CN108940230B - 一种吸附VOCs的聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒及其制备方法 - Google Patents

一种吸附VOCs的聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种吸附VOCs的聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒及其制备方法。原料：按质量分数计，包括：聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂50‑82％、粘合剂5‑15％、助剂0‑5％、增稠剂1‑5％、黏土10‑25％；按上述质量比，将聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂研磨成粉，然后与粘合剂、助剂、增稠剂、黏土加入真空练泥机内混合均匀成泥料，再将泥料由成型挤出机挤出初胚，将初胚切成颗粒状，烘干即得到聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒。该柱状颗粒材料具有较低的堆积密度，粉尘少，且具有较高的疏水性能，易再生，可有效的吸附大气中的VOCs废气。所用试剂相对简单，易于获得，成型方法简便易行。

Description

一种吸附VOCs的聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒及其制备 方法
技术领域：
本发明属于挥发性有机物吸附材料成型技术领域，具体涉及一种吸附VOCs的聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒及其制备方法。
背景技术：
多孔材料是一种含有气孔的固体材料，一般来说气孔在多孔材料中所占的体积分数在20％到95％之间。多孔材料可以是晶体的也可以是无定型的，它们被广泛的应用在吸附剂、非均相催化剂、各类载体和离子交换剂等领域。其孔洞多、空旷结构和巨大的比表面积增强了它们的吸附和催化等能力。
聚合物树脂是一种重要的多孔功能材料，由于其丰富的孔结构和发达的比表面积，而被广泛应用于液相和气相的吸附、脱色、精制、分离、催化领域，在食品、医药、化工、环保等方面有重要意义。聚合物树脂粉末颗粒在应用过程中具有诸多不便，如堆密度较高、不易储放、运输和回收，容易造成粉尘污染。
发明内容：
本发明的目的是提供一种具有较低的堆积密度，粉尘少，且具有较高的疏水性能，易再生，可有效的吸附大气中的VOCs废气的聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒。
本发明的聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒是通过以下方法制备的：
原料：按质量分数计，包括：聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂50-82％、粘合剂5-15％、助剂0-5％、增稠剂1-5％、黏土10-25％；
按上述质量比，将聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂研磨成粉，然后与粘合剂、助剂、增稠剂、黏土加入真空练泥机内混合均匀成泥料，再将泥料由成型挤出机挤出初胚，将初胚切成颗粒状，烘干即得到聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒。
所述粘合剂为中性硅溶胶、铝溶胶、环氧树脂、酚醛树脂和水性丙烯酸等其中至少一种。
所述助剂包括脂肪酰胺、磷酸酯和十二烷基苯磺酸钠等其中至少一种。
所述增稠剂包括羧甲基纤维素和聚丙烯酰胺等其中至少一种。
所述黏土包括膨润土、高岭土、活性白土、伊利石黏土和凹凸棒粉等其中至少一种
所述的将聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂研磨成粉是可以是湿磨也可以是干磨，其中湿磨时球磨机的研磨时间为4-8h，转速为30-40rpm/min，球磨子、聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂和水的体积比为(1.4～2.2)∶1∶(0.8～1.2)，湿磨后树脂需真空抽滤去除多余水分；干磨时球磨机的研磨时间为2-4h，转速为30-40rpm/min，球磨子和聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂的体积比为1∶(1～1.2)，总体积不超过料筒体积的三分之二。
所述的烘干其烘干温度为80-200℃，时间为1-4h，采用热风烘干。
优选，将颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂与去离子水加入球磨机研磨桶中，球磨子、颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂和水体积比为2∶1∶1，30rpm/min的转速，研磨8h，研磨后的泥浆状树脂经过真空抽滤，去除多余的水分，得到处理后的树脂，按照质量分数计，将处理后的树脂62％、水性丙烯酸15％、凹凸棒粉20％、羧甲基纤维素3％加入到真空练泥机中搅拌0.5h后挤出成柱状混合物，将混合物加入挤条机中，挤压成型，150℃烘1h，冷却后切成颗粒状，得到聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒。
本发明公开了一种VOCs吸附用的聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒的制备方法，该柱状颗粒材料具有较低的堆积密度，粉尘少，且具有较高的疏水性能，易再生，可有效的吸附大气中的VOCs废气。所用试剂相对简单，易于获得，成型方法简便易行。
附图说明：
图1为本发明制备的聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒图；
图2是聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒对VOCs的脱附情况图；
图3是聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒和活性炭的水接触角图，A：聚苯乙烯交联二乙烯基苯水接触角；B：活性炭水接触角。
具体实施方式：
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：
1、聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒的制备
树脂材料选用颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂，将颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂与去离子水加入球磨机研磨桶中，球磨子、颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂和水体积比为2∶1∶1。采用2L颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂+2L去离子水+4L球磨子的顺序陆续加入全部的材料。密封后按照30rpm/min的转速，研磨8h。研磨后的泥浆状树脂可通过300目筛即为合格。泥浆状树脂经过真空抽滤(双层0.22um孔径的滤纸，压力-0.07MPa)，去除多余的水分，得到处理后的树脂。按照质量分数计，将处理后的树脂62％、水性丙烯酸15％、凹凸棒粉20％、羧甲基纤维素3％加入到真空练泥机中搅拌0.5h后挤出成柱状混合物。将混合物加入挤条机中，挤压成型，150℃烘1h，冷却后切成颗粒状，得到聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒。该树脂颗粒编号为CR-1
由图1可知，成型后的聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒样品为淡黄色柱状颗粒，粒径为12mm，堆积密度为0.25g/mL，按其质量百分比计算，1m3聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒样品的用量为155kg；而微球颗粒(原料中的颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂)堆积密度为0.35g/mL，1m3微球颗粒的用量为350kg，聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂成型后大大降低了原材料的使用。
2、聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒对乙酸乙酯的吸附情况测定
采用常温静态吸附实验测试柱状颗粒(聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒)和微球(原料中的颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂)对乙酸乙酯的吸附能力，具体操作步骤如下：称取10g左右样品放入150℃烘箱干燥3h，然后称量样品质量，置于干燥培养皿中，然后将培养皿放入密闭的干燥器。干燥器底部放入装有乙酸乙酯的玻璃皿。样品每吸附24h后，称量样品质量，记录数据，放回干燥器。此后4h称重一次直至材料重量稳定，认为此时达到了吸附饱和状态，结果如表1所示。
由表1可知，成型后的聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒对乙酸乙酯的吸附率比微球颗粒(原料中的颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂)下降了40％左右，考虑到成型材料中，树脂的用量仅为62％，且粘合剂对树脂孔结构有一定的影响，可知成型材料并没有明显降低树脂的吸附效率。
表1：聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒对VOCs的吸附情况
3、聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒对乙酸乙酯的脱附情况测定
采用动态蒸汽脱附装置测试材料的脱附率，吸附实验结束后，停止所有进风并打开蒸汽发生器，待蒸汽稳定后通入反应管中，出口接水冷装置，每隔2min计量乙酸乙酯的脱附量，直至乙酸乙酯体积不再增加为止。根据溶剂的吸附量计算脱附效率，结果如图2所示。
由图2可知，随着时间的推移溶液的回收率逐渐上升，聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒(图中的柱状颗粒)在相同时间下回收率高于微球型颗粒(图中的微球颗粒，为原料中的颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂)材料，这是由于柱状颗粒堆密度较小，导热性能优于微球型材料，成型后的材料也能达到较高的脱附效率。
4、聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒疏水性能测试
采用接触角法测量聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒和活性炭的疏水性能，在进行表面检测前，每种材料先后置于含洗衣粉的自来水、自来水、蒸馏水的超声波发生器中清洗各10min，取出后在蒸馏水中漂洗5min，然后在室温下置于滤纸上晾干，并与滤纸一起放入硅胶(预先在150℃干燥2h)干燥器内干燥24h。
测量时，用微量进样器(2.0mL)将检测液体在距固体表面约3mm处垂直、小心地滴加在固体表面，形成座滴，液滴体积为3-5μL，直径为1-2mm，测量时间不超过1min，取10次(每次间隔2s)接触角的平均值作为该座滴的接触角，取10个座滴的接触角平均值作为该液体在该表面的接触角。所有测量均在室温(25℃)下进行，结果如图3所示。
由图3可知，聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒的水接触角为132.15°(图3A)，活性炭的水接触角为48.92°(图3B)，水接触角越大水性越好，一般90°作为亲水和疏水的分界线。
实施例2
聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒的制备
树脂材料选用颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂，将颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂与去离子水加入球磨机研磨桶中，球磨子、颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂和水体积比为2∶1∶1。采用2L颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂+2L去离子水+4L球磨子的顺序陆续加入全部的材料。密封后按照40rpm/min的转速，研磨4h。研磨后的泥浆状树脂可通过300目筛即为合格。泥浆状树脂经过真空抽滤(双层0.22um孔径的滤纸，压力-0.07MPa)，去除多余的水分，得到处理后的树脂。按照质量分数计，将处理后的树脂67％、中性硅溶胶10％、膨润土20％、羧甲基纤维素3％加入到真空练泥机中搅拌1h后挤出成柱状状混合物。将混合物加入挤条机中，挤压成型，200℃烘1h，冷却后切成颗粒状，得到聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒。该树脂颗粒编号为CR-2，按照实施例1的方法进行效果实验，实验证明本实施例的聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒具有较低的堆积密度，粉尘少，且具有较高的疏水性能，易再生，可有效的吸附大气中的VOCs废气(表2)。
实施例3
聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒的制备
树脂材料选用颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂，将颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂与去离子水加入球磨机研磨桶中，球磨子、颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂和水体积比为1.5∶1∶0.8。采用1L颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂+0.8L去离子水+1.5L球磨子的顺序陆续加入全部的材料。密封后按照30rpm/min的转速，研磨7h。研磨后的泥浆状树脂可通过300目筛即为合格。泥浆状树脂经过真空抽滤(双层0.22um孔径的滤纸，压力-0.07MPa)，去除多余的水分，得到处理后的树脂。按照质量分数计，将处理后的树脂73％、环氧树脂5％、脂肪酰胺1％、磷酸酯1％、高岭土15％、羧甲基纤维素5％加入到真空练泥机中搅拌1h后挤出成柱状状混合物。将混合物加入挤条机中，挤压成型，150℃烘1h，冷却后切成颗粒状，得到聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒。该树脂颗粒编号为CR-3，按照实施例1的方法进行效果实验，实验证明本实施例的聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒具有较低的堆积密度，粉尘少，且具有较高的疏水性能，易再生，可有效的吸附大气中的VOCs废气(表2)。
实施例4
树脂材料选用颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂，将颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂与去离子水加入球磨机研磨桶中，球磨子、颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂和水体积比为1.4∶1∶1.2。采用1L颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂+1.2L去离子水+1.4L球磨子的顺序陆续加入全部的材料。密封后按照30rpm/min的转速，研磨8h。研磨后的泥浆状树脂可通过300目筛即为合格。泥浆状树脂经过真空抽滤(双层0.22um孔径的滤纸，压力-0.07MPa)，去除多余的水分，得到处理后的树脂。按照质量分数计，将处理后的树脂82％、酚醛树脂5％、活性白土10％、脂肪酰胺1％、磷酸酯1％、聚丙烯酰胺1％加入到真空练泥机中搅拌1h后挤出成柱状状混合物。将混合物加入挤条机中，挤压成型，200℃烘1h，冷却后切成颗粒状，得到聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒。该树脂颗粒编号为CR-4按照实施例1的方法进行效果实验，实验证明本实施例的聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒具有较低的堆积密度，粉尘少，且具有较高的疏水性能，易再生，可有效的吸附大气中的VOCs废气(表2)。
实施例5：
树脂材料选用颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂，将颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂与去离子水各取6L加入球磨机研磨桶中，球磨子、颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂和水体积比为2.2∶1∶1。采用2L颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂+2L去离子水+4.4L球磨子的顺序陆续加入全部的材料。密封后按照30rpm/min的转速，研磨8h。研磨后的泥浆状树脂可通过300目筛即为合格。泥浆状树脂经过真空抽滤(双层0.22um孔径的滤纸，压力-0.07MPa)，去除多余的水分，得到处理后的树脂。按照质量分数计，将处理后的树脂50％、水性丙烯酸15％、脂肪酰胺5％、凹凸棒粉25％、羧甲基纤维素5％加入到真空练泥机中搅拌0.5h后挤出成柱状状混合物。将混合物加入挤条机中，挤压成型，80℃烘4h，冷却后切成颗粒状，得到聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒。该树脂颗粒编号为CR-5按照实施例1的方法进行效果实验，实验证明本实施例的聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒具有较低的堆积密度，粉尘少，且具有较高的疏水性能，易再生，可有效的吸附大气中的VOCs废气(表2)。
实施例6：
树脂材料选用颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂，将颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂加入球磨机研磨桶中，球磨子、颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂体积比为1∶1。采用1L颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂+1L球磨子的顺序陆续加入全部的材料。密封后按照30rpm/min的转速，研磨2h。研磨后的树脂可通过300目筛即为合格，得到处理后的树脂。按照质量分数计，将处理后的树脂62％、水性丙烯酸15％、凹凸棒粉20％、羧甲基纤维素3％加入到真空练泥机中搅拌0.5h后挤出成柱状状混合物。将混合物加入挤条机中，挤压成型，150℃烘1h，冷却后切成颗粒状，得到聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒。该树脂颗粒编号为CR-6，按照实施例1的方法进行效果实验，实验证明本实施例的聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒具有较低的堆积密度，粉尘少，且具有较高的疏水性能，易再生，可有效的吸附大气中的VOCs废气(表2)。
实施例7：
树脂材料选用颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂，将颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂加入球磨机研磨桶中，球磨子、颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂体积比为1∶1.2。采用1.2L颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂+1L球磨子的顺序陆续加入全部的材料。密封后按照40rpm/min的转速，研磨4h。研磨后的树脂可通过300目筛即为合格，得到处理后的树脂。按照质量分数计，将处理后的树脂62％、水性丙烯酸15％、凹凸棒粉20％、羧甲基纤维素3％加入到真空练泥机中搅拌0.5h后挤出成柱状状混合物。将混合物加入挤条机中，挤压成型，150℃烘1h，冷却后切成颗粒状，得到聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒。该树脂颗粒编号为CR-7，按照实施例1的方法进行效果实验，实验证明本实施例的聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒具有较低的堆积密度，粉尘少，且具有较高的疏水性能，易再生，可有效的吸附大气中的VOCs废气(表2)。
表2不同成型配方制备的柱状颗粒的各项性能对比

Claims (8)

1.一种聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
原料：按质量分数计，包括：聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂50-82％、粘合剂5-15％、助剂0-5％、增稠剂1-5％、黏土10-25％；
按上述质量比，将聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂研磨成粉，然后与粘合剂、助剂、增稠剂、黏土加入真空练泥机内混合均匀成泥料，再将泥料由成型挤出机挤出初胚，将初胚切成颗粒状，烘干即得到聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒；
所述的将聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂研磨成粉是湿磨或者干磨，其中湿磨时球磨机的研磨时间为4-8h，转速为30-40rpm/min，球磨子、聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂和水的体积比为(1.4～2.2)：1：(0.8～1.2)，湿磨后树脂需真空抽滤去除多余水分；干磨时球磨机的研磨时间为2-4h，转速为30-40rpm/min，球磨子和聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂的体积比为1：(1～1.2)，总体积不超过料筒体积的三分之二。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粘合剂为中性硅溶胶、铝溶胶、环氧树脂、酚醛树脂和水性丙烯酸中一种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述助剂为脂肪酰胺、磷酸酯和十二烷基苯磺酸钠中一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述增稠剂为羧甲基纤维素和聚丙烯酰胺中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述黏土为膨润土、高岭土、活性白土、伊利石黏土和凹凸棒粉中的一种或两种以上。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的烘干其烘干温度为80-200℃，时间为1-4h，采用热风烘干。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，是将颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂与去离子水加入球磨机研磨桶中，球磨子、颗粒状聚苯乙烯交联二乙烯基苯树脂和水体积比为2：1：1，30rpm/min的转速，研磨8h，研磨后的泥浆状树脂经过真空抽滤，去除多余的水分，得到处理后的树脂，按照质量分数计，将处理后的树脂62％、水性丙烯酸15％、凹凸棒粉20％、羧甲基纤维素3％加入到真空练泥机中搅拌0.5h后挤出成柱状混合物，将混合物加入挤条机中，挤压成型，150℃烘1h，冷却后切成颗粒状，得到聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒。
8.一种按照权利要求1、2、3、4、5、6或7的制备方法得到的聚苯乙烯交联二乙烯基苯柱状颗粒。
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