CN109896512A - 一种低成本制备离子交换树脂基多孔炭材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种廉价制备离子交换树脂基多孔炭材料的方法，具体为先将离子交换树脂用高模数的水玻璃进行离子交换，然后在高温下热解得到炭和氧化硅的复合材料，再用低模数的水玻璃除去复合材料中的氧化硅材料组分，得到高比表面积的炭材料和模数较高的水玻璃。该制备方法工艺简单，避免了利用离子交换树脂制备活性炭材料的活化过程，炭材料收率高，并且能够实现二氧化硅的循环，在催化和吸附分离领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于多孔炭材料制备领域，具体涉及一种离子交换树脂基多孔炭材料的制备方法。
背景技术
离子交换树脂通常用有机合成方法制备，常用的原料为苯乙烯、丙烯酸(酯)或酚醛树脂等，通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架。离子交换树脂的化学组成确定、物化性质稳定，在活性炭制备过程中可消除一系列不可控因素，从而有效调控其内部结构，从球形离子交换树脂得到的球形活性炭材料，由于其表面光滑，粒径可控，流体阻力小等优点，被广泛用于色谱填料，血液净化和催化剂载体等各个领域。
传统的离子交换树脂基多孔炭材料的制备工艺过程可分为炭化和活化。所谓炭化，就是在惰性气氛下将碳质原料加热，使其中的非碳成分如氢、氮、疏等以挥发性组分排除出去，形成碳质材料。活化是在炭化的基础上，活化物质分子和碳反应，刻蚀掉一部分碳，并随即扩孔和创造新孔，形成发达的孔隙结构，但是会损失掉大量的炭，炭的收率较低。
如果采用如下技术方案，先将阴离子交换树脂用硅酸盐进行离子交换，然后在高温下热解得到炭和氧化硅的复合材料，再除去复合材料中的氧化硅材料组分，得到高比表面积的炭材料。此过程用碱金属氢氧化物，碱金属盐，氢氟酸，氟化物，磷酸或磷酸盐通过液相或固相和氧化硅反应将氧化硅除去，氧化硅被消耗掉，成为其成本之一。因此，需要一种提高离子交换树脂基多孔炭材料的收率的同时，降低成本的办法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种离子交换树脂基多孔炭材料的制备方法，避免了利用离子交换树脂制备活性炭材料的预先交联和活化过程，炭材料收率高，同时造孔用的氧化硅媒介可以循环利用，降低生产成本。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现。
一种离子交换树脂基多孔炭材料的制备方法，具体步骤为：
(1)将离子交换树脂用高模数水玻璃进行离子交换，得到低模数水玻璃和含硅酸根的离子交换树脂；
(2)含硅酸根的离子交换树脂在高温下热解得到炭和氧化硅的复合材料；
(3)用低模数水玻璃除去复合材料中的氧化硅材料组分，得到高比表面积的炭材料和高模数的水玻璃。
上述步骤(1)所述的离子交换树脂为阴离子交换树脂或两性离子交换树脂，所述阴离子交换树脂或两性离子交换树脂为含有季胺基，伯胺、仲胺、叔胺或季鏻中的一种或两种以上。
上述步骤(1)所述的离子交换过程在硅酸盐溶液中进行，或者固态离子交换。
上述步骤(2)所述的热解温度为450～1500℃。
上述步骤(1)和(3)中用水玻璃是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的可溶性碱金属硅酸盐材料，碱金属可以为锂，钠，钾，铷，铯中的一种或二种以上。高模数水玻璃的模数在1.0到3.5之间，低模数水玻璃的模数在0.5到2.5之间，低模数水玻璃的模数要小于高模数水玻璃的模数。
上述步骤(3)中用低模数的水玻璃通过液相或固相和氧化硅反应将炭和氧化硅的复合材料中的氧化硅除去，步骤(3)中所述的低模数水玻璃为步骤(1)离子交换后所得的低模数水玻璃。
本发明中离子交换树脂可以为球形，纤维状及其它规则或不规则形状。
具体实施方式
下面通过具体的实施例来进一步阐述本发明的技术方案。
实施例1
将717微孔强碱性离子交换树脂装在离子交换柱中，用模数为1.5的钠水玻璃溶液进行离子交换，过滤，干燥。将上述样品放在管式炉中，N2气氛下，2℃/min升温至800℃，保温3h，将样品炭化得到炭和氧化硅的复合材料。用上述离子交换后的钠水玻璃除去炭和氧化硅复合材料中的氧化硅得到多孔炭材料，炭材料为分散好的小球状。
实施例2
将Amberlite IRA-900大孔强碱性离子交换树脂装在离子交换柱中，用模数为2.5的钾水玻璃溶液进行离子交换，过滤，干燥。将上述样品放在管式炉中，N2气氛下，2℃/min升温至800℃，保温3h，将样品炭化得到炭和氧化硅的复合材料。用上述离子交换后的钾水玻璃除去炭和氧化硅复合材料中的氧化硅得到多孔炭材料，炭材料为分散好的小球状。
实施例3
将D301大孔弱碱性离子交换树脂装在离子交换柱中，用模数为2.0的锂水玻璃溶液进行离子交换，过滤，干燥。将上述样品放在管式炉中，N2气氛下，2℃/min升温至800℃，保温3h，将样品炭化得到炭和氧化硅的复合材料。用上述离子交换后的锂水玻璃除去炭和氧化硅复合材料中的氧化硅得到多孔炭材料。
实施例4
将D311大孔弱碱性离子交换树脂装在离子交换柱中，用模数为2.0的铯水玻璃溶液进行离子交换，过滤，干燥。将上述样品放在管式炉中，N2气氛下，2℃/min升温至800℃，保温3h，将样品炭化得到炭和氧化硅的复合材料。用上述离子交换后的钾水玻璃除去炭和氧化硅复合材料中的氧化硅得到多孔炭材料。
Claims (7)
1.一种离子交换树脂基多孔炭材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将离子交换树脂用高模数水玻璃进行离子交换，得到低模数水玻璃和含硅酸根的离子交换树脂；
(2)含硅酸根的离子交换树脂在高温下热解得到炭和氧化硅的复合材料；
(3)用低模数水玻璃除去复合材料中的氧化硅材料组分，得到高比表面积的炭材料和高模数的水玻璃。
2.按照权利要求1所述的合成方法，其特征在于：所述的离子交换树脂为阴离子交换树脂或两性离子交换树脂中的一种或两种。
3.按照权利要求1所述的合成方法，其特征在于：所述的离子交换过程在硅酸盐溶液中进行，或者固态离子交换。
4.按照权利要求1所述的合成方法，其特征在于：步骤2中所述的热解在惰性气氛气体的保护下进行热解，所述惰性气氛气体为N2、Ar、Ne或He中的一种或两种以上，温度为450～1500℃。
5.按照权利要求1所述的合成方法，其特征在于：所述的水玻璃是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的可溶性碱金属硅酸盐材料，碱金属可以为锂，钠，钾，铷，铯中的一种或二种以上。
6.按照权利要求1所述的合成方法，其特征在于：所述的高模数水玻璃的模数在1.0到3.5之间，低模数水玻璃的模数在0.5到2.5之间，低模数水玻璃的模数要小于高模数水玻璃的模数。
7.按照权利要求1所述的合成方法，其特征在于：用低模数的水玻璃通过液相或固相和氧化硅反应将炭和氧化硅的复合材料中的氧化硅除去，步骤3中所述的低模数水玻璃为步骤1离子交换后所得的低模数水玻璃。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112978707A (zh) * | 2019-12-13 | 2021-06-18 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种离子交换树脂基炭小球的制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2280898A (en) * | 1993-08-12 | 1995-02-15 | Bluecher Hasso Von | Activated carbon |
| CN102976305A (zh) * | 2012-12-03 | 2013-03-20 | 张鸿涛 | 一种模板法调控孔径的中孔炭材料的制备方法 |
| CN104211045A (zh) * | 2014-09-04 | 2014-12-17 | 江南大学 | 一种简单快速制备稻壳基多孔炭/二氧化硅复合材料的方法 |
| CN105776170A (zh) * | 2014-12-16 | 2016-07-20 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种块体含氮多级孔道炭材料的制备方法 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2280898A (en) * | 1993-08-12 | 1995-02-15 | Bluecher Hasso Von | Activated carbon |
| CN102976305A (zh) * | 2012-12-03 | 2013-03-20 | 张鸿涛 | 一种模板法调控孔径的中孔炭材料的制备方法 |
| CN104211045A (zh) * | 2014-09-04 | 2014-12-17 | 江南大学 | 一种简单快速制备稻壳基多孔炭/二氧化硅复合材料的方法 |
| CN105776170A (zh) * | 2014-12-16 | 2016-07-20 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种块体含氮多级孔道炭材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| （苏）С.Н. 甘兹: "《合成气及固定氮生产的工艺过程和设备》", 31 May 1965 * |
| LUBOMIRA TOSHEVA ET AL: "Carbon and SiC Macroscopic Beads from Ion-Exchange Resin Templates", 《J. AM. CHEM. SOC.》 * |
| 张仁水: "《建筑工程材料》", 31 January 2000 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112978707A (zh) * | 2019-12-13 | 2021-06-18 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种离子交换树脂基炭小球的制备方法 |
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