强碱型阴离子活性炭吸附剂及其制备方法和应用

摘要

本发明涉及一种强碱型阴离子活性炭吸附剂及其制备方法和应用。它是以弱碱性AC-g-VAm活性炭为母体，通过季铵化反应，在活性炭结构中引入含季铵基团的强碱性阴离子基团；所述的季铵基团为：2,3-环氧丙基三甲基氯化铵或丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。所述的活性炭中2,3-环氧丙基三甲基氯化铵季铵基含量为0.4105~5.2018mmol/g；或活性炭中丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵季铵基含量为0.5567~5.2217mmol/g。该类吸附剂既保留了活性炭优异的吸附性能，同时由于引入了强碱型阴离子交换基团，使该类吸附剂对酸性气体、有毒气体具有更高的清除及吸附效率。本发明涉及化学毒气防护装置，酸性有毒气体防护，污水及废液处理，大气污染与防治等领域。

主权项

一种强碱性阴离子基活性炭吸附剂，其特征在于它是以活性炭为基体，预辐照接枝丙烯酰胺（AAm），经霍夫曼降解、以及季铵化反应，得到伯胺型AC‑g‑VAm活性炭，再以弱碱性基活性炭AC‑g‑VAm为母体，硝酸铈铵为引发剂，分别接枝2,3‑环氧丙基三甲基氯化铵（ETA）和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DAC），得到两种强碱性阴离子基活性炭吸附剂：AC‑g‑VAm‑ETA与AC‑g‑VAm‑DAC；所述的强碱型阴离子活性炭吸附剂中2,3‑环氧丙基三甲基氯化铵季铵基含量为0.4105~5.2018mmol/g；吸附剂中丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵季铵基含量为0.5567~5.2217mmol/g；制备方法包括的步骤：  1）在空气气氛、20~25℃下，采用⁶⁰Co γ射线将活性炭以2 kGy/h的剂量率进行预辐照20kGy~50kGy，10~25h后于‑20℃冷冻储存，再与硫酸亚铁铵、丙烯酰胺的水溶液混合，其中，预辐照后的活性炭与丙烯酰胺单体质量比为1:1~1:10，丙烯酰胺单体浓度控制在5%~40%，体积百分比；硫酸亚铁铵浓度为0.01~10%，通氮气保护，在60~80℃下进行接枝反应4~6h，接枝活性炭在稀盐酸溶液中浸泡16~24h，放入索氏提取器中用水提取6~10h，以去除AAm单体及其均聚物；在50~60℃，‑0.07~‑0.09MPa条件下真空干燥20~24h，得到接枝率87%~310%的AC‑g‑AAm活性炭；2）室温20~25℃下将AC‑g‑AAm接枝活性炭置于水中保持24~48h，在‑15℃~0℃下，加入计量的NaOH溶液和NaClO溶液反应8~12h，其中，酰胺基团与次氯酸钠物质的量之比为1:0.5~4；次氯酸钠与氢氧化钠的物质的量之比为1:10~50；酰胺基团与氢氧化钠的物质的量之比为1:10~50；用‑5~0℃的甲醇将活性炭洗涤至中性，放在10~12mol/L盐酸中反应，再水洗涤至中性，在50~60℃，‑0.07~‑0.09MPa条件下真空干燥20‑24h，可以得到降解率23~90%，胺基交换量为0.27~5.54mmol/g的AC‑g‑VAm活性炭；3）硝酸铈铵存在下，以异丙醇作溶剂，氮气保护，AC‑g‑VAm活性炭与和2,3‑环氧丙基三甲基氯化铵（ETA）于60~90℃回流反应10‑12h，其中，引发剂硝酸铈铵浓度为0.1~1mmol/L，2,3‑环氧丙基三甲基氯化铵（ETA）的浓度为10~40%，AC‑g‑VAm活性炭与2,3‑环氧丙基三甲基氯化铵（ETA）的质量比为1:1~1:10；冷却室温，产物分别用甲醇、丙酮洗涤，在50~60℃，‑0.07~‑0.09MPa条件下真空干燥20~24h；或室温下AC‑g‑VAm活性炭于水中保持20‑24h，加入引发剂硝酸铈铵溶液，其中，引发剂硝酸铈铵浓度为10~50mmol/L，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DAC）的浓度为10~40%，AC‑g‑VAm活性炭与丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DAC）的质量比为1:1~10，氮气保护，于30~70℃搅拌反应4~6h，加入质量分数为5~40%的氢氧化钠溶液，抽滤，产物水洗至中性，在50~60℃，‑0.07~‑0.09MPa条件下真空干燥20~24h。