煅烧炉中进行煅烧，得到硅藻土/二氧化钛混合颗粒；
[0013] 2)将蒙脱土放入球磨机中，粉碎成纳米级的颗粒，在煅烧炉中进行煅烧；
[0015] 4)将硅藻土/二氧化钛混合颗粒、蒙脱土、活性炭、碳纳米管、煤焦油和水混合成浆状，烘干；
[0016] 5)在烘干后的颗粒表面喷洒上甲基纤维素的水溶液，升温使甲基纤维素包覆在颗粒的表面。
[0017] 将硅藻土和
二氧化硅进行结合，形成的混合结构，具有比单一硅藻土更加优异的吸附有害气体的能
力，并且它的吸附作用持续时间也更加的优秀，能持续数年之久。煅烧硅藻土与二氧化硅的混合物和蒙脱土，能够使它们的结构更加的致密，具有更好的使用效果，并且不会影响它们表面的气孔和吸附作用。将煅烧后的产物与活性炭、碳纳米管、煤焦油和水混合在一起，使之结合在一起，能够提高其吸附有害气体的能力，并且增强吸附作用时间。在这些产物的表面喷洒甲基纤维素的水溶液，能够提高颗粒表面的活性，使它拥有更加优异的吸附性能。
[0018] 作为优选，改性活性炭吸附剂的制备方法包括以下步骤：
[0019] 1)将15-25份硅藻土和2-5份二氧化钛分别放入球磨机，在干燥空气气氛下粉碎，获得纳米级的混合颗粒，在500-600℃煅烧炉中煅烧3-5h，得到硅藻土/二氧化钛混合颗粒；
[0020] 2)将15-20份蒙脱土放入球磨机中，粉碎获得纳米级的颗粒，随后放在600-650℃的煅烧炉中煅烧2-3h；
[0021] 3)在
真空反应室中充满氩气，采用石磨棒为
阴极，细石磨棒为
阳极，使用220V标准
电压在两极之间激发出电弧，间歇激发；电弧带来的热量使得
电极产生3000℃以上的高温；在此
温度下石墨
气化，在阴极附近沉积出含有纳米碳管的产物；
[0022] 4)将硅藻土/二氧化钛混合颗粒与活性炭、碳纳米管、煤焦油和水混合成浆状，
研磨，过筛，烘干；
[0023] 5)在步骤4)所得的颗粒上喷洒上
质量分数为30-40％的甲基纤维素的水溶液，升温使表面的甲基纤维素水溶液包覆在颗粒的表面，烘干；
[0024] 作为优选，步骤1)中，球磨机的粉碎时间为20-40min，转速为200-300r/min。
[0025] 作为优选，步骤2)中，球磨机的粉碎时间为20-40min，转速为150-200r/min。
[0026] 作为优选，步骤3)中，电极处于充满氩气的真空反应室内，电弧间歇激发15-30min，每次持续15-30s，间隔3-8s。
[0027] 作为优选，步骤4)中，研磨时间为2-5h，过筛200-300目，烘干温度为45-60℃，烘干时间为2-3h。
[0028] 作为优选，步骤5)中，烘干温度为60-80℃。
[0029] 与
现有技术对比，本发明的有益效果是：
[0030] 1、本发明将硅藻土和二氧化钛反应，制备出吸附时间超长的混合产物，能够增强活性炭吸附有害气体的时间，起到长效吸附有害气体的作用。
[0031] 2、一般而言，人们更需要单层碳纳米管，而在碳纳米管的制备过程中，往往会出现多层碳纳米管和
富勒烯等的一些杂质。然而，在本发明之中，对碳纳米管的纯度要求并不高，无论是多层碳纳米管、单层碳纳米管还是富勒烯都可以起到吸附杂质的功用。
[0032] 3、本发明制备出的碳纳米管修饰的改性活性炭吸附剂，利用了碳纳米管来进行改性，增强了吸附空气中游离的有害气体效果，延长了吸附有害气体作用时间等效果。
[0033] 4、本发明制备出的碳纳米管修饰的改性活性炭吸附剂，其原料简单易得，成本低廉，适用于大众市场，具有较高的性价比，而且操作过程简单方便，能够快速生产出规模产量较大的改性吸附剂，适合大规模的工厂生产。
具体实施方式
[0034] 下面结合
实施例对本发明作进一步的描述。
[0035] 实施例1
[0036] 一种碳纳米管修饰的改性活性炭吸附剂，按重量份数计，所述吸附剂的原料包括：活性炭40份、硅藻土15份、蒙脱土15份、碳纳米管4份、二氧化钛2份、甲基纤维素5份、煤焦油
7和适量的水。
[0037] 所述的碳纳米管修饰的改性活性炭吸附剂，包括以下步骤：
[0038] 1)将15份硅藻土和2份二氧化钛分别放入球磨机，在干燥空气气氛下粉碎，获得纳米级的混合颗粒，在550℃煅烧炉中煅烧3h；
[0039] 2)将15份蒙脱土放入球磨机中，粉碎获得纳米级的颗粒，随后放在600℃的煅烧炉中煅烧2h；
[0040] 3)在真空反应室中充满氩气，采用较为粗大的石磨棒为阴极，细石磨棒为阳极，使用220V标准电压在两极之间激发出电弧，间歇激发15min，每次持续15s，间隔3s；电弧带来的热量使得电极产生3500℃的高温。在此温度下，石墨气化，在阴极附近沉积出含有纳米碳管的产物；
[0041] 4)将步骤1)和步骤2)中煅烧后的混合颗粒与活性炭、碳纳米管、煤焦油和水混合成浆状，研磨3h，过筛200目，在60℃的温度下烘干2h；
[0042] 5)在步骤3)中所得的颗粒上喷洒上质量分数为30％的甲基纤维素的水溶液，升温使表面的甲基纤维素水溶液包覆在颗粒的表面，烘干。
[0043] 实施例2
[0044] 一种碳纳米管修饰的改性活性炭吸附剂，按重量份数计，所述吸附剂的原料包括：活性炭45份、硅藻土20份、蒙脱土15份、碳纳米管5份、二氧化钛4份、甲基纤维素7份、煤焦油
10和适量的水。
[0045] 所述的碳纳米管修饰的改性活性炭吸附剂，包括以下步骤：
[0046] 1)将20份硅藻土和4份二氧化钛分别放入球磨机，在干燥空气气氛下粉碎，获得纳米级的混合颗粒，在550℃煅烧炉中煅烧3h；
[0047] 2)将15份蒙脱土放入球磨机中，粉碎获得纳米级的颗粒，随后放在600℃的煅烧炉中煅烧2h；
[0048] 3)在真空反应室中充满氩气，采用较为粗大的石磨棒为阴极，细石磨棒为阳极，使用220V标准电压在两极之间激发出电弧，间歇激发19min，每次持续19s，间隔4s；电弧带来的热量使得电极产生3600℃的高温。在此温度下，石墨气化，在阴极附近沉积出含有纳米碳管的产物；
[0049] 4)将步骤1)和步骤2)中煅烧后的混合颗粒与活性炭、碳纳米管、煤焦油和水混合成浆状，研磨3h，过筛200目，在60℃的温度下烘干2h；
[0050] 5)在步骤3)中所得的颗粒上喷洒上质量分数为30％的甲基纤维素的水溶液，升温使表面的甲基纤维素水溶液包覆在颗粒的表面，烘干。
[0051] 实施例3
[0052] 一种碳纳米管修饰的改性活性炭吸附剂，按重量份数计，所述吸附剂的原料包括：活性炭50份、硅藻土20份、蒙脱土20份、碳纳米管5份、二氧化钛5份、甲基纤维素10份、煤焦油10和适量的水。
[0053] 所述的碳纳米管修饰的改性活性炭吸附剂，包括以下步骤：
[0054] 1)将20份硅藻土和5份二氧化钛分别放入球磨机，在干燥空气气氛下粉碎，获得纳米级的混合颗粒，在550℃煅烧炉中煅烧3h；
[0055] 2)将20份蒙脱土放入球磨机中，粉碎获得纳米级的颗粒，随后放在600℃的煅烧炉中煅烧2h；
[0056] 3)在真空反应室中充满氩气，采用较为粗大的石磨棒为阴极，细石磨棒为阳极，使用220V标准电压在两极之间激发出电弧，间歇激发25min，每次持续22s，间隔6s；电弧带来的热量使得电极产生3800℃的高温。在此温度下，石墨气化，在阴极附近沉积出含有纳米碳管的产物；
[0057] 4)将步骤1)和步骤2)中煅烧后的混合颗粒与活性炭、碳纳米管、煤焦油和水混合成浆状，研磨3h，过筛200目，在60℃的温度下烘干2h；
[0058] 5)在步骤3)中所得的颗粒上喷洒上质量分数为30％的甲基纤维素的水溶液，升温使表面的甲基纤维素水溶液包覆在颗粒的表面，烘干。
[0059] 实施例4
[0060] 一种碳纳米管修饰的改性活性炭吸附剂，按重量份数计，所述吸附剂的原料包括：活性炭55份、硅藻土15份、蒙脱土15份、碳纳米管5份、二氧化钛5份、甲基纤维素5份、煤焦油
15和适量的水。
[0061] 所述的碳纳米管修饰的改性活性炭吸附剂，包括以下步骤：
[0062] 1)将15份硅藻土和5份二氧化钛分别放入球磨机，在干燥空气气氛下粉碎，获得纳米级的混合颗粒，在550℃煅烧炉中煅烧3h；
[0063] 2)将15份蒙脱土放入球磨机中，粉碎获得纳米级的颗粒，随后放在600℃的煅烧炉中煅烧2h；
[0064] 3)在真空反应室中充满氩气，采用较为粗大的石磨棒为阴极，细石磨棒为阳极，使用220V标准电压在两极之间激发出电弧，间歇激发27min，每次持续20s，间隔5s；电弧带来的热量使得电极产生3850℃的高温。在此温度下，石墨气化，在阴极附近沉积出含有纳米碳管的产物；
[0065] 4)将步骤1)和步骤2)中煅烧后的混合颗粒与活性炭、碳纳米管、煤焦油和水混合成浆状，研磨3h，过筛200目，在60℃的温度下烘干2h；
[0066] 5)在步骤3)中所得的颗粒上喷洒上质量分数为30％的甲基纤维素的水溶液，升温使表面的甲基纤维素水溶液包覆在颗粒的表面，烘干。
[0067] 实施例5
[0068] 一种碳纳米管修饰的改性活性炭吸附剂，按重量份数计，所述吸附剂的原料包括：活性炭60份、硅藻土25份、蒙脱土20份、碳纳米管5份、二氧化钛5份、甲基纤维素5份、煤焦油
10和适量的水。
[0069] 所述的碳纳米管修饰的改性活性炭吸附剂，包括以下步骤：
[0070] 1)将25份硅藻土和5份二氧化钛分别放入球磨机，在干燥空气气氛下粉碎，获得纳米级的混合颗粒，在550℃煅烧炉中煅烧3h；
[0071] 2)将20份蒙脱土放入球磨机中，粉碎获得纳米级的颗粒，随后放在600℃的煅烧炉中煅烧2h；
[0072] 3)在真空反应室中充满氩气，采用较为粗大的石磨棒为阴极，细石磨棒为阳极，使用220V标准电压在两极之间激发出电弧，间歇激发25min，每次持续22s，间隔5s；电弧带来的热量使得电极产生3800℃的高温。在此温度下，石墨气化，在阴极附近沉积出含有纳米碳管的产物；
[0073] 4)将步骤1)和步骤2)中煅烧后的混合颗粒与活性炭、碳纳米管、煤焦油和水混合成浆状，研磨3h，过筛200目，在60℃的温度下烘干2h；
[0074] 5)在步骤3)中所得的颗粒上喷洒上质量分数为30％的甲基纤维素的水溶液，升温使表面的甲基纤维素水溶液包覆在颗粒的表面，烘干。
[0075] 以下是实施例1-5和未用碳纳米管修饰的活性炭标准样之间的性能检测结果。从表中可以看出，虽然由于添加了碳纳米管，使得
密度有所增加。碳纳米管使得活性炭材料具有更加好的吸附效果和更长的有效吸附时间，本发明制备的材料确实是性能优良的吸附剂材料。
[0076]
[0077]
[0078] 本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
[0079] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单
修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
