CN101708843A - 一种利用pet矿泉水废瓶制备高比表面积活性炭的方法 - Google Patents

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廉菲
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Abstract

一种利用PET矿泉水废瓶制备高比表面积活性炭的方法，以废弃PET矿泉水瓶为原料，采用先将原料碱性水解后再活化的方法来制备高比表面积活性炭，步骤如下：1)将PET矿泉水瓶粉碎成碎片，与活化剂氢氧化钾混合，然后加入蒸馏水，在高温下搅拌混合并充分反应；2)将混合物置于马弗炉中烘干；3)将烘干物在氮气气氛中于高温下活化处理；4)在氮气气氛中冷却、酸洗并冲洗至中性，于烘箱中烘干即可。本发明的优点是：工艺简便、活化剂用量少，产率高；2)制备的活性炭，比表面积高，孔隙分布窄，吸附性能优良；3)原料与活化剂混合均匀且同时发生水解反应，活化剂能够得以充分利用，可减少活化剂用量，降低生产成本。

Description

一种利用PET矿泉水废瓶制备高比表面积活性炭的方法
技术领域
本发明属于化工以及环境保护技术领域，特别是涉及一种利用PET矿泉水废瓶制备高比表面积活性炭的方法。
背景技术
随着工业和加工制造业的快速发展，合成高分子产品在人们生产生活中所占的比重也日益增加。然而与此同时，消费后的高分子产品，如塑料，大多成为固体废弃物出现在工业及生活垃圾中。人工高分子废弃物几乎不可被生物降解，长期的大量积累将对环境造成严重污染，甚至阻断食物链，打破生态平衡影响生态系统的健康发展。因此，如何科学有效地处置人工高分子废弃物已成为各国政府和企业高度关注的重大议题之一。
活性炭为多孔碳素材料，具有丰富的内部孔隙结构和巨大的比表面积，而且性质稳定，耐酸碱以及高温高压，因而被广泛地应用于化工、环保、国防等领域。目前，随着对活性炭的要求越来越高，开发既环境友好、又灰分含量低，孔径分布集中、高比表面积的优质活性炭已成为各国科技工作者研究的热点之一。已有报道的替代煤和木质制备活性炭的新材料主要包括沥青、污泥、石油焦等。人工废弃高分子材料，如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)废弃物，通常具有含碳量高、杂质含量少等特点，因而有可能成为制备活性炭的优良原料，变废为宝，实现资源的循环利用。此外，传统的化学活化方法是将原材料与活化剂直接混合后进行活化处理。此方法不能充分造孔而且活化剂用量较大(一般为原料的6～10倍)，成本较高。
本发明采用了先将原料碱性水解后再活化的方法，其加工工艺简便，活化剂用量少，产品得率可达50％以上，适合于工厂化批量生产，且该活性炭产品比表面积高，孔隙发达，吸附性能优良，应用前景广阔。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种工艺简便、活化剂用量少、产率高且制得活性炭产品比表面积高、孔隙发达、吸附性能优良的利用PET矿泉水废瓶制备高比表面积活性炭的方法。
本发明的技术方案：
一种利用PET矿泉水废瓶制备高比表面积活性炭的方法，以废弃PET矿泉水瓶为原料，采用先将原料碱性水解后再活化的方法来制备高比表面积活性炭，具体工艺步骤如下：
1)将PET矿泉水瓶粉碎成直径小于5mm的碎片，与活化剂氢氧化钾混合，然后加入蒸馏水使氢氧化钾全部溶解，在温度为110℃条件下搅拌混合3个小时，使碎片与氢氧化钾能够充分反应；
2)将混合物置于110℃的马弗炉中烘干24小时；
3)将烘干物在氮气气氛中于温度为850℃条件下活化处理90分钟；
4)在氮气气氛中冷却至室温，然后酸洗，最后用高纯水反复冲洗至中性，于110℃烘箱中烘干即可制得最终产品。
所述步骤1)中PET矿泉水碎片含碳量为62％，灰分含量为0.12％。
所述步骤1)中PET矿泉水瓶碎片与活化剂氢氧化钾的质量比为1∶4。
所述步骤3)中的活化处理是在管式炉中进行，其升温速率为20℃/min，氮气流速为0.2L/min。
所述步骤4)中的酸洗为用浓度为1mol/L的盐酸浸泡24小时。
本发明的优点是：1)工艺简便、活化剂用量少，产率高，可达50％以上；2)以废弃PET矿泉水瓶为原料制备的活性炭，比表面积可达2831m2/g以上，孔隙分布窄，以2～5nm的中孔为主，吸附性能优良；3)采用固液混合的方式，可使原料与活化剂混合均匀且同时发生水解反应，活化剂能够得以充分利用，可减少活化剂用量，降低生产成本。
具体实施方式
实施例：
一种利用废弃的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)矿泉水瓶制备高比表面积活性炭的方法，以废弃PET矿泉水瓶为原料，采用先将原料碱性水解后再活化的方法来制备高比表面活性炭，具体工艺步骤如下：1)将废弃PET矿泉水瓶粉碎成直径＜5mm的碎片，该PET矿泉水碎片含碳量为62％，灰分含量为0.12％，分别取20.0g碎片和80.0g氢氧化钾(质量比为1∶4)置于玻璃烧杯中，然后加入蒸馏水使氢氧化钾全部溶解，再在110℃条件下搅拌混合3个小时，使瓶片与氢氧化钾能够充分反应；2)将混合物置于110℃的马弗炉中烘干24小时；3)将烘干物在管式炉中氮气气氛下于850℃活化处理90分钟(升温速率为20℃/min，氮气流速为0.3L/min)；4)在氮气气氛中冷却至室温后取出活化产物，用浓盐酸(1mol/L)浸泡24小时，最后用高纯水反复冲洗至中性，于110℃烘箱中烘干制得高比表面积活性炭。经检测显示，其产率高达50％。
通过扫描电镜和透射电镜对制得的高比表面积活性炭进行检测，结果表明：其BET比表面积为2831m2/g、平均孔径为2.53nm；中孔(2nm＜孔径＜50nm)体积为1.30cm3/g，占总孔体积的72.6％。可见，该产物为典型的中孔活性炭，而孔径＜5nm的孔隙体积为1.18cm3/g，占总孔体积的73.2％，可进一步说明本活性炭的孔径主要分布于2～5nm之间。本活性炭产品的主要特征如表1所示。
表1
  得率(％)   比表面积(m2/g)   平均孔径(nm)   总孔体积(cm3/g)   微孔体积(cm3/g)   中孔体积(cm3/g)   中孔体积比(％)
  活性炭   50.0   2831   2.53   1.79   0.25   1.30   72.6
应用实例：
准确称取经研磨至150μm的干燥活性炭样品20mg，置于100mL具磨口塞的锥形瓶中，加入一定量预先配好的缓冲液，盖紧瓶盖，静置24小时以使样品完全润湿。加入适量的亚甲基蓝溶液，然后将锥形瓶置于水平震荡机上以150转/分的速度室温下(23-25℃)混合3天，以保证达到吸附平衡。待平衡后，取上清液于光径为1cm的比色皿中，用分光光度计在波长665nm下测定吸光度，根据标准曲线最终得到样品的亚甲基蓝平衡吸附值(1051mg/g)。碘吸附值按照GB/T 12496.8-1999所示方法进行，测定的碘吸附值为1937mg/g。亚甲基蓝吸附值是检验活性炭吸附性能的最常用的指标之一，与碘吸附值一起构成评价活性炭液相吸附性能的有效手段。根据以上实验可以证明，本发明对亚甲基蓝和碘的吸附值均超过了国家一级品标准，具有很强的吸附能力，应用前景广阔。

Claims (5)

1.一种利用PET矿泉水废瓶制备高比表面积活性炭的方法，其特征在于：以废弃PET矿泉水瓶为原料，采用先将原料碱性水解后再活化的方法来制备高比表面积活性炭，具体工艺步骤如下：
1)将PET矿泉水瓶粉碎成直径小于5mm的碎片，与活化剂氢氧化钾混合，然后加入蒸馏水使氢氧化钾全部溶解，在温度为110℃条件下搅拌混合3个小时，使碎片与氢氧化钾能够充分反应；
2)将混合物置于110℃的马弗炉中烘干24小时；
3)将烘干物在氮气气氛中于温度为850℃条件下活化处理90分钟；
4)在氮气气氛中冷却至室温，然后酸洗，最后用高纯水反复冲洗至中性，于110℃烘箱中烘干即可制得最终产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中PET矿泉水碎片含碳量为62％，灰分含量为0.12％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中PET矿泉水瓶碎片与活化剂氢氧化钾的质量比为1∶4。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤3)中的活化处理是在管式炉中进行，其升温速率为20℃/min，氮气流速为0.2L/min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤4)中的酸洗为用浓度为1mol/L的盐酸浸泡24小时。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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