本发明涉及异味气体吸附净化，具体涉及一种氧化改性的活性炭纤维毡吸附剂及其制备方法和对低浓度氨气吸附的应用。
背景技术：
1、密闭的空间，例如室内、地铁、地下商场等空气流动性较差的地方易产生痕量异味气体，其浓度会随着时间的推移而富集。氨气(nh3)作为一种典型的具有污染性和强腐蚀性的碱性异味气体，对人体有极大的危害，空气中nh3含量大于0.02vol％即可引起人体慢性中毒。短期(少于8h)暴露在nh3环境中可能会刺激呼吸道、眼睛和皮肤，而长时间暴露在nh3浓度高于300×10-6(vol)的环境中则会导致严重的疾病甚至死亡。我国制定的gjb 11a-1998规定密闭空间中nh3的容许浓度不能高于3.5mg/m3。开展密闭空间异味氨气的净化技术研究成为当前所面临的重要课题之一。目前国内外对于密闭空间异味氨气的净化技术主要有吸附法、低温等离子净化方法、催化净化法以及臭氧净化法。其中吸附法具有效率高、能回收有用组分、设备简单、操作方便、易于实现自动控制等优点，因此广泛被运用于净化密闭空间中的痕量氨气，但是目前制约吸附技术净化效果的主要是吸附剂的发展。
2、具有比表面积大、微孔丰富、来源广泛等优点的活性炭材料依然是处理气体污染物的首选材料之一。活性炭纤维毡作为活性炭的一种织物形式，相比于传统活性炭，活性炭纤维毡具有大比表面积(1000～3000m2/g)和高纤维孔隙率(约80％)和丰富的微孔结构，对低浓度物质显现更优异的吸附能力。活性炭纤维制品具有普通纤维的机械物理性能，能够设计更加小型紧凑的各种吸附装置。同时纤维在振动的操作条件下不会发生装填松动或过紧，克服了粉末活性炭(pac)和颗粒活性炭(gac)在操作时易形成沟槽和沉降等问题。然而未改性的活性炭纤维毡对nh3的吸附以物理吸附为主，其吸附能力仍然有限。通常需要对其进行改性处理以增强能力，大多采用金属负载的改性方法，如专利cn 113546608 a对活性炭纤维进行金属离子负载，然后对负载后的活性炭纤维进行160℃热处理得到改性活性炭纤维，改性后的活性炭纤维吸附能力得到了提升。然而采用金属改性活性炭纤维的制备方法增加了吸附剂的使用成本，同时活性炭纤维与金属活性组分之间缺乏强相互作用，负载的金属容易脱落，在实际水汽工况条件下，分散在炭纤维表面的金属活性组分会发生溶解再结晶而产生团聚，导致材料性能稳定性差以及现场环境污染等问题。因此寻求性能更加稳定和高效的活性炭纤维毡吸附剂，以及绿色和经济的制备改性方法具有实际应用意义。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种氧化改性的活性炭纤维毡吸附剂及其制备方法和对低浓度氨气吸附的应用。本发明提出的氧化改性活性炭纤维毡吸附剂具有稳定的高含量含氧官能团，能够高效深度脱除低浓度氨气，同时改性方法避免引入金属位点，具有绿色经济和性能稳定的优势。
2、为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：
3、一种氧化改性的活性炭纤维毡吸附剂及其制备方法和对低浓度氨气吸附的应用，其特征在于，包括活性炭纤维毡基体和活性炭纤维毡表面含氧基团，所述氧含量与活性炭纤维毡的质量比为10～30：100。活性炭纤维材料在基本层结构边沿处的碳原子趋向于和氧、氢等其它元素结合形成氧表面化合物，不可避免的损失一部分比表面积，在本发明的质量比范围内既能最大化活性炭纤维毡的表面含氧基团，又能避免材料孔隙结构的大幅降低。
4、优选地，所述的一种氧化改性的活性炭纤维毡吸附剂，其特征在于，所述表面含氧基团包括羧基，酯基，酚羟基，酸酐，羰基，醚基的一种以上。
5、优选地，所述的一种氧化改性的活性炭纤维毡吸附剂，其特征在于，所述活性炭纤维毡基体的比表面积为1000～3000m2/g，孔宽分布为0.5～2nm。
6、优选地，所述的一种氧化改性的活性炭纤维毡吸附剂，其特征在于，所述活性炭纤维毡基体厚度2～3mm，能自由地加工成不同形态的纤维制品。
7、优选地，所述的一种氧化改性的活性炭纤维毡吸附剂中的活性炭纤维为粘胶基活性炭纤维、酚醛基活性炭纤维、沥青基活性炭纤维、丙烯腈基活性炭纤维中的一种。粘胶基活性炭纤维和酚醛基活性炭纤维均具有比表面积大(900～3000m2/g)的特点；丙烯腈基活性炭纤维元素组成上除了c、h、o之外还含有n元素，能通过氢键作用高效捕获nh3，沥青基活性炭纤维原料便宜，具备价格竞争优势。
8、一种氧化改性的活性炭纤维毡吸附剂及其制备方法和对低浓度氨气吸附的应用，其特征在于，所述制备方法包含以下步骤：
9、(1)活性炭纤维毡的前处理：将活性炭纤维毡裁剪成直径17mm的圆片备用，将活性炭纤维毡与乙醇水溶液按比例混合，超声或搅拌10-30分钟，过滤后将所得固体置于80～180℃恒温下进行干燥除去杂质，冷却至室温待用；
10、(2)氧化活性炭纤维毡吸附剂的制备：将步骤(2)所得活性炭纤维毡进行氧化处理，得到氧质量含量为10％-30％的氧化改性活性炭纤维毡吸附剂。
11、优选地，步骤(1)中，所述活性炭纤维毡与乙醇水溶液的质量比为1:50～100，干燥时间为8～10h，以除去表面吸附的杂质。
12、优选地，步骤(2)所述的氧化处理为气相氧化或液相氧化；所述的气相氧化的气态氧化剂为空气、臭氧、氧气、二氧化碳的其中一种，所述的液相氧化的液态氧化剂为氧化剂溶液选自硝酸、过硫酸铵、过氧化氢、次氯酸钠中的一种。
13、优选地，所述的气相氧化中的气态氧化剂流量为0.1-1l/min，温度为150-300℃，升温速率为1-10℃/min，处理时间为30-180min。
14、优选地，所述的液相氧化的液态氧化剂溶液的浓度为0.2～2mol/l，搅拌温度为40～60℃，搅拌时间为3～6h。
15、优选地，步骤(2)中活性炭纤维毡与所述液态氧化剂的用量比为1g：90-110ml。
16、一种如上所述的氧化改性活性炭纤维毡吸附剂的应用，所述用途为用于低浓度nh3的室温吸附净化。
17、优选地，所述的痕量nh3浓度范围为1000～5000×10-6mol/mol-空气。
18、本发明提出一种用于低浓度氨气吸附的氧化改性的活性炭纤维毡吸附剂的制备方法。选用活性炭纤维毡作为基底材料，通过气相氧化或液相氧化等方法，对炭纤维基底表面进行表面功能强化来调整表面化学，通过调控氧化条件(氧化剂浓度、温度、时间等)赋予活性炭纤维毡基体表面高含量含氧官能团(羧基、酯基和酸酐等)，增强吸附剂与碱性nh3之间的化学相互作用。制备出能在常温常压条件下实现高穿透容量的活性炭纤维毡吸附剂。它具有低阻化、高强度和高性能的优势，是一种具有实际低浓度异味气体高效净化前景的吸附材料。
19、与现有技术相比，本发明具有如下优势：
20、(1)本发明提供了一种活性炭纤维毡表面功能强化的改性方法，通过该方法引入的表面含氧官能团与活性炭纤维上结合力强，提高了材料在实际工况下吸附性能的稳定性；此外，含氧官能团提供酸性吸附位点能实现对低浓度碱性氨气的靶向吸附，提高材料的吸附选择性。同时，改性过程中没有引入金属位点，有利于工程化应用降低成本和实现绿色环保生产。
21、(2)本发明提供的氧化改性活性炭纤维毡吸附剂，选用炭纤维毡作为基体材料，来源广且具有良好的机械强度，其中活性炭纤维毡的厚度2～3mm，能自由地加工成不同形态的纤维制品，便于设计出更小型紧凑的空气净化器。
22、(3)本发明提供的氧化改性活性炭纤维毡吸附剂具有在常温常压条件下对痕量nh3初始净化效率高(≥95％)，穿透吸附容量高(nh3≮50mg/g)的优势。
1.一种氧化改性的活性炭纤维毡吸附剂，其特征在于，包括活性炭纤维毡基体和活性炭纤维毡表面含氧基团，所述氧含量与活性炭纤维毡的质量比为10～30：100。
2.如权利要求1所述的一种氧化改性的活性炭纤维毡吸附剂，其特征在于，所述表面含氧基团包括羧基，酯基，酚羟基，酸酐，羰基，醚基的一种以上。
3.如权利要求1所述的一种氧化改性的活性炭纤维毡吸附剂，其特征在于，所述活性炭纤维毡基体的比表面积为1000～3000m2/g，孔宽分布为0.5～2nm。
4.如权利要求1所述的一种氧化改性的活性炭纤维毡吸附剂，其特征在于，所述活性炭纤维毡基体的炭纤维为粘胶基纤维、酚醛基纤维、沥青基纤维、丙烯腈纤维中的一种。
5.权利要求1～4任一项所述的一种氧化改性的活性炭纤维毡吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述活性炭纤维毡与乙醇水溶液的质量比为1:50～100，干燥时间为8～10h；所述裁剪具体为：将活性炭纤维毡裁剪成直径17mm的圆片；所述搅拌的时间为：10～30分钟。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述的氧化处理为气相氧化或液相氧化；所述的气相氧化的气态氧化剂为空气、臭氧、氧气、二氧化碳的其中一种，所述的液相氧化的液态氧化剂为氧化剂溶液选自硝酸、过硫酸铵、过氧化氢、次氯酸钠中的一种。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，气态氧化剂流量为0.1～1l/min，温度为150～300℃，升温速率为1～10℃/min，处理时间为30-180min；
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的活性炭纤维毡与液态氧化剂的用量比为1g：90～110ml。
10.一种如权利要求1～4任一项所述的一种氧化改性的活性炭纤维毡吸附剂的应用，其特征在于，应用于密闭空间中低浓度异味气体痕量nh3的吸附净化，所述痕量nh3浓度范围为1000～5000×10-6mol/mol-空气。
