CN105129794A - 一种纳米棉吸附增强型复合球形活性炭及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米棉吸附增强型复合球形活性炭，其特征在于，由下列重量份的原料制备制成：甲基丙烯酸异丁酯40-43、丙烯酸异冰片酯40-43、纳米棉4-5、乙醇25-28、过氧化碳酸二异丙酯2-3、乙二醇二丙烯酸酯1.5-2、甲基纤维素2-3、蒸馏水适量、丙酮适量、磺化沥青粉25-28、废旧橡胶粉2-3、聚乙烯醇1-2、硬脂酸1-2；本发明将纳米棉粉碎后添加到单体反应体系中，使产品具有良好的保油能力；在制备沥青包膜液中添加疏水改性后的废旧橡胶粉，能够提高沥青基的强度以及疏水性。本发明工艺改性方法操作简单，反应条件温和，产品灰分少、硬度高、吸附能力强，油水分离好，能在多种液相和气相环境下使用。
Description
技术领域
本发明涉及材料领域，特别是一种纳米棉吸附增强型复合球形活性炭及其制备方法。
背景技术
球形活性炭因具有球形度良好、填充密度高、微粒脱落少以及吸脱附速度快等特点，已被广泛应用于医药、环保和催化剂载体等相关领域。球形活性炭按原料不同主要分为三类：煤基球形活性炭、高分子树脂基球形活性炭和沥青基球形活性炭。其中，煤基球形活性炭的优点是原料价格便宜，来源广泛，但是煤基活性炭的灰分高，杂质多，机械强度低，从而限制了其应用和发展。以高分子树脂基和沥青为前驱体制备的球形活性炭因具有灰分含量低、炭收率高以及孔径分布易控制等优点而备受关注。
由于分子结构上的差异，沥青基球形活性炭和树脂基球形活性炭的孔道结构与机械强度有所不同。沥青基球形活性炭具有吸附容量大以及吸脱附速率快的特点，而高分子基球形活性炭则具有较大的比表面积和较高的机械强度。若制备出的球形活性炭兼具两者的特点，则对其应用领域的拓展意义重大。因此，研制高效能沥青、树脂复合球形活性炭是一种既有快速吸脱附性能，油水分离效果好，又具有高机械强度的球形活性炭，是一种优良的活性炭材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米棉吸附增强型复合球形活性炭及其制备方法。本发明选用内部孔隙度高的纳米棉经过改性后添加到反应体系中，使产品具有良好的保油能力，而且吸油选择性得到明显提升。
为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施：
一种纳米棉吸附增强型复合球形活性炭，由下列重量份的原料制备制成：甲基丙烯酸异丁酯40-43、丙烯酸异冰片酯40-43、纳米棉4-5、乙醇25-28、过氧化碳酸二异丙酯2-3、乙二醇二丙烯酸酯1.5-2、甲基纤维素2-3、蒸馏水适量、丙酮适量、磺化沥青粉25-28、废旧橡胶粉2-3、聚乙烯醇1-2、硬脂酸1-2；
本发明所述一种纳米棉吸附增强型复合球形活性炭，由以下具体步骤制成：
（1）将纳米棉切成小块后放入粉碎机中粉碎成80目粉末待用，将甲基纤维素加入100倍量的蒸馏水中，加热至完全溶解，缓慢降温至室温后，加入粉碎后的纳米棉，搅拌至分散均匀，然后在氮气保护下依次缓慢的加入乙醇、过氧化碳酸二异丙酯、乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸异冰片酯，控制搅拌速度为1000转/分，然后缓慢升温至60℃，搅拌反应60分钟后，继续升温至80℃，以400转/分的速度搅拌反应4小时，用布氏漏斗过滤反应液，将固体树脂球用蒸馏水洗涤2次，在50℃下的烘箱中烘干；向烘干的树脂球中加入3倍量的丙酮，边搅拌边水浴加热至65-75℃，保持丙酮为回流状态24小时后停止回流，然后将树脂球取出，用蒸馏水洗涤3次，在50℃下的烘箱中烘干待用；
（2）将磺化沥青粉加入2倍量的蒸馏水洗涤，经过在转速为600转/分的条件下搅拌60分钟，待其静置后收集上清液，然后将上清液放入烘箱中，以100℃的温度烘干，然后将干燥后的上清液加入5倍量的蒸馏水，搅拌均匀至完全溶解形成水溶液待用；
（3）将废旧橡胶粉送入精细制粉机中粉碎成200目的精细废旧橡胶粉，将聚乙烯醇中加入5倍量的蒸馏水，加热至完全溶解，冷却至室温后与硬脂酸混合，以300转/分的速度搅拌30分钟，然后加入精细废旧橡胶粉，以600转/分的速度搅拌15分钟得到混合浆料；
（4）将步骤（2）得到的水溶液与步骤（3）的混合浆料混合，以600转/分的速度搅拌30分钟形成沥青基混合包衣液，将步骤（1）得到的树脂球放入包衣机中，控制包衣液的进料温度为60-80℃，工作压力为0.2-0.5MPa，将沥青基混合包衣液均匀地包裹在树脂球表面，得到复合小球；
（5）将步骤（4）得到的复合小球送入高温炉中，在氦气保护下，以1-2℃/min的速度升温至600-650℃，保温炭化2小时，再以3-4℃/min的速度再升温至750-850℃活化2小时，冷却至室温后得到粒径为0.2-0.8mm的球形活性炭。
本发明的有益效果是：本发明以甲基丙烯酸异丁酯等单体等为原料，添加致孔剂乙醇、纳米棉等成分，通过悬浮聚合的方法得到不同直径的聚合物微球，再将处理后的水溶性沥青均匀地包覆在聚合物微球表面，再经炭化、活化后制成表面有黑色光泽、大小均匀且具有高比表面积的球形活性炭。
本发明将纳米棉粉碎后添加到单体反应体系中，使产品具有良好的保油能力；在制备沥青包膜液中添加疏水改性后的废旧橡胶粉，能够提高沥青基的强度以及疏水性。本发明工艺改性方法操作简单，反应条件温和，便于工业控制，产品灰分少、硬度高、吸附能力强，油水分离好，是一种高性能活性炭，能在多种液相和气相环境下使用。
具体实施方案
下面通过具体实例对本发明进行详细说明。
一种纳米棉吸附增强型复合球形活性炭，由下列重量份（公斤）的原料制备制成：甲基丙烯酸异丁酯40、丙烯酸异冰片酯40、纳米棉4、乙醇25、过氧化碳酸二异丙酯2、乙二醇二丙烯酸酯1.5、甲基纤维素2、蒸馏水适量、丙酮适量、磺化沥青粉25、废旧橡胶粉2、聚乙烯醇1、硬脂酸1；
本发明所述一种纳米棉吸附增强型复合球形活性炭，由以下具体步骤制成：
（1）将纳米棉切成小块后放入粉碎机中粉碎成80目粉末待用，将甲基纤维素加入100倍量的蒸馏水中，加热至完全溶解，缓慢降温至室温后，加入粉碎后的纳米棉，搅拌至分散均匀，然后在氮气保护下依次缓慢的加入乙醇、过氧化碳酸二异丙酯、乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸异冰片酯，控制搅拌速度为1000转/分，然后缓慢升温至60℃，搅拌反应60分钟后，继续升温至80℃，以400转/分的速度搅拌反应4小时，用布氏漏斗过滤反应液，将固体树脂球用蒸馏水洗涤2次，在50℃下的烘箱中烘干；向烘干的树脂球中加入3倍量的丙酮，边搅拌边水浴加热至65-75℃，保持丙酮为回流状态24小时后停止回流，然后将树脂球取出，用蒸馏水洗涤3次，在50℃下的烘箱中烘干待用；
（2）将磺化沥青粉加入2倍量的蒸馏水洗涤，经过在转速为600转/分的条件下搅拌60分钟，待其静置后收集上清液，然后将上清液放入烘箱中，以100℃的温度烘干，然后将干燥后的上清液加入5倍量的蒸馏水，搅拌均匀至完全溶解形成水溶液待用；
（3）将废旧橡胶粉送入精细制粉机中粉碎成200目的精细废旧橡胶粉，将聚乙烯醇中加入5倍量的蒸馏水，加热至完全溶解，冷却至室温后与硬脂酸混合，以300转/分的速度搅拌30分钟，然后加入精细废旧橡胶粉，以600转/分的速度搅拌15分钟得到混合浆料；
（4）将步骤（2）得到的水溶液与步骤（3）的混合浆料混合，以600转/分的速度搅拌30分钟形成沥青基混合包衣液，将步骤（1）得到的树脂球放入包衣机中，控制包衣液的进料温度为60-80℃，工作压力为0.2MPa，将沥青基混合包衣液均匀地包裹在树脂球表面，得到复合小球；
（5）将步骤（4）得到的复合小球送入高温炉中，在氦气保护下，以2℃/min的速度升温至600-650℃，保温炭化2小时，再以4℃/min的速度再升温至750-850℃活化2小时，冷却至室温后得到粒径为0.2-0.8mm的球形活性炭。
本发明产品为黑色带有光泽的球状颗粒，对其进行检测，比表面积为1145m2/g，机械强度为6.05N。
Claims (2)
1.一种纳米棉吸附增强型复合球形活性炭，其特征在于，由下列重量份的原料制备制成：甲基丙烯酸异丁酯40-43、丙烯酸异冰片酯40-43、纳米棉4-5、乙醇25-28、过氧化碳酸二异丙酯2-3、乙二醇二丙烯酸酯1.5-2、甲基纤维素2-3、蒸馏水适量、丙酮适量、磺化沥青粉25-28、废旧橡胶粉2-3、聚乙烯醇1-2、硬脂酸1-2。
2.根据权利要求1所述一种纳米棉吸附增强型复合球形活性炭，其特征在于，由以下具体步骤制成：
（1）将纳米棉切成小块后放入粉碎机中粉碎成80目粉末待用，将甲基纤维素加入100倍量的蒸馏水中，加热至完全溶解，缓慢降温至室温后，加入粉碎后的纳米棉，搅拌至分散均匀，然后在氮气保护下依次缓慢的加入乙醇、过氧化碳酸二异丙酯、乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸异冰片酯，控制搅拌速度为1000转/分，然后缓慢升温至60℃，搅拌反应60分钟后，继续升温至80℃，以400转/分的速度搅拌反应4小时，用布氏漏斗过滤反应液，将固体树脂球用蒸馏水洗涤2次，在50℃下的烘箱中烘干；向烘干的树脂球中加入3倍量的丙酮，边搅拌边水浴加热至65-75℃，保持丙酮为回流状态24小时后停止回流，然后将树脂球取出，用蒸馏水洗涤3次，在50℃下的烘箱中烘干待用；
（2）将磺化沥青粉加入2倍量的蒸馏水洗涤，经过在转速为600转/分的条件下搅拌60分钟，待其静置后收集上清液，然后将上清液放入烘箱中，以100℃的温度烘干，然后将干燥后的上清液加入5倍量的蒸馏水，搅拌均匀至完全溶解形成水溶液待用；
（3）将废旧橡胶粉送入精细制粉机中粉碎成200目的精细废旧橡胶粉，将聚乙烯醇中加入5倍量的蒸馏水，加热至完全溶解，冷却至室温后与硬脂酸混合，以300转/分的速度搅拌30分钟，然后加入精细废旧橡胶粉，以600转/分的速度搅拌15分钟得到混合浆料；
（4）将步骤（2）得到的水溶液与步骤（3）的混合浆料混合，以600转/分的速度搅拌30分钟形成沥青基混合包衣液，将步骤（1）得到的树脂球放入包衣机中，控制包衣液的进料温度为60-80℃，工作压力为0.2-0.5MPa，将沥青基混合包衣液均匀地包裹在树脂球表面，得到复合小球；
（5）将步骤（4）得到的复合小球送入高温炉中，在氦气保护下，以1-2℃/min的速度升温至600-650℃，保温炭化2小时，再以3-4℃/min的速度再升温至750-850℃活化2小时，冷却至室温后得到粒径为0.2-0.8mm的球形活性炭。
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