CN101439280A - 膨胀石墨基复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于处理含苯酚工业污水的材料，其由膨胀石墨、蔗糖基活性炭组成，各组份所占质量百分比为：膨胀石墨10－50％、蔗糖基活性炭50－90％；其组织结构为在以膨胀石墨外部缠绕空间、蠕虫外部孔和内部孔为骨架的基体上覆盖几十纳米到几个微米厚的活性炭层，活性炭层上密布纳米级孔隙。制备过程是称取一定量膨胀石墨进行压块，之后将块体浸于质量浓度为20－70％的蔗糖溶液中，一段时间后取出进行80－160℃的固化，再在200－600℃氮气气氛下，炭化1－6小时，然后将所得样品置于活化剂溶液中进行多次浸渍，而后在300－900℃氮气气氛下，活化1－6小时，得到膨胀石墨基复合材料，其比表面积在1000m2/g以上。它具有处理含苯酚污水能力强、效果显著的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于处理含苯酚工业污水的材料，特别是用于处理含苯酚工业污水的膨胀石墨基复合材料及其制备方法，它适用于处理含苯酚污水，能大量、高效处理含苯酚污水，经处理的含苯酚污水能够达到国家标准规定的排放标准，且可有效回收污水中所含苯酚。
背景技术
苯酚作为一种常见的工业污染物，具有极强的生物毒性，即便是在低浓度下对人体及微生物也有毒害作用。含酚污水主要来自石油化工厂、树脂厂、焦化厂和炼油化工厂，是工业有机污水中最普遍最有代表性的一类；GB8978-1996规定的工厂污水含酚量排放标准为：≤2.0mg/L，一级标准为：≤0.5mg/L。
当前主要利用吸附法对含苯酚污水进行处理，而吸附剂则主要采用活性炭。尽管活性炭的吸附容量较大，对高、低浓度含苯酚污水都有较好的去除效果，然而由于再生条件苛刻、高耗能，导致用活性炭处理含苯酚污水的方法在经济上的可行性受到了质疑，再加上由于孔径偏小且主要为半通孔和封闭孔，通透性不足，仅能进行实验室阶段的小批量静态吸附，而无法满足工业化动态吸附应用的需要。因此，开发一种新型的吸附材料，从而满足去除并回收苯酚，以达到环境保护和苯酚回收利用的目的就迫在眉睫。
膨胀石墨是一种非常优秀的碳质吸附材料，它的微米级大孔及内部连通孔结构决定了它具有非常好的工业化应用前景，它满足了含苯酚污水动态吸附处理的工业化需要，如日本专利特开平3-258029就应用膨胀石墨进行重油的吸附处理。然而由于其孔径过大，并不能有效匹配苯酚的纳米级小分子，因此也就不能有效吸附苯酚分子。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的旨在提供一种处理含苯酚工业污水的能力强、效果显著的膨胀石墨基复合材料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：膨胀石墨基复合材料，其特征是：它是由膨胀石墨、蔗糖基活性炭组成，各组份所占质量百分比为：膨胀石墨10-50％、蔗糖基活性炭50-90％；其组织结构为在以膨胀石墨外部缠绕空间、蠕虫外部孔和内部孔为骨架的基体上覆盖几十纳米到几个微米厚的活性炭层，活性炭层上密布纳米级孔隙。
所述的膨胀石墨基复合材料，其具体制备工艺过程如下：
称取一定量膨胀石墨进行压块，之后将块体浸于质量浓度为20-70％的蔗糖溶液中，一段时间后取出进行80-160℃的固化，再在200-600℃氮气气氛下，炭化1-6小时，然后将所得样品置于活化剂溶液中进行多次浸渍，而后在300-900℃氮气气氛下，活化1-6小时，得到膨胀石墨基复合材料，其比表面积在1000m2/g以上。通过选择不同活化方式来改进制备工艺，如炭化后直接采用活化气进行活化或者在初始浸渍工艺中加入磷酸溶液来进行活化，不同活化工艺均可得到比表面积在1000m2/g以上的膨胀石墨基复合材料。蔗糖经炭化、活化后，其收率在10-40％，炭化材料与活化剂的质量比为(1：1～5)。其中活化剂溶液为KOH或K2CO3溶液，活化气为CO2或水蒸汽。
本发明利用孔隙丰富且主要为微米级的膨胀石墨与蔗糖基活性炭进行复合，利用膨胀石墨内部微米级连通孔和外部缠绕空间来提供骨架和通道，利用蔗糖基活性炭和经过修饰的膨胀石墨内部纳米级小孔来选择性吸附工业污水中的苯酚小分子，不但满足了处理效果，达到了工业含苯酚污水的排放标准，而且也实现了对工业含苯酚污水的动态吸附，具有非常高的应用价值。
附图说明
图1为所制备膨胀石墨基复合材料的表观SEM图
图2为所制备膨胀石墨基复合材料的内部孔结构SEM图
图3为所制备膨胀石墨基复合材料的XRD图
图4为所制备膨胀石墨基复合材料与其它材料对苯酚吸附效果的对比图
具体实施方式
本发明结合实例作进一步详述：
实施例1：以蔗糖为炭源，以KOH为活化剂。
1.称取0.2g膨胀石墨，置于模具中进行压块。
2.将块体浸于20％的蔗糖溶液中，2小时后取出，置于温度为100℃的烘箱中进行固化20小时。
3.在600℃，氮气气氛下，将固化块体置于管式炉中进行炭化，炭化时间为6小时。
4.将炭化材料取出，浸于质量浓度为40％的KOH溶液中3小时，取出炭化材料在80℃下烘干，重复进行多次浸渍。
5.在600℃，氮气气氛下，将4中所得块体置于管式炉中活化1小时。
6.将所得复合材料置于流动水下冲洗20小时，然后在80℃下进行烘干，即得膨胀石墨基复合材料。
实施例2：以蔗糖为炭源，以K2CO3为活化剂。
1.称取0.2g膨胀石墨，置于模具中进行压块。
2.将块体浸于40％的蔗糖溶液中，2小时后取出，置于温度为120℃的烘箱中进行固化20小时。
3.在500℃，氮气气氛下，将固化块体置于管式炉中进行炭化，炭化时间为5小时。
4.将炭化材料取出，浸于质量浓度为40％的KOH溶液中3小时，取出炭化材料在80℃下烘干，重复进行多次浸渍。
5.在500℃，氮气气氛下，将4中所得块体置于管式炉中活化2小时。
6.将所得复合材料置于流动水下冲洗20小时，然后在80℃下进行烘干，即得膨胀石墨基复合材料。
实施例3：以蔗糖为炭源，以CO2为活化气。
1.称取0.2g膨胀石墨，置于模具中进行压块。
2.将块体浸于70％的蔗糖溶液中，1小时后取出，置于温度为160℃的烘箱中进行固化30小时。
3.在300℃，氮气气氛下，将固化块体置于管式炉中进行炭化，炭化时间为4小时。
4.将4中所得块体置于管式炉中，在900℃下通入CO2气体，进行活化6小时，得到膨胀石墨基复合材料。
实施例4：以蔗糖为炭源，以磷酸为活化剂。
1.称取0.2g膨胀石墨，置于模具中进行压块。
2.将块体浸于磷酸蔗糖混合溶液(蔗糖溶液质量浓度为60％、蔗糖与磷酸质量比为1：5)中，2小时后取出，置于温度为80℃的烘箱中进行固化30小时。
3.在200℃，氮气气氛下，将固化块体置于管式炉中进行炭化，炭化时间为1小时。
4.在300℃，氮气气氛下，将4中所得块体置于管式炉中活化3小时。
5.将所得块体置于质量比为盐酸：氢氟酸＝2：3的混合酸中浸渍15小时。
6.将所得块体置于流动水下冲洗20小时，然后在80℃下进行干燥，即得膨胀石墨基复合材料。
Claims (5)
1.膨胀石墨基复合材料，其特征是：其由膨胀石墨、蔗糖基活性炭组成，各组份所占质量百分比为：膨胀石墨10-50％、蔗糖基活性炭50-90％；其组织结构为在以膨胀石墨外部缠绕空间、蠕虫外部孔和内部孔为骨架的基体上覆盖几十纳米到几个微米厚的活性炭层，活性炭层上密布纳米级孔隙。
2.根据权利要求1所述的膨胀石墨基复合材料，其特征是：所采用膨胀石墨为天然鳞片石墨经化学氧化、插层、水洗，并经高温膨化所得；天然鳞片石墨的粒径范围为20-50目，膨胀石墨的膨胀体积在350mL/g以上。
3.根据权利要求1所述的膨胀石墨基复合材料的制备方法，其特征是：膨胀石墨基体在蔗糖溶液中经浸渍—涂敷工艺后于80-160℃下进行固化，再在200-600℃氮气气氛下，炭化1-6小时，然后将炭化材料置于活化剂溶液中多次浸渍后，在300-900℃氮气气氛下，活化1-6小时，最后将所得复合材料置于流动水下冲洗20小时再经80℃下干燥后得到膨胀石墨基复合材料，其比表面积在1000m2/g以上，其中活化剂溶液为KOH或K2CO3溶液。
4.根据权利要求1所述的膨胀石墨基复合材料的制备方法，其特征是：膨胀石墨基体在蔗糖溶液中经浸渍—涂敷工艺后于80-160℃下进行固化，再在200-600℃氮气气氛下，炭化1-6小时，然后将炭化材料置于活化剂溶液中多次浸渍后，炭化材料在300-900℃，选用活化气进行活化1-6小时，得到膨胀石墨基复合材料，其比表面积在1000m2/g以上，其中活化气为CO2或水蒸汽。
5.根据权利要求1所述的膨胀石墨基复合材料的制备方法，其特征是：膨胀石墨基体在磷酸蔗糖混合溶液中经浸渍—涂敷工艺后在80-160℃下进行固化，再在200-600℃氮气气氛下，炭化1-6小时，然后在300-900℃氮气气氛下，活化1-6小时，之后将所得块体置于质量比为盐酸：氢氟酸＝2：3的混合酸中浸渍15小时，再置于流动水下冲洗20小时，最后在80℃下进行干燥得到膨胀石墨基复合材料，其比表面积在1000m2/g以上。
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