CN108031436A - 一种氧化铝复合活性炭材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种氧化铝复合活性炭材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开氧化铝复合活性炭材料，原料为按照重量份数计算为：氢氧化铝95份、活性炭20份和粘结剂20份；所述活性炭由质量比为4:1的蔗糖与微晶石墨经超声分散，喷雾热解处理和碳化制备而成；所述粘结剂为HNO3、HCl或H2SO4中任何一种。通过控制将活性炭的制备，将活性炭和活性氧化铝复合起来，原料易得，极大的提高了活性氧化铝的吸附性能。制备得到的活性炭牢固而均匀地固定在活性氧化铝中，解决了活性炭强度低、使用寿命短的缺点；制备方法简单易行，成本低廉，适合大规模工业化生产。

Description

一种氧化铝复合活性炭材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及材料制备技术领域，具体地涉及一种氧化铝复合活性炭材料及其制备方法和应用。
背景技术
活性炭作为一种具有石墨微晶结构、孔隙发达、吸附能力强的炭质材料，已经广泛应用于分离、精制、催化剂、试剂回收及其他领域，特别是在公害治理方面正得到广泛地应用。但是随着人们对活性炭的需求和质量要求的不断提高，活性炭也显现出诸多的缺点，例如强度低，大多产品为粉状、粒状，比表面积低，使用寿命短，回收再生使用费用高，已不能满足现代社会发展的需要，成为业界的焦点。活性氧化铝是一种多孔性、高分散度的固体物料，具有抗破碎强度高、比表面积适中、孔径和孔隙可调等特点，广泛应用于化工催化剂、催化剂载体以及水处理等方面。随着化工业的发展和环境治理的需要，也对活性氧化铝的性能提出了许多新的要求。
活性炭的质量和制备方法直接影响氧化铝复合活性炭材料的使用性能，因此，开发新型的活性炭和氧化铝复合材料具有现实意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种氧化铝复合活性炭材料，通过控制将活性炭的制备，将活性炭和活性氧化铝复合起来，本发明的原料易得，极大的提高了活性氧化铝的吸附性能。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
提供一种氧化铝复合活性炭材料，原料为按照重量份数计算为：氢氧化铝95份、活性炭20份和粘结剂20份；所述活性炭由质量比为4:1的蔗糖与微晶石墨经超声分散，喷雾热解处理和碳化制备而成；所述粘结剂为HNO3、HCl或H2SO4中任何一种。
本发明的另一目的在于公开所述氧化铝复合活性炭材料的制备方法，其包括以下步骤：
S1. 混合：将氢氧化铝和活性炭按配比称量，投入混料机中搅拌混匀；
S2. 造粒：根据成型工艺的要求加入适量粘结剂的水溶液，继续混合搅拌均匀，得到粉料；
S3. 成型：用液压机压制成型；
S4. 烧结：在还原保护气氛及适当的热处理条件，以200~300℃/h的升温速率升至700℃，保温时4～5h下进行烧结处理；
S5. 漂洗与干燥：将烧结后的材料用蒸馏水充分洗涤后烘干，即可得所述氧化铝复合活性炭材料。
本发明的氧化铝复合活性炭材料的制备方法能有效结合氧化铝和活性炭材料通过科学地配比氢氧化铝、活性炭和粘结剂的比例，使氧化铝复合活性炭材料结构紧实，强度符合使用要求，并且吸附能力强，生产过程环保。
进一步地，所述液压机的压力为25~35MPa。
进一步地，所述活性炭的制备包括以下步骤：
Y1. 超声分散：将微晶石墨和蔗糖在去离子水溶液中混合，在去离子水在室温下搅拌3~8h；所述微晶石墨和蔗糖的总质量和去离子水的质量比为1:30；利用电磁超声器进行超声分散，所述超声分散的功率为870W；分散2h，得到混合溶液；
Y2. 喷雾热解处理：将步骤Y1所述混合溶液，通过超声喷雾器雾化，所述雾化的流速为250cc/min，将雾化后的混合溶液，通入预先通有惰性气体的真空管式炉内，进行恒温处理，预升温至400℃，保温20h；恒温直至喷雾结束后再持续1h，待反应炉冷却至室温后，收集管内沉积的产物；
Y3. 碳化：步骤Y2所述管内沉积的产物进行研磨，所述研磨的转速为200r/min，所述研磨的时间为2.5h；过100～300目筛后，放入通入氮气的真空管式炉中，升温至750℃，保温时间为2h，待真空管式炉冷却至室温。
本发明将蔗糖与微晶石墨混合搅拌之后利用电磁超声器超声分散。将分散后的混合溶液置于专业容器内通过超声喷雾器喷入电磁真空管式炉中，在高纯氮气或氩气下保护进行碳化处理，得到的活性炭材料。此活性炭呈球状，吸附能力强，与氧化铝结合制备的复合材料，能有效吸附空气中的甲醛等有害物质，净化空气。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明可将活性炭与氧化铝两种材料紧密地结合在一起，制备得到的活性炭牢固而均匀地固定在活性氧化铝中，解决了活性炭强度低、使用寿命短的缺点；制备方法简单易行，成本低廉，适合大规模工业化生产。
本发明的在充分发挥活性炭与氧化铝各自优良特性的基础上，可根据需要制成相应的多功能复合材料，可广泛地室内环保领域，拓展了活性炭和活性氧化铝材料的各自行业发展领域。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明。除非特别说明，本发明实施例中采用的原料和方法为本领域常规市购的原料和常规使用的方法。
以下通过实施例对本发明作进一步描述。
本发明公开的氧化铝复合活性炭材料，原料为按照质量百分比计算为：氢氧化铝95份、活性炭20份和粘结剂20份；所述活性炭由质量比为4:1的蔗糖与微晶石墨经超声分散，喷雾热解处理和碳化制备而成；所述粘结剂为HNO3、HCl或H2SO4中任何一种。
述氧化铝复合活性炭材料的制备方法，包括以下步骤：
S1. 混合：将氢氧化铝和活性炭按配比称量，投入混料机中搅拌混匀；
S2. 造粒：根据成型工艺的要求加入适量粘结剂的水溶液，继续混合搅拌均匀，得到粉料；
S3. 成型：用液压机压制成型；
S4. 烧结：在还原保护气氛及适当的热处理条件，以200~300℃/h的升温速率升至700℃，保温时4～5h下进行烧结处理；
S5. 漂洗与干燥：将烧结后的材料用蒸馏水充分洗涤后烘干，即可得所述氧化铝复合活性炭材料。
其中，活性炭的制备包括以下步骤：
Y1. 超声分散：将微晶石墨和蔗糖在去离子水溶液中混合，在去离子水在室温下搅拌3~8h；微晶石墨和蔗糖的总质量和去离子水的质量比为1:30；利用电磁超声器进行超声分散，超声分散的功率为870W；分散2h，得到混合溶液；
Y2. 喷雾热解处理：将步骤Y1所述混合溶液，通过超声喷雾器雾化，雾化的流速为250cc/min，将雾化后的混合溶液，通入预先通有惰性气体的真空管式炉内，进行恒温处理，预升温至400℃，保温20h；恒温直至喷雾结束后再持续1h，待反应炉冷却至室温后，收集管内沉积的产物；
Y3. 碳化：步骤Y2所述管内沉积的产物进行研磨，研磨的转速为200r/min，研磨的时间为2.5h；过100～300目筛后，放入通入氮气的真空管式炉中，升温至750℃，保温时间为2h，待真空管式炉冷却至室温。
具体的实施方式如下。
实施例1 氧化铝复合活性炭材料
本实施的氧化铝复合活性炭材料的原料为按照重量份数计算为：氢氧化铝95份、活性炭20份和粘结剂20份；其中活性炭由质量比为4:1的蔗糖与微晶石墨经超声分散，喷雾热解处理和碳化制备而成；粘结剂为HCl。
本实施例的氧化铝复合活性炭材料的制备方法，包括以下步骤：
S1. 混合：将氢氧化铝和活性炭按配比称量，投入混料机中搅拌混匀；
S2. 造粒：根据成型工艺的要求加入适量粘结剂的水溶液，继续混合搅拌均匀，得到粉料；
S3. 成型：在25MPa下用液压机压制成型；
S4. 烧结：在还原保护气氛及适当的热处理条件，以200℃/h的升温速率升至700℃，保温时5h下进行烧结处理；
S5. 漂洗与干燥：将烧结后的材料用蒸馏水充分洗涤后烘干，即可得所述氧化铝复合活性炭材料。
其中，活性炭的制备包括以下步骤：
Y1. 超声分散：将微晶石墨和蔗糖在去离子水溶液中混合，在去离子水在室温下搅拌8h；所述微晶石墨和蔗糖的总质量和去离子水的质量比为1:30；利用电磁超声器进行超声分散，所述超声分散的功率为870W；分散2h，得到混合溶液；
Y2. 喷雾热解处理：将步骤Y1所述混合溶液，通过超声喷雾器雾化，所述雾化的流速为250cc/min，将雾化后的混合溶液，通入预先通有惰性气体的真空管式炉内，进行恒温处理，预升温至400℃，保温20h；恒温直至喷雾结束后再持续1h，待反应炉冷却至室温后，收集管内沉积的产物；
Y3. 碳化：步骤Y2所述管内沉积的产物进行研磨，所述研磨的转速为200r/min，所述研磨的时间为2.5h；过100～300目筛后，放入通入氮气的真空管式炉中，升温至750℃，保温时间为2h，待真空管式炉冷却至室温。
实施例2 氧化铝复合活性炭材料
本实施的氧化铝复合活性炭材料的原料为按照重量份数计算为：氢氧化铝95份、活性炭20份和粘结剂20份；其中活性炭由质量比为4:1的蔗糖与微晶石墨经超声分散，喷雾热解处理和碳化制备而成；粘结剂为HNO3。
本实施例的氧化铝复合活性炭材料的制备方法，包括以下步骤：
S1. 混合：将氢氧化铝和活性炭按配比称量，投入混料机中搅拌混匀；
S2. 造粒：根据成型工艺的要求加入适量粘结剂的水溶液，继续混合搅拌均匀，得到粉料；
S3. 成型：在35MPa下用液压机压制成型；
S4. 烧结：在还原保护气氛及适当的热处理条件，以200℃/h的升温速率升至700℃，保温时5h下进行烧结处理；
S5. 漂洗与干燥：将烧结后的材料用蒸馏水充分洗涤后烘干，即可得所述氧化铝复合活性炭材料。
其中，活性炭的制备包括以下步骤：
Y1. 超声分散：将微晶石墨和蔗糖在去离子水溶液中混合，在去离子水在室温下搅拌3h；所述微晶石墨和蔗糖的总质量和去离子水的质量比为1:30；利用电磁超声器进行超声分散，所述超声分散的功率为870W；分散2h，得到混合溶液；
Y2. 喷雾热解处理：将步骤Y1所述混合溶液，通过超声喷雾器雾化，所述雾化的流速为250cc/min，将雾化后的混合溶液，通入预先通有惰性气体的真空管式炉内，进行恒温处理，预升温至400℃，保温20h；恒温直至喷雾结束后再持续1h，待反应炉冷却至室温后，收集管内沉积的产物；
Y3. 碳化：步骤Y2所述管内沉积的产物进行研磨，所述研磨的转速为200r/min，所述研磨的时间为2.5h；过100～300目筛后，放入通入氮气的真空管式炉中，升温至750℃，保温时间为2h，待真空管式炉冷却至室温。
用实施例1和实施例2制得的氧化铝复合活性炭材料进行性能测试，其测试结果见表1。
表1
碘吸附值（mg/g） 平均强度（N）
实施例1 520.3 45.6
实施例2 513.6 51.3

Claims (5)

1.一种氧化铝复合活性炭材料，其特征在于，原料为按照重量份数计算为：氢氧化铝95份、活性炭20份和粘结剂20份；所述活性炭由质量比为4:1的蔗糖与微晶石墨经超声分散，喷雾热解处理和碳化制备而成；所述粘结剂为HNO3、HCl或H2SO4中任何一种。
2.根据权利要求1所述氧化铝复合活性炭材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 混合：将氢氧化铝和活性炭按配比称量，投入混料机中搅拌混匀；
S2. 造粒：根据成型工艺的要求加入适量粘结剂的水溶液，继续混合搅拌均匀，得到粉料；
S3. 成型：用液压机压制成型；
S4. 烧结：在还原保护气氛及适当的热处理条件，以200~300℃/h的升温速率升至700℃，保温时4～5h下进行烧结处理；
S5. 漂洗与干燥：将烧结后的材料用蒸馏水充分洗涤后烘干，即可得所述氧化铝复合活性炭材料。
3.根据权利要求2所述氧化铝复合活性炭材料的制备方法，其特征在于，所述液压机的压力为25~35MPa。
4.根据权利要求2所述氧化铝复合活性炭材料的制备方法，其特征在于，所述活性炭的制备包括以下步骤：
Y1. 超声分散：将微晶石墨和蔗糖在去离子水溶液中混合，在去离子水在室温下搅拌3~8h；所述微晶石墨和蔗糖的总质量和去离子水的质量比为1:30；利用电磁超声器进行超声分散，所述超声分散的功率为870W；分散2h，得到混合溶液；
Y2. 喷雾热解处理：将步骤Y1所述混合溶液，通过超声喷雾器雾化，所述雾化的流速为250cc/min，将雾化后的混合溶液，通入预先通有惰性气体的真空管式炉内，进行恒温处理，预升温至400℃，保温20h；恒温直至喷雾结束后再持续1h，待反应炉冷却至室温后，收集管内沉积的产物；
Y3. 碳化：步骤Y2所述管内沉积的产物进行研磨，所述研磨的转速为200r/min，所述研磨的时间为2.5h；过100～300目筛后，放入通入氮气的真空管式炉中，升温至750℃，保温时间为2h，待真空管式炉冷却至室温。
5.一种由权利要求1~4任意一项所述氧化铝复合活性炭材料应用于室内环保领域。
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