本發(fā)明涉及改性竹炭材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及巰基功能化介孔竹炭材料的制備方法。
背景技術(shù)：
竹炭是以竹材為原料，在高溫、缺氧或限制性地通入氧氣的條件下，使竹材受熱裂解而得到的主要固體產(chǎn)物。它由類似石墨的碳微晶按照螺層行結(jié)構(gòu)排列，由微晶間的強(qiáng)烈交聯(lián)形成了發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)，孔隙的大小不盡相同，是一種性能優(yōu)良的吸附材料，相較于活性炭等傳統(tǒng)吸附材料具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢。由于竹炭的孔徑分布一般集中在微孔范圍內(nèi)，對氣體和液體小分子的吸附性能較好，對一些聚合物、有機(jī)電解質(zhì)和無機(jī)大分子的吸附性較差，而且在催化劑載體、電極材料以及氣體吸附分離等領(lǐng)域的應(yīng)用效果也不理想，經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高。
為了改善竹炭的性能，賦予其更多的功能，研究者致力于對其進(jìn)行改性處理。如使用高錳酸鉀氧化、高溫氮?dú)饣罨幚?、酸堿改性等等方法，在一定程度上改善了竹炭的微孔結(jié)構(gòu)，引入了更多的官能團(tuán)，吸附能力進(jìn)一步提高，然而尚未有巰基功能化竹炭材料見報(bào)到。巰基功能化材料有著較為廣泛的用途，一方面巰基可以與pt、au、ru等貴金屬作用，可以很好地固載金屬納米粒子,如金納米粒子,可以制備成負(fù)載型金納米催化劑，催化硅烷氧化、炔烴水合等有機(jī)反應(yīng)等；另一方面巰基可以用來絡(luò)合重金屬離子，尤其對軟酸型重金屬離子的吸附容量高，可以用作吸附劑吸附重金屬離子；再者巰基還可以被氧化成磺酸基,制備成磺酸基功能化固體酸催化劑,應(yīng)用于有機(jī)合成反應(yīng)中酯化反應(yīng)、羰基加成反應(yīng)等，將會(huì)極大的提升竹炭材料的應(yīng)用價(jià)值。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供了一種巰基功能化介孔竹炭材料的制備方法。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
巰基功能化介孔竹炭材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）將竹屑經(jīng)脫水干燥處理后粉碎成50-80目竹粉，然后將竹粉放入55-65℃的活化液中恒溫?cái)嚢?0-50min后，經(jīng)抽濾、烘干后得到活化竹粉；
（2）將活化竹粉投入有機(jī)硅溶膠中加壓浸泡處理10-15min后過濾，所得濾料在氮?dú)夥諊乱?5-70℃的熱風(fēng)干燥處理25-50min，得硅溶膠包覆的竹粉備用；
（3）將所得竹粉送入干餾釜中炭化處理，處理結(jié)束后得到竹炭粉備用；
（4）將所得的竹炭粉投入巰基硅氧烷溶膠中浸泡處理1-2h，處理結(jié)束后過濾，所得物料室溫陳化12-48h；
（5）將步驟（4）所得材料投入無水乙醇中浸泡處理10-15h，使材料的含水量≤1%，然后再用去離子水浸泡處理2-5h，最后將所得竹炭粉晾干，即得所述的巰基功能化介孔竹炭材料。
所述的活化液是陰離子表面活性劑或非離子表面活性劑與堿金屬鹽、水按照1-5：1-10：100的重量比配制而成。
所述的有機(jī)硅溶膠是由如下方法制備得到：取固含量為20-30%的市售硅溶膠，在攪拌條件下滴加硅烷偶聯(lián)劑，滴加完畢后繼續(xù)攪拌反應(yīng)15-24h，隨后加入四氫呋喃，混合均勻后將體系通過減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去水分，即得所述的有機(jī)硅溶膠。
所述的硅溶膠、硅烷偶聯(lián)劑、四氫呋喃三者的體積比為1:0.1-0.15:1-1.5。
所述的炭化處理過程采用兩步炭化法，先以5-10℃/min的速率升溫至450-500℃，保溫炭化50-60min，然后再以6-8℃/min的速率升溫至700-900℃，保溫1-5h。
所述的巰基硅氧烷溶膠是由以下方法制成：將丙基硫醇三甲氧基硅烷、無水乙醇依次加入反應(yīng)容器中，攪拌均勻后加入98%的醇水溶液，并用鹽酸將體系ph值調(diào)節(jié)至2-3，繼續(xù)攪拌反應(yīng)1-1.5h后加熱回流反應(yīng)20-25h，反應(yīng)結(jié)束后減壓除去溶劑和未反應(yīng)的化合物，即得巰基硅氧烷溶膠，其中丙基硫醇三甲氧基硅烷、無水乙醇、98%醇水溶液三者按照0.2mol:75ml:80ml的配制添加。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
（1）利用含表面活性劑和堿金屬鹽的活化液對竹粉進(jìn)行初步活化處理，改善了竹粉的表面性能，提高其在有機(jī)硅溶膠中的分散性，同時(shí)金屬鹽的引入可改善后續(xù)竹粉的炭化效果，固炭率更高。
（2）經(jīng)有機(jī)硅溶膠體系浸漬處理后的竹粉炭化后得到的竹炭粉孔徑分布更為細(xì)致均勻，炭粉的強(qiáng)度更高。
（3）所得的竹炭粉經(jīng)巰基硅氧烷溶膠進(jìn)行功能化改性，利用溶膠-凝膠的方法實(shí)現(xiàn)了巰基的有效固著，制得的產(chǎn)品功能化顯著。
具體實(shí)施方式
巰基功能化介孔竹炭材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）將竹屑經(jīng)脫水干燥處理后粉碎成50目竹粉，然后將竹粉放入55℃的活化液中恒溫?cái)嚢?0min后，經(jīng)抽濾、烘干后得到活化竹粉；
（2）將活化竹粉投入有機(jī)硅溶膠中加壓浸泡處理10min后過濾，所得濾料在氮?dú)夥諊乱?5℃的熱風(fēng)干燥處理25min，得硅溶膠包覆的竹粉備用；
（3）將所得竹粉送入干餾釜中炭化處理，處理結(jié)束后得到竹炭粉備用；
（4）將所得的竹炭粉投入巰基硅氧烷溶膠中浸泡處理1h，處理結(jié)束后過濾，所得物料室溫陳化12h；
（5）將步驟（4）所得材料投入無水乙醇中浸泡處理10h，使材料的含水量≤1%，然后再用去離子水浸泡處理2h，最后將所得竹炭粉晾干，即得所述的巰基功能化介孔竹炭材料。
所述的活化液是烷基苯磺酸鈉與碳酸鈉、水按照1：1：100的重量比配制而成。
所述的有機(jī)硅溶膠是由如下方法制備得到：取固含量為20%的市售硅溶膠，在攪拌條件下滴加硅烷偶聯(lián)劑kh560，滴加完畢后繼續(xù)攪拌反應(yīng)15h，隨后加入四氫呋喃，混合均勻后將體系通過減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去水分，即得所述的有機(jī)硅溶膠，其中硅溶膠、硅烷偶聯(lián)劑kh560以及四氫呋喃三者的體積比為1:0.1:1。
所述的炭化處理過程采用兩步炭化法，先以5℃/min的速率升溫至450℃，保溫炭化50min，然后再以6℃/min的速率升溫至700℃，保溫1h。
所述的巰基硅氧烷溶膠是由以下方法制成：將丙基硫醇三甲氧基硅烷、無水乙醇依次加入反應(yīng)容器中，攪拌均勻后加入98%的醇水溶液，并用鹽酸將體系ph值調(diào)節(jié)至2，繼續(xù)攪拌反應(yīng)1h后加熱回流反應(yīng)20h，反應(yīng)結(jié)束后減壓除去溶劑和未反應(yīng)的化合物，即得巰基硅氧烷溶膠，其中丙基硫醇三甲氧基硅烷、無水乙醇、98%醇水溶液三者按照0.2mol:75ml:80ml的配制添加。