CN105797691B - 一种多孔颗粒状漂浮性活性炭复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多孔颗粒状漂浮性活性炭复合材料及其制备方法。多孔颗粒状漂浮性活性炭复合材料是利用石墨粉料、沥青粉、成孔剂和热固性树脂颗粒经热混捏后制成的成炭材料，再和玻璃微珠、聚乙烯醇经第二次混捏后模压成型，干燥煅烧后制备出一种新的多孔颗粒状漂浮性活性炭复合材料，为水污染净化治理领域填补了空白。本发明制备的漂浮炭材料具有较高的碳含量，还具有较高的比表面积和吸附孔隙率，可以挤压成块状或球形，空心球型活性炭，更主要的是这种成型的炭材料可以漂浮或者悬浮在水里；这种炭材料由于其成炭组分的聚合性，具有比膨胀石墨更好的强度和耐冲击性，其比重在0.7‑0.98之间，和膨胀石墨相比，具有更高的力学性能。

Description

一种多孔颗粒状漂浮性活性炭复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于工业炭复合材料制造及水污染净化治理技术领域,具体涉及一种多孔颗粒状漂浮性活性炭复合材料及其制备方法。
背景技术
活性炭是一种具有发达孔隙结构和很大比表面积的多孔碳材料，兼具物理吸附和化学吸附作用，同时碳表面上含有多种酸性或碱性官能团，所以活性炭不仅是优良的吸附剂，也常用作催化剂载体或者催化剂。但现在的市场上的活性炭在使用的过程中，存在比重大，颗粒小，不容易进行再生处理等问题。
目前，油脂污染主要采用化学法和物理法进行综合治理。但是，化学法易造成二次污染，环保的物理吸附法越来越受到人们的青睐。为了除掉油污在水面的污染，很多种漂浮性的吸附材料被开发和应用。其中应用较多的漂浮碳材料主要是以膨胀石墨为主要组分的技术工艺。膨胀石墨作为新型的多孔碳质吸附材料， 已经广泛用于治理水体中燃料污染、工业油污染以及重油污染。但膨胀石墨的强度比较低，只在吸油方面使用效果比较好。因此，在对这种以碳元素为主的功能材料的应用方面，需要更多新的吸附材料被发现。
当前的光催化降解技术在脱硫脱氮和降解环境中的VOC方面的效果，受到了大家的一致好评。而光催化剂的主要活性物质为二氧化钛为主的一些半导体型纳米晶体，这些合成的半导体纳米材料与碳吸附后，在光的激发下表现出良好的电子共振性能。因此，用活性炭做载体制备出新型的环境光催化剂，也成为新的研究热点。
当前采用以碳材料为载体的光催化技术的专利产品有很多。但是，由于载体的结构与光催化元件不同，加上光催化剂在不同的载体上的负载效果不同，从而使其光催化降解效率也各有不同。载体的空隙尺度和载体材料，决定了催化剂在其表面的晶体构型和光催化特性。具有良好纳米尺度和高的比表面积的催化剂载体将会对催化剂的催化效率起到根本性的决定作用。
发明内容
综上所述，为了克服现有技术问题的不足，本发明研制了一种多孔颗粒状漂浮性活性炭复合材料及其制备方法。多孔颗粒状漂浮性活性炭复合材料是利用石墨粉料、沥青粉、成孔剂和热固性树脂颗粒经热混捏后制成的成炭材料，再和玻璃微珠、聚乙烯醇经第二次混捏后模压成型，干燥煅烧后制备出一种新的多孔颗粒状漂浮性活性炭复合材料，为水污染净化治理领域填补了空白。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种多孔颗粒状漂浮性活性炭复合材料，复合材料按照重量份计包括如下组分：
成炭材料20～50份，玻璃微珠40～60份，聚乙烯醇10～20份。
进一步，所述的一种多孔颗粒状漂浮性活性炭复合材料，复合材料按照重量份计包括如下组分：成炭材料30～40份，玻璃微珠45～55份，聚乙烯醇12～15份。
进一步，所述的一种多孔颗粒状漂浮性活性炭复合材料，复合材料按照重量份计包括如下组分：成炭材料40份，玻璃微珠50份，聚乙烯醇10份。
进一步，所述的一种多孔颗粒状漂浮性活性炭复合材料，复合材料按照重量份计包括如下组分：成炭材料45份，玻璃微珠45份，聚乙烯醇10份。
一种多孔颗粒状漂浮性活性炭复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
第一步、制备成炭材料：成炭材料包括石墨粉料、成孔剂、沥青粉和热固性树脂颗粒；先把石墨粉料过100～200目筛后用浓度为1mol/L的稀硝酸浸泡，然后水洗至中性，烘干；再把成孔剂经过烘干、粉碎，过100-200目筛；再把沥青粉粉碎后，过200目筛；按照重量份计算将石墨粉料20～40份、成孔剂30～40份、沥青粉10～20份和热固性树脂颗粒5～15份，放到捏合釜里进行第一次热混捏制为成炭材料，备用；
第二步、制备玻璃微珠：把玻璃微珠用浓度为1～3mol/L的硝酸溶液浸泡10～12小时，然后用水洗涤至中性，在烘箱中干燥，干燥温度为80～110℃；
第三步、把聚乙烯醇配置成浓度为40%～70%的聚乙烯醇水溶液备用；
第四步、将玻璃微珠、第一步制备的成炭材料和聚乙烯醇水溶液按重量份计算将玻璃微珠40～60份，成炭材料20～50份，聚乙烯醇水溶液10～20份加入到塑料容器内为A料，再加入活化剂溶液，其中A料︰活化剂溶液的重量比=1︰1，经混捏1～2小时均匀后倒入磨具，模压成型，将成型胚体干燥备用；
第五步、把第四步的成型胚体，放到焙烧炉中，先以10℃/min的速度升温到250℃，保温0.5小时，然后再以此速率升温至300℃保温1小时，然后升温至550℃保温2小时，再冷却至室温，再把焙烧过的成型胚体用1～3mol/L的中和剂溶液浸泡4～12小时，用清水洗涤后在空气中晾干即为产品；或者烘干后采用高压水蒸汽喷洗后，干燥即为产品。
进一步，所述的热固性树脂颗粒为酚醛树脂或者环氧树脂。
进一步，所述的石墨粉为人造高纯石墨粉或者是天然石墨粉。
进一步，所述的成孔剂为石油焦粉或沥青或煤焦粉或松木锯末粉或杉木锯末粉或烟杆粉或竹屑原料。
进一步，所述的第四步中的活化剂溶液为浓度为85%的磷酸溶液或氢氧化钾溶液。
进一步，所述的第五步中的中和剂溶液为稀硝酸溶液或氢氧化钠溶液。
本发明的有益效果：
1、本发明制备的漂浮炭材料具有较高的碳含量，另外也具有较高的比表面积和吸附孔隙率，可以挤压成块状或球形，空心球型活性炭，更主要的是这种成型的炭材料可以漂浮或者悬浮在水里。这种炭材料由于其成炭组分的聚合性，具有比膨胀石墨更好的强度和耐冲击性。
2、本发明所制备的漂浮性活性炭复合材料，其比重在0.7-0.98之间，而且其力学特点和膨胀石墨相比，具有更高的力学性能。而且本材料可以经过挤压成型后，形成不同形状的球体或者块体复合材料。这种材料具有较高的比表面积和良好的通透性，可以作为油污的吸附剂或者是光催化剂的载体来使用。
3、本发明所制备的漂浮性活性炭复合材料如附图3所示的球状样品；附图4是制备的样品在加入亚甲基蓝染料被吸附后水中的漂浮的状况。
4、从说明书附图5可以看出本发明的样品的吸附性，蓝色的水被净化为清水。
附图说明
图1是本发明的制备工艺流程图；
图2是本发明制备漂浮性活性炭材料的热处理程序图；
图3是本发明制备的球状样品图；
图4是本发明实施例1制备的样品的试验图；
图5是本发明的试验效果图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明的作进一步的详细说明：
实施例1：本实施例为制备100g多孔颗粒状漂浮性活性炭复合材料，制备时所用的成孔剂为松树锯末粉；热固性树脂颗粒为酚醛树脂；活化剂为85%的磷酸水溶液；中和剂为氢氧化钠溶液。
一种多孔颗粒状漂浮性活性炭复合材料的制备方法，包括如下步骤：
本实施例中的复合材料是按照重量份计包括如下组分：成炭材料40份，玻璃微珠50份，聚乙烯醇10份。
第一步、制备成炭材料：成炭材料包括石墨粉料、松树锯末粉、沥青粉和酚醛树脂；先把石墨粉料过100～200目筛后用浓度为1mol/L的稀硝酸浸泡半小时后，超声洗涤10分钟，过滤后用清水洗至中性，在烘箱中110度干燥；再把松树锯末粉经过烘干、粉碎，过200目筛；再把沥青粉粉碎后，过200目筛；按照重量份计算将石墨粉料40份，松树锯末粉30份，沥青粉20份，酚醛树脂10份放到捏合釜里进行第一次热混捏制为成炭材料备用；
第二步、制备玻璃微珠：把玻璃微珠用浓度为1mol/L的硝酸溶液浸泡10～12个小时，然后用水洗涤至中性，在烘箱中干燥，干燥温度为80～110℃；
第三步、把聚乙烯醇配置成浓度为70%的聚乙烯醇水溶液50mL；
第四步、将第一步制备成炭材料、玻璃微珠和聚乙烯醇按照重量份将成炭材料40份，玻璃微珠50份，聚乙烯醇水溶液10份的量加入到塑料容器内为A料，再加入85%的磷酸水溶液；其中A料︰浓度为85%的磷酸水溶液的重量比=1︰1，在塑料容器内混捏1～2小时后倒入磨具，模压成型；
第五步、把第四步的成型胚体放在碳管炉中无氧焙烧；焙烧的升温工艺：以10℃/min的速度升温到250度，保温0.5小时，然后再以此速率升温至300℃保温1小时，然后升温至550℃保温2小时，冷却至室温，把焙烧过的胚体用浓度为1.0 mol/L的氢氧化钠溶液浸泡8小时，然后用清水水洗至中性，再用温度为110℃烘干后即为产品。
实施例2制备100g多孔颗粒状漂浮性活性炭复合材料，制备时所用的成孔剂为石油焦粉；热固性树脂颗粒为酚醛树脂；活化剂为85%的氢氧化钾溶液；中和剂为稀硝酸溶液。
一种多孔颗粒状漂浮性活性炭复合材料的制备方法，包括如下步骤：
本实施例中的制备材料是按照重量份计包括如下组分：成炭材料45份，玻璃微珠45份，聚乙烯醇10份。
第一步、制备成炭材料：成炭材料包括石墨粉料、石油焦粉、沥青粉和酚醛树脂；先把石墨粉料过100～200目筛后用浓度为1mol/L的稀硝酸浸泡半小时后，超声洗涤10分钟，过滤后用清水洗至中性，在烘箱中110度干燥；再把石油焦粉粉碎，过100目筛；再把沥青粉粉碎后，过100目筛；按照重量份计算将石墨粉料35份，石油焦粉35份，沥青粉15份，酚醛树脂15份放到捏合釜里进行第一次热混捏制为成炭材料备用；
第二步、制备玻璃微珠：把玻璃微珠用浓度为1mol/L的硝酸溶液浸泡10～12个小时，然后用水洗涤至中性，在烘箱中干燥，干燥温度为80～110℃；
第三步、把聚乙烯醇配置成浓度为70%的聚乙烯醇水溶液50mL;
第四步、将第一步制备的成炭材料、玻璃微珠和聚乙烯醇溶液按照重量份计算将成炭材料45份，玻璃微珠45份，聚乙烯醇10份的量加入到塑料容器内为A料，再加入氢氧化钾水溶液，其中A料：氢氧化钾水溶液的重量比=1︰1，在塑料容器内混捏1～2小时后倒入磨具，模压成型，将成型胚体烘干后备用；
第五步、把第四步的成型胚体，放在碳管炉中无氧焙烧；焙烧的升温工艺：以10℃/min的速度升温到250度，保温0.5小时，然后再以此速率升温至300℃保温1小时，然后升温至550℃保温2小时，冷却至室温，把焙烧过的胚体用浓度为1.0 mol/L的稀硝酸溶液浸泡8小时，然后用清水水洗至中性，再用温度为110℃烘干后即为产品。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种多孔颗粒状漂浮性活性炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述的复合材料按照重量份计包括如下组分：
成炭材料20～50份，玻璃微珠40～60份，聚乙烯醇10～20份
所述的制备方法，包括如下步骤：
第一步、制备成炭材料：成炭材料包括石墨粉料、成孔剂、沥青粉和热固性树脂颗粒；先把石墨粉料过100～200目筛后用浓度为1mol/L的稀硝酸浸泡，然后水洗至中性，烘干；再把成孔剂经过烘干、粉碎，过100-200目筛；再把沥青粉粉碎后，过200目筛；按照重量份计算将石墨粉料20～40份，成孔剂30～40份，沥青粉10～20份，热固性树脂颗粒5～15份放到捏合釜里进行第一次热混捏制为成炭材料，备用；
第二步、制备玻璃微珠：把玻璃微珠用浓度为1～3mol/L的硝酸溶液浸泡10～12小时，然后用水洗涤至中性，在烘箱中干燥，干燥温度为80～110℃；
第三步、把聚乙烯醇配置成浓度为40%～70%的聚乙烯醇水溶液备用；
第四步、将玻璃微珠、第一步制备的成炭材料和聚乙烯醇水溶液按重量份计算将玻璃微珠40～60份，成炭材料20～50份，聚乙烯醇水溶液10～20份的量加入到塑料容器内为A料，再加入活化剂溶液，其中A料︰活化剂溶液的重量比=1︰1，经混捏1～2小时均匀后倒入磨具，模压成型，将成型胚体干燥备用；其中，所述的活化剂溶液为浓度为85%的磷酸溶液或氢氧化钾溶液；
第五步、把第四步的成型胚体，放到焙烧炉中，先以10℃/min的速度升温到250℃，保温0.5小时，然后再以此速率升温至300℃保温1小时，然后升温至550℃保温2小时，再冷却至室温，再把焙烧过的成型胚体用1～3mol/L的中和剂溶液浸泡4～12小时，用清水洗涤后在空气中晾干即为产品；或者烘干后采用高压水蒸汽喷洗后，干燥即为产品。
2.根据权利要求1所述的一种多孔颗粒状漂浮性活性炭复合材料的制备方法，其特征在于：所述的热固性树脂颗粒为酚醛树脂或者环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的一种多孔颗粒状漂浮性活性炭复合材料的制备方法，其特征在于：所述的石墨粉为人造高纯石墨粉或天然石墨粉。
4.根据权利要求1所述的一种多孔颗粒状漂浮性活性炭复合材料的制备方法，其特征在于：所述的成孔剂为石油焦粉或沥青或煤焦粉或松木锯末粉或杉木锯末粉或烟杆粉或竹屑原料。
5.根据权利要求1所述的一种多孔颗粒状漂浮性活性炭复合材料的制备方法，其特征在于：所述的第五步中的中和剂溶液为稀硝酸溶液或氢氧化钠溶液。
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