CN101979316A - 利用废旧聚对苯二甲酸乙二醇酯制备活性炭材料的方法 - Google Patents

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陈晋阳
阮如意
李志�
张�杰
刘桂洋
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Abstract

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为一类应用广泛的塑料，由于使用后的废PET在自然条件下不腐烂、难降解，造成严重的环境问题，通过化学改性将其再资源化具有环境与经济双重效益。废PET制备为活性炭的过程分为炭化和活化两个步骤。炭化过程主要是原料PET生成碳材料的过程，活化则是活化剂对碳材料的活化和生成孔道结构的过程。炭化过程为温度450～600℃、时间90～150min、碱炭比(3～5):1；活化过程采用化学活化法，以K2CO3为活化剂，活化温度750～850℃、活化时间45～75min，通过两个过程的处理将废PET制备出了较高比表面积和较好孔结构的活性炭。

Description

利用废旧聚对苯二甲酸乙二醇酯制备活性炭材料的方法
技术领域
本发明涉及一种PET废塑料作为原料制备活性炭材料的方法，属于废聚合物回收利用技术领域。
背景技术
以其以其优异的性能而广泛用于饮料瓶、纤维、薄膜、片基及电器绝缘材料等领域，随着聚酯工业的迅猛发展，伴随而来的是聚酯废料的剧增，如不加以合理的回收利用，不仅造成巨大的资源浪费，而且产生严重的环境污染。由于废塑料常规的填埋、焚烧、以及直接热裂解制油的方法都存在一定的问题。
目前废PET最广泛的、较合理的处理方法是直接再生利用，不过由于杂质、热降解等影响，再生料的物理性能低，而且透明度和卫生性都存在问题，使用受到限制，因此，通过化学改性来实现其再资源化的利用是一种有效途径。
活性炭是一种常用吸附剂，因其具有发达的空隙结构、化学性质稳定、有大量优质表面官能团等性质，在工业上有着很广泛的应用。近年来，由于已有采用其他高聚物制备活性炭的先例，因此，尝试将废PET制备成高比表面积的活性炭的研究，不仅具有经济效益，也有很好环境效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用废旧聚对苯二甲酸乙二醇酯制备活性炭材料的方法。
本发明的目的通过下述技术方案来实现。
一种利用废旧聚对苯二甲酸乙二醇酯制备活性炭材料的方法，该方法具体的工艺过程与步骤如下。
（1）样品前处理：废PET用去离子水冲洗干净，放入烘箱中35～45℃烘18～30h。烘干后的废PET放入粉碎机中粉碎并过60～90目筛，得到粉末状PET。然后将一份质量的废PET与3～5份质量的活化剂K2CO3混合均匀。
（2）炭化-活化处理：将上述混合均匀的原料放入管式加热炉，在氮气保护下，以8～12℃/min的升温速率加热到炭化温度450～600℃，保持90～150min；再以8～12℃/min的升温速率加热到活化温度750～850℃，活化45～75min；活化后在氮气保护下自然的冷却至室温。
（3）样品后处理：将炭化和活化完后的样品先用0.4～0.6mol/L的盐酸溶液洗涤，再用去离子水冲洗干净，洗涤后的产品放入110～130℃烘箱中烘18～30h，即得到干燥的活性炭样品。
通过如上步骤采用炭化与活化两步化学处理的方法处理PET制备出的活性炭，含有很少量的微孔，绝大部分为中孔。
废PET制备活性炭经过炭化和活化两步来实现。炭化的目的是脱除非碳原子，得到适宜于活化的初始孔隙和具有一定机械强度的炭化料，是制备活性炭的必经过程，其实质是原材料中有机物进行热解的过程，包括热分解反应和缩聚反应。活化处理是制备活性炭中重要的阶段，是在活化剂与炭化料之间进行复杂化学反应的过程，活化作用主要表现在：1）在初始孔隙的基础上形成大量的新孔隙；2）初始孔隙进一步扩展；3）孔隙间的合并与连通，因此，通过活化阶段，可得到比表面积更大、孔径分布更合理的产品。目前，活化主要有物理活化与化学活化两种方法。物理活化往往活化时间长，温度高，耗能长，化学活化简化了操作，节省时间和能源，是目前应用较多的活化处理方式，因此，废PET制备活性炭材料采用化学活化的方法来实现。
附图说明
图1为实例1制备的活性炭的SEM测试结果，显示活性炭为层状结构，表面孔道较多，主要呈中孔结构。图2是实例1制备活性炭的BET测试结果，显示此活性炭为中孔型活性炭，微孔很少，比表面积为1489 m2/g，孔体积1.296 cm3/g，平均孔径为4.01 nm。
图3为实例2制备活性炭的SEM测试结果，显示孔道主要以中孔为主，兼有少量的微孔。图4为实例2制备活性炭的BET测试结果，显示活性炭中孔占有绝大比例，只有少量的微孔，比表面积为1527m2/g，孔体积1.149 cm3/g，平均孔径为3.87 nm。
具体实施方式
实施例一
将废PET用去离子水冲洗干净，放入烘箱中40℃烘24h。干燥后的废PET用粉碎机粉碎为80目的粉末状PET。取1g废PET粉末与4g的K2CO3在研钵中充分研磨混合均匀。然后将混合均匀的原料放入管式加热炉，在流量为100mL/min的氮气保护下，以10℃/min的升温速率加热到炭化温度500℃，并保持120min；再以10℃/min的升温速率加热到活化温度800℃，活化时间60min；活化完后在N2保护下自然的冷却至室温。最后将炭化和活化处理后的样品先用0.5mol/L的盐酸溶液洗涤约5次，再用去离子水冲洗约5次，洗净后的产品放入120℃的烘箱中烘24h，得到0.246 g干燥的活性炭产品。
按国家标准GB/T 12496. 8-1999对所得的活性炭产品进行的碘值测试值为530 mg/g，按国家标准GB/T 12496. 10-1999进行的亚甲基蓝测试吸附值为349 mg/g。
实施例二
将废PET用去离子水冲洗干净，放入烘箱中40℃烘24h。干燥后的废PET用粉碎机粉碎为80目的粉末状PET。称取4g的活化剂K2CO3溶于20ml去离子水中，溶解完后，再加入1g PET粉末充分搅拌混合，混合好之后放入烘箱中，在90℃温度下烘24h，得到固体混合物。然后将混合均匀的原料放入管式加热炉，在流量为100mL/min的氮气保护下，以10℃/min的升温速率加热到炭化温度500℃，并保持120min；再以10℃/min的升温速率加热到活化温度800℃，活化时间60min；活化完后在N2保护下自然的冷却至室温。最后将炭化和活化处理后的样品先用0.5mol/L的盐酸溶液洗涤约5次，再用去离子水冲洗约5次，洗净后的产品放入120℃烘箱中烘24h，得到0.1860 g干燥的活性炭产品。
按国家标准GB/T 12496. 8-1999对所得的活性炭产品进行的碘值测试值为520 mg/g，按国家标准GB/T 12496. 10-1999进行的亚甲基蓝测试吸附值为382 mg/g。

Claims (1)

1.一种利用废旧聚对苯二甲酸乙二醇酯制备活性炭材料的方法，其特征在于其该方法的工艺步骤如下：
a. 样品前处理：废旧聚对苯二甲酸乙二醇酯用去离子水冲洗干净，放入烘箱中35～45℃烘18～30h，烘干后放入粉碎机中粉碎并过60～90目筛，得到粉末状聚对苯二甲酸乙二醇酯，然后将一份质量的粉末状聚对苯二甲酸乙二醇酯与3～5份质量的活化剂K2CO3混合均匀；
b. 炭化-活化处理：将上述混合均匀的原料放入管式加热炉，在氮气保护下，以8～12℃/min的升温速率加热到炭化温度450～600℃，保持90～150min；再以8～12℃/min的升温速率加热到活化温度750～850℃，活化45～75min；活化后在氮气保护下自然的冷却至室温；
c. 样品后处理：将炭化和活化完后的样品先用0.4～0.6mol/L的盐酸溶液洗涤，再用去离子水冲洗干净，洗涤后的产品放入110～130℃烘箱中烘18～30h，即得到干燥的活性炭样品。
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