CN113786822B - 一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料的制备方法，步骤如下：将活性碳纤维，酚醛树脂，发泡剂，催化剂、改性剂，表面活性剂混合搅拌；加入固化剂固化；脱模，碳化得多孔活性碳纤维；制备磁性树脂微球胶液；将上述磁性树脂微球胶液负载到多孔活性碳纤维上，得多孔活性碳纤维负载磁性树脂微球；固化即得活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料。本发明将磁性树脂微球负载于活性碳纤维上，并通过发泡技术，使其整体具有多孔结构，吸附性能更加优异，且通过磁性树脂微球的改性，使其选择性吸附效果更强，机械性能佳，抗摩擦，不易掉碳粉，寿命长，在污水处理中既能吸附有机物，又可吸附金属离子，且对废气处理的效果也很理想。

Description

一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料的制备方法
技术领域
本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料的制备方法。
背景技术
活性炭或活性碳纤维对污水的净化机理包括三个方面：一是活性炭颗粒及其表面生长的生物膜对废水中的悬浮物进行生物絮凝和接触絮凝，从而将其过滤去除；二是活性炭对废水中溶解性有机物的吸附和富集作用；三是活性炭表面及空隙中生长的微生物在较长的有机质停留时间内对降解速度较慢的有机物进行氧化分解，起到对活性炭的生物再生作用。
而活性碳纤维由于其比表面积更大，微孔结构发达、吸附容量大、吸附能力更强，不易掉碳颗粒，强度大，吸脱速度快、再生容易的特点，比活性炭更有应用潜力。
一般用于水处理的磁性微球主要有以下特点：（1）具有生物亲和性和亲水性，即表面具有或者通过表面改性带有多种活性功能基团可连接生物活性物质（如微生物、酶等），也可以偶联特异性分子，进行有机物的检测和微生物的固定；（2）表面粗糙，内部多孔，粒径较大，便于微生物附着及固定化；（3）具有较强的磁响应性，便于分离；（4）具有较高的机械强度和化学稳定性，能抵抗机械摩擦及酸碱腐蚀，且不易被微生物降解；（5）表面带有一定的正电荷，便于吸附弱负性的微生物。
发明内容
要解决的技术问题：本发明将磁性树脂微球负载于活性碳纤维上，并通过一定的发泡技术，使其整体具有多孔结构，吸附性能更加优异，且通过磁性树脂微球的改性，使其选择性吸附效果更强，机械性能佳，抗摩擦，不易掉碳粉，寿命长，在污水处理中既能吸附有机物，又可吸附金属离子，且对废气处理的效果也很理想。
技术方案：一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料，其中，活性碳纤维以重量份计包括以下成分：活性碳纤维100份、酚醛树脂80~120份、发泡剂10~20份、固化剂6~10份、催化剂10~20份、改性剂10~20份、表面活性剂2~8份；磁性树脂微球胶液制备包括以下成分：氨水、纳米Fe3O4粒子、硅烷偶联剂、大孔聚苯乙烯树脂、无水乙醇溶液、分散剂、粘结剂。
进一步的，所述活性碳纤维为粘胶基短纤维，长度为40~100mm；所述酚醛树脂为线性热塑性酚醛树脂，粘度3~5Pa.s；所述发泡剂为碳酸氢铵；所述固化剂为六亚甲基四胺；所述催化剂为草酸；所述改性剂为聚乙二醇；所述表面活性剂为硅氧烷。
进一步的，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KF570。
上述的一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将活性碳纤维，酚醛树脂，发泡剂，催化剂、改性剂，表面活性剂混合，剧烈搅拌5~15min，边搅拌边升温至60℃；
（2）在高速搅拌下，加入固化剂，持续搅拌5min，浇筑到模具中，逐步升温至100℃，在固化剂作用下固化；
（3）在室温下脱模，然后进行300~800℃氮气气氛下碳化1h，得多孔碳纤维；
（4）室温下，在0.7mol/L氨水中加入纳米Fe3O4粒子，搅拌1h后加入硅烷偶联剂，反应30min后停止搅拌，将表面修饰过的纳米Fe3O4粒子用无水乙醇洗涤，得表面处理过的纳米Fe3O4粒子，其中，氨水：纳米Fe3O4：硅烷偶联剂的质量比为100:（3~5）:0.5；
（5）将大孔聚苯乙烯树脂溶胀于无水乙醇溶液中，室温下静置溶胀4h，加入表面处理过的纳米Fe3O4粒子进行搅拌，反应温度60~80℃，搅拌30min，再进行超声分散30min，得磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液；
（6）加入粘结剂，分散剂，室温下充分搅拌均匀，得磁性树脂微球胶液；
（7）室温下，将上述磁性树脂微球胶液负载到多孔活性碳纤维上，得多孔活性碳纤维负载磁性树脂微球，其中，磁性树脂微球胶液与多孔活性碳纤维的质量比为1:（50~70）；
（8）放入100℃下鼓风烘箱中固化1~2h即得活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料。
进一步的，所述步骤（5）中大孔聚苯乙烯树脂:无水乙醇:纳米Fe3O4粒子的质量比为（8~10）:100:（1~2）。
进一步的，所述步骤（6）中粘结剂为酚醛树脂，用量为步骤（5）中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的5%~10%，分散剂为聚乙二醇，用量为步骤（5）中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的2%~5%。
进一步的，所述步骤（7）中负载方式包括涂布、喷涂、粉刷、淋膜。
有益效果：
1. 本发明的活性碳纤维为纤维状，纤维上布满微孔，其对有机气体吸附能力比颗粒活性炭在空气中高几倍至几十倍，在水溶液中高5~6倍，吸附速率快100~1000倍，在做成负载基体时不易掉碳粉，具有良好的吸附性能和力学性能，抵抗机械摩擦和酸碱腐蚀。
2. 本发明的磁性树脂微球表面具有或者通过表面改性带有多种功能基团，选择性吸附力强，表面粗糙，内部多孔，粒径较大，便于微生物附着，具有较强磁响应性，便于分离，具有较强的化学稳定性，不易被微生物降解。
3. 本发明的酚醛树脂的发泡过程和固化过程是同时进行的，因此本发明中催化剂（或固化剂）的种类和用量的选择都是与固化速度与发泡速度相匹配，能在气泡发生、膨胀到所需要的程度时完成固化。
4. 本发明选择淋膜方式负载时，对重金属离子的吸附效果最佳；当溶液中存在Pb2+、Cr2+、Cu2+和Co2+多种重金属离子时，本发明材料对Cu2+的吸附效果最好，最高可达94.88mg/g，同时，本发明材料对于Pb2+、Cr2+和Co2+也有较好的吸附效果，其吸附亲和力表现为Cu2+＞Pb2+＞Cr2+＞Co2+。
具体实施方式
实施例1
一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料，以重量份计包括以下成分：
长度为40~100mm的粘胶基短纤维100份、线性热塑性酚醛树脂80份、碳酸氢铵10份、六亚甲基四胺6份、草酸10份、聚乙二醇10份、硅氧烷2份。
上述的一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粘胶基短纤维，线性热塑性酚醛树脂，碳酸氢铵，草酸、聚乙二醇，硅氧烷混合，剧烈搅拌5min，边搅拌边升温至60℃；
（2）在高速搅拌下，加入六亚甲基四胺，持续搅拌5min，浇筑到模具中，逐步升温至100℃，在固化剂作用下固化；
（3）在室温下脱模，然后进行300℃氮气气氛下碳化1h，得多孔碳纤维；
（4）室温下，在0.7mol/L氨水中加入纳米Fe3O4粒子，搅拌1h后加入硅烷偶联剂KF570，反应30min后停止搅拌，将表面修饰过的纳米Fe3O4粒子用无水乙醇洗涤，得表面处理过的纳米Fe3O4粒子，其中，氨水:纳米Fe3O4:硅烷偶联剂KF570的质量比为100:3:0.5；
（5）将大孔聚苯乙烯树脂溶胀于无水乙醇溶液中，室温下静置溶胀4h，加入表面处理过的纳米Fe3O4粒子进行搅拌，反应温度60℃，搅拌30min，再进行超声分散30min，得磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液，其中，大孔聚苯乙烯树脂:无水乙醇:纳米Fe3O4粒子的质量比为8:100:1；
（6）加入酚醛树脂，聚乙二醇，室温下充分搅拌均匀，得磁性树脂微球胶液，其中，酚醛树脂的用量为步骤（5）中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的5%，聚乙二醇的用量为步骤（5）中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的2%；
（7）室温下，将上述磁性树脂微球胶液涂布到多孔活性碳纤维上，得多孔活性碳纤维负载磁性树脂微球，其中，磁性树脂微球胶液与多孔活性碳纤维的质量比为1:50；
（8）放入100℃下鼓风烘箱中固化1h即得活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料。
实施例2
一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料，以重量份计包括以下成分：
长度为40~100mm的粘胶基短纤维100份、线性热塑性酚醛树脂80份、碳酸氢铵10份、六亚甲基四胺6份、草酸10份、聚乙二醇10份、硅氧烷2份。
上述的一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粘胶基短纤维，线性热塑性酚醛树脂，碳酸氢铵，草酸、聚乙二醇，硅氧烷混合，剧烈搅拌5min，边搅拌边升温至60℃；
（2）在高速搅拌下，加入六亚甲基四胺，持续搅拌5min，浇筑到模具中，逐步升温至100℃，在固化剂作用下固化；
（3）在室温下脱模，然后进行300℃氮气气氛下碳化1h，得多孔碳纤维；
（4）室温下，在0.7mol/L氨水中加入纳米Fe3O4粒子，搅拌1h后加入硅烷偶联剂KF570，反应30min后停止搅拌，将表面修饰过的纳米Fe3O4粒子用无水乙醇洗涤，得表面处理过的纳米Fe3O4粒子，其中，氨水:纳米Fe3O4:硅烷偶联剂KF570的质量比为100:3:0.3；
（5）将大孔聚苯乙烯树脂溶胀于无水乙醇溶液中，室温下静置溶胀4h，加入表面处理过的纳米Fe3O4粒子进行搅拌，反应温度60℃，搅拌30min，再进行超声分散30min，得磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液，其中，大孔聚苯乙烯树脂:无水乙醇:纳米Fe3O4粒子的质量比为8:100:1；
（6）加入酚醛树脂，聚乙二醇，室温下充分搅拌均匀，得磁性树脂微球胶液，其中，酚醛树脂的用量为步骤（5）中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的5%，聚乙二醇的用量为步骤（5）中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的2%；
（7）室温下，将上述磁性树脂微球胶液喷涂到多孔活性碳纤维上，得多孔活性碳纤维负载磁性树脂微球，其中，磁性树脂微球胶液与多孔活性碳纤维的质量比为1:50；
（8）放入100℃下鼓风烘箱中固化1h即得活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料。
实施例3
一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料，以重量份计包括以下成分：
长度为40~100mm的粘胶基短纤维100份、线性热塑性酚醛树脂80份、碳酸氢铵10份、六亚甲基四胺6份、草酸10份、聚乙二醇10份、硅氧烷2份。
上述的一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粘胶基短纤维，线性热塑性酚醛树脂，碳酸氢铵，草酸、聚乙二醇，硅氧烷混合，剧烈搅拌5min，边搅拌边升温至60℃；
（2）在高速搅拌下，加入六亚甲基四胺，持续搅拌5min，浇筑到模具中，逐步升温至100℃，在固化剂作用下固化；
（3）在室温下脱模，然后进行300℃氮气气氛下碳化1h，得多孔碳纤维；
（4）室温下，在0.7mol/L氨水中加入纳米Fe3O4粒子，搅拌1h后加入硅烷偶联剂KF570，反应30min后停止搅拌，将表面修饰过的纳米Fe3O4粒子用无水乙醇洗涤，得表面处理过的纳米Fe3O4粒子，其中，氨水:纳米Fe3O4:硅烷偶联剂KF570的质量比为100:3:0.4；
（5）将大孔聚苯乙烯树脂溶胀于无水乙醇溶液中，室温下静置溶胀4h，加入表面处理过的纳米Fe3O4粒子进行搅拌，反应温度60℃，搅拌30min，再进行超声分散30min，得磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液，其中，大孔聚苯乙烯树脂:无水乙醇:纳米Fe3O4粒子的质量比为8:100:1；
（6）加入酚醛树脂，聚乙二醇，室温下充分搅拌均匀，得磁性树脂微球胶液，其中，酚醛树脂的用量为步骤（5）中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的5%，聚乙二醇的用量为步骤（5）中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的2%；
（7）室温下，将上述磁性树脂微球胶液粉刷到多孔活性碳纤维上，得多孔活性碳纤维负载磁性树脂微球，其中，磁性树脂微球胶液与多孔活性碳纤维的质量比为1:50；
（8）放入100℃下鼓风烘箱中固化1h即得活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料。
实施例4
一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料，以重量份计包括以下成分：
长度为40~100mm的粘胶基短纤维100份、线性热塑性酚醛树脂80份、碳酸氢铵10份、六亚甲基四胺6份、草酸10份、聚乙二醇10份、硅氧烷2份。
上述的一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粘胶基短纤维，线性热塑性酚醛树脂，碳酸氢铵，草酸、聚乙二醇，硅氧烷混合，剧烈搅拌5min，边搅拌边升温至60℃；
（2）在高速搅拌下，加入六亚甲基四胺，持续搅拌5min，浇筑到模具中，逐步升温至100℃，在固化剂作用下固化；
（3）在室温下脱模，然后进行300℃氮气气氛下碳化1h，得多孔碳纤维；
（4）室温下，在0.7mol/L氨水中加入纳米Fe3O4粒子，搅拌1h后加入硅烷偶联剂KF570，反应30min后停止搅拌，将表面修饰过的纳米Fe3O4粒子用无水乙醇洗涤，得表面处理过的纳米Fe3O4粒子，其中，氨水:纳米Fe3O4:硅烷偶联剂KF570的质量比为100:3:0.5；
（5）将大孔聚苯乙烯树脂溶胀于无水乙醇溶液中，室温下静置溶胀4h，加入表面处理过的纳米Fe3O4粒子进行搅拌，反应温度60℃，搅拌30min，再进行超声分散30min，得磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液，其中，大孔聚苯乙烯树脂:无水乙醇:纳米Fe3O4粒子的质量比为8:100:1；
（6）加入酚醛树脂，聚乙二醇，室温下充分搅拌均匀，得磁性树脂微球胶液，其中，酚醛树脂的用量为步骤（5）中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的5%，聚乙二醇的用量为步骤（5）中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的2%；
（7）室温下，将上述磁性树脂微球胶液淋膜到多孔活性碳纤维上，得多孔活性碳纤维负载磁性树脂微球，其中，磁性树脂微球胶液与多孔活性碳纤维的质量比为1:50；
（8）放入100℃下鼓风烘箱中固化1h即得活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料。
实施例5
一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料，以重量份计包括以下成分：
长度为40~100mm的粘胶基短纤维100份、线性热塑性酚醛树脂90份、碳酸氢铵15份、六亚甲基四胺7份、草酸12份、聚乙二醇12份、硅氧烷4份。
上述的一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粘胶基短纤维，线性热塑性酚醛树脂，碳酸氢铵，草酸、聚乙二醇，硅氧烷混合，剧烈搅拌7min，边搅拌边升温至60℃；
（2）在高速搅拌下，加入六亚甲基四胺，持续搅拌5min，浇筑到模具中，逐步升温至100℃，在固化剂作用下固化；
（3）在室温下脱模，然后进行400℃氮气气氛下碳化1h，得多孔碳纤维；
（4）室温下，在0.7mol/L氨水中加入纳米Fe3O4粒子，搅拌1h后加入硅烷偶联剂KF570，反应30min后停止搅拌，将表面修饰过的纳米Fe3O4粒子用无水乙醇洗涤，得表面处理过的纳米Fe3O4粒子，其中，氨水:纳米Fe3O4:硅烷偶联剂KF570的质量比为100:3.5:0.35；
（5）将大孔聚苯乙烯树脂溶胀于无水乙醇溶液中，室温下静置溶胀4h，加入表面处理过的纳米Fe3O4粒子进行搅拌，反应温度65℃，搅拌30min，再进行超声分散30min，得磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液，其中，大孔聚苯乙烯树脂:无水乙醇:纳米Fe3O4粒子的质量比为8:100:2；
（6）加入酚醛树脂，聚乙二醇，室温下充分搅拌均匀，得磁性树脂微球胶液，其中，酚醛树脂的用量为步骤（5）中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的6%，聚乙二醇的用量为步骤（5）中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的3%；
（7）室温下，将上述磁性树脂微球胶液淋膜到多孔活性碳纤维上，得多孔活性碳纤维负载磁性树脂微球，其中，磁性树脂微球胶液与多孔活性碳纤维的质量比为1:55；
（8）放入100℃下鼓风烘箱中固化1.5h即得活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料。
实施例6
一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料，以重量份计包括以下成分：
长度为40~100mm的粘胶基短纤维100份、线性热塑性酚醛树脂100份、碳酸氢铵14份、六亚甲基四胺8份、草酸15份、聚乙二醇15份、硅氧烷5份。
上述的一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粘胶基短纤维，线性热塑性酚醛树脂，碳酸氢铵，草酸、聚乙二醇，硅氧烷混合，剧烈搅拌10min，边搅拌边升温至60℃；
（2）在高速搅拌下，加入六亚甲基四胺，持续搅拌5min，浇筑到模具中，逐步升温至100℃，在固化剂作用下固化；
（3）在室温下脱模，然后进行500℃氮气气氛下碳化1h，得多孔碳纤维；
（4）室温下，在0.7mol/L氨水中加入纳米Fe3O4粒子，搅拌1h后加入硅烷偶联剂KF570，反应30min后停止搅拌，将表面修饰过的纳米Fe3O4粒子用无水乙醇洗涤，得表面处理过的纳米Fe3O4粒子，其中，氨水:纳米Fe3O4:硅烷偶联剂KF570的质量比为100:4:0.4；
（5）将大孔聚苯乙烯树脂溶胀于无水乙醇溶液中，室温下静置溶胀4h，加入表面处理过的纳米Fe3O4粒子进行搅拌，反应温度70℃，搅拌30min，再进行超声分散30min，得磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液，其中，大孔聚苯乙烯树脂:无水乙醇:纳米Fe3O4粒子的质量比为9:100:1；
（6）加入酚醛树脂，聚乙二醇，室温下充分搅拌均匀，得磁性树脂微球胶液，其中，酚醛树脂的用量为步骤（5）中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的7%，聚乙二醇的用量为步骤（5）中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的3.5%；
（7）室温下，将上述磁性树脂微球胶液淋膜到多孔活性碳纤维上，得多孔活性碳纤维负载磁性树脂微球，其中，磁性树脂微球胶液与多孔活性碳纤维的质量比为1:60；
（8）放入100℃下鼓风烘箱中固化1.5h即得活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料。
实施例7
一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料，以重量份计包括以下成分：
长度为40~100mm的粘胶基短纤维100份、线性热塑性酚醛树脂100份、碳酸氢铵15份、六亚甲基四胺9份、草酸15份、聚乙二醇15份、硅氧烷6份。
上述的一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粘胶基短纤维，线性热塑性酚醛树脂，碳酸氢铵，草酸、聚乙二醇，硅氧烷混合，剧烈搅拌10min，边搅拌边升温至60℃；
（2）在高速搅拌下，加入六亚甲基四胺，持续搅拌5min，浇筑到模具中，逐步升温至100℃，在固化剂作用下固化；
（3）在室温下脱模，然后进行600℃氮气气氛下碳化1h，得多孔碳纤维；
（4）室温下，在0.7mol/L氨水中加入纳米Fe3O4粒子，搅拌1h后加入硅烷偶联剂KF570，反应30min后停止搅拌，将表面修饰过的纳米Fe3O4粒子用无水乙醇洗涤，得表面处理过的纳米Fe3O4粒子，其中，氨水:纳米Fe3O4:硅烷偶联剂KF570的质量比为100:4:0.4；
（5）将大孔聚苯乙烯树脂溶胀于无水乙醇溶液中，室温下静置溶胀4h，加入表面处理过的纳米Fe3O4粒子进行搅拌，反应温度70℃，搅拌30min，再进行超声分散30min，得磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液，其中，大孔聚苯乙烯树脂:无水乙醇:纳米Fe3O4粒子的质量比为9:100:2；
（6）加入酚醛树脂，聚乙二醇，室温下充分搅拌均匀，得磁性树脂微球胶液，其中，酚醛树脂的用量为步骤（5）中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的8%，聚乙二醇的用量为步骤（5）中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的4%；
（7）室温下，将上述磁性树脂微球胶液淋膜到多孔活性碳纤维上，得多孔活性碳纤维负载磁性树脂微球，其中，磁性树脂微球胶液与多孔活性碳纤维的质量比为1:65；
（8）放入100℃下鼓风烘箱中固化1.5h即得活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料。
实施例8
一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料，以重量份计包括以下成分：
长度为40~100mm的粘胶基短纤维100份、线性热塑性酚醛树脂110份、碳酸氢铵18份、六亚甲基四胺8份、草酸17份、聚乙二醇17份、硅氧烷6份。
上述的一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粘胶基短纤维，线性热塑性酚醛树脂，碳酸氢铵，草酸、聚乙二醇，硅氧烷混合，剧烈搅拌10min，边搅拌边升温至60℃；
（2）在高速搅拌下，加入六亚甲基四胺，持续搅拌5min，浇筑到模具中，逐步升温至100℃，在固化剂作用下固化；
（3）在室温下脱模，然后进行650℃氮气气氛下碳化1h，得多孔碳纤维；
（4）室温下，在0.7mol/L氨水中加入纳米Fe3O4粒子，搅拌1h后加入硅烷偶联剂KF570，反应30min后停止搅拌，将表面修饰过的纳米Fe3O4粒子用无水乙醇洗涤，得表面处理过的纳米Fe3O4粒子，其中，氨水:纳米Fe3O4:硅烷偶联剂KF570的质量比为100:4.5:0.45；
（5）将大孔聚苯乙烯树脂溶胀于无水乙醇溶液中，室温下静置溶胀4h，加入表面处理过的纳米Fe3O4粒子进行搅拌，反应温度70℃，搅拌30min，再进行超声分散30min，得磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液，其中，大孔聚苯乙烯树脂:无水乙醇:纳米Fe3O4粒子的质量比为10:100:1；
（6）加入酚醛树脂，聚乙二醇，室温下充分搅拌均匀，得磁性树脂微球胶液，其中，酚醛树脂的用量为步骤（5）中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的8%，聚乙二醇的用量为步骤（5）中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的4%；
（7）室温下，将上述磁性树脂微球胶液淋膜到多孔活性碳纤维上，得多孔活性碳纤维负载磁性树脂微球，其中，磁性树脂微球胶液与多孔活性碳纤维的质量比为1:65；
（8）放入100℃下鼓风烘箱中固化1.5h即得活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料。
实施例9
一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料，以重量份计包括以下成分：
长度为40~100mm的粘胶基短纤维100份、线性热塑性酚醛树脂110份、碳酸氢铵18份、六亚甲基四胺9份、草酸18份、聚乙二醇18份、硅氧烷6份。
上述的一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粘胶基短纤维，线性热塑性酚醛树脂，碳酸氢铵，草酸、聚乙二醇，硅氧烷混合，剧烈搅拌10min，边搅拌边升温至60℃；
（2）在高速搅拌下，加入六亚甲基四胺，持续搅拌5min，浇筑到模具中，逐步升温至100℃，在固化剂作用下固化；
（3）在室温下脱模，然后进行600℃氮气气氛下碳化1h，得多孔碳纤维；
（4）室温下，在0.7mol/L氨水中加入纳米Fe3O4粒子，搅拌1h后加入硅烷偶联剂KF570，反应30min后停止搅拌，将表面修饰过的纳米Fe3O4粒子用无水乙醇洗涤，得表面处理过的纳米Fe3O4粒子，其中，氨水:纳米Fe3O4:硅烷偶联剂KF570的质量比为100:4.5:0.45；
（5）将大孔聚苯乙烯树脂溶胀于无水乙醇溶液中，室温下静置溶胀4h，加入表面处理过的纳米Fe3O4粒子进行搅拌，反应温度75℃，搅拌30min，再进行超声分散30min，得磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液，其中，大孔聚苯乙烯树脂:无水乙醇:纳米Fe3O4粒子的质量比为10:100:2；
（6）加入酚醛树脂，聚乙二醇，室温下充分搅拌均匀，得磁性树脂微球胶液，其中，酚醛树脂的用量为步骤（5）中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的9%，聚乙二醇的用量为步骤（5）中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的4%；
（7）室温下，将上述磁性树脂微球胶液淋膜到多孔活性碳纤维上，得多孔活性碳纤维负载磁性树脂微球，其中，磁性树脂微球胶液与多孔活性碳纤维的质量比为1:65；
（8）放入100℃下鼓风烘箱中固化1.5h即得活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料。
实施例10
一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料，以重量份计包括以下成分：
长度为40~100mm的粘胶基短纤维100份、线性热塑性酚醛树脂110份、碳酸氢铵18份、六亚甲基四胺9份、草酸19份、聚乙二醇19份、硅氧烷7份。
上述的一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粘胶基短纤维，线性热塑性酚醛树脂，碳酸氢铵，草酸、聚乙二醇，硅氧烷混合，剧烈搅拌12min，边搅拌边升温至60℃；
（2）在高速搅拌下，加入六亚甲基四胺，持续搅拌5min，浇筑到模具中，逐步升温至100℃，在固化剂作用下固化；
（3）在室温下脱模，然后进行300~800℃氮气气氛下碳化1h，得多孔碳纤维；
（4）室温下，在0.7mol/L氨水中加入纳米Fe3O4粒子，搅拌1h后加入硅烷偶联剂KF570，反应30min后停止搅拌，将表面修饰过的纳米Fe3O4粒子用无水乙醇洗涤，得表面处理过的纳米Fe3O4粒子，其中，氨水:纳米Fe3O4:硅烷偶联剂KF570的质量比为100:4.5:0.45；
（5）将大孔聚苯乙烯树脂溶胀于无水乙醇溶液中，室温下静置溶胀4h，加入表面处理过的纳米Fe3O4粒子进行搅拌，反应温度70℃，搅拌30min，再进行超声分散30min，得磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液，其中，大孔聚苯乙烯树脂:无水乙醇:纳米Fe3O4粒子的质量比为9.5:100:1.5；
（6）加入酚醛树脂，聚乙二醇，室温下充分搅拌均匀，得磁性树脂微球胶液，其中，酚醛树脂的用量为步骤（5）中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的9%，聚乙二醇的用量为步骤（5）中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的4.5%；
（7）室温下，将上述磁性树脂微球胶液淋膜到多孔活性碳纤维上，得多孔活性碳纤维负载磁性树脂微球，其中，磁性树脂微球胶液与多孔活性碳纤维的质量比为1:65；
（8）放入100℃下鼓风烘箱中固化1.5h即得活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料。
实施例11
一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料，以重量份计包括以下成分：
长度为40~100mm的粘胶基短纤维100份、线性热塑性酚醛树脂120份、碳酸氢铵20份、六亚甲基四胺10份、草酸20份、聚乙二醇20份、硅氧烷8份。
上述的一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粘胶基短纤维，线性热塑性酚醛树脂，碳酸氢铵，草酸、聚乙二醇，硅氧烷混合，剧烈搅拌15min，边搅拌边升温至60℃；
（2）在高速搅拌下，加入六亚甲基四胺，持续搅拌5min，浇筑到模具中，逐步升温至100℃，在固化剂作用下固化；
（3）在室温下脱模，然后进行800℃氮气气氛下碳化1h，得多孔碳纤维；
（4）室温下，在0.7mol/L氨水中加入纳米Fe3O4粒子，搅拌1h后加入硅烷偶联剂KF570，反应30min后停止搅拌，将表面修饰过的纳米Fe3O4粒子用无水乙醇洗涤，得表面处理过的纳米Fe3O4粒子，其中，氨水:纳米Fe3O4:硅烷偶联剂KF570的质量比为100:5:0.5；
（5）将大孔聚苯乙烯树脂溶胀于无水乙醇溶液中，室温下静置溶胀4h，加入表面处理过的纳米Fe3O4粒子进行搅拌，反应温度80℃，搅拌30min，再进行超声分散30min，得磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液，其中，大孔聚苯乙烯树脂:无水乙醇:纳米Fe3O4粒子的质量比为10:100:2；
（6）加入酚醛树脂，聚乙二醇，室温下充分搅拌均匀，得磁性树脂微球胶液，其中，酚醛树脂的用量为步骤（5）中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的10%，聚乙二醇的用量为步骤（5）中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的5%；
（7）室温下，将上述磁性树脂微球胶液淋膜到多孔活性碳纤维上，得多孔活性碳纤维负载磁性树脂微球，其中，磁性树脂微球胶液与多孔活性碳纤维的质量比为1:70；
（8）放入100℃下鼓风烘箱中固化2h即得活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料。
在初始Pb2+、Cr2+、Cu2+、Co2+质量浓度为10mg/L，pH=5.00，吸附时间为25h，温度为30℃时，取1g的各项实施例，在恒温震荡箱中于25℃下震荡15h，转速200r/min，测定对不同重金属溶液的最大吸附量。结果如表1所示。
表1 不同种类重金属离子的吸附量（单位：mg/g）
Figure 932400DEST_PATH_IMAGE001
从表1可以看出，从实施例1-4比较可知，当选择淋膜方式负载时，对重金属离子的吸附效果最佳。
从实施例可以看出，当溶液中存在Pb2+、Cr2+、Cu2+和Co2+多种重金属离子时，本发明材料对Cu2+的吸附效果最好，最高可达94.88mg/g，同时，本发明材料对于Pb2+、Cr3+和Co2+也有较好的吸附效果，其吸附亲和力表现为Cu2+＞Pb2+＞Cr2+＞Co2+。

Claims (6)

1.一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料，其特征在于：其中，多孔活性碳纤维以重量份计包括以下成分：活性碳纤维100份、酚醛树脂80～120份、发泡剂10～20份、固化剂6～10份 、催化剂10～20份 、改性剂10～20份 、表面活性剂2～8份 ；磁性树脂微球胶液制备包括以下成分：氨水、纳米Fe3O4粒子、硅烷偶联剂、大孔聚苯乙烯树脂、无水乙醇溶液、分散剂、粘结剂；
其制备方法如下：
(1)将活性碳纤维，酚醛树脂，发泡剂，催化剂、改性剂，表面活性剂混合，剧烈搅拌5～15min，边搅拌边升温至60℃；
(2)在高速搅拌下，加入固化剂，持续搅拌5min，浇筑到模具中，逐步升温至100℃，在固化剂作用下固化；
(3)在室温下脱模，然后进行300～800℃氮气气氛下碳化1h，得多孔碳纤维；
(4)室温下，在0.7mol/L氨水中加入纳米Fe3O4粒子，搅拌1h后加入硅烷偶联剂，反应30min后停止搅拌，将表面修饰过的纳米Fe3O4粒子用无水乙醇洗涤，得表面处理过的纳米Fe3O4粒子，其中，氨水：纳米Fe3O4：硅烷偶联剂的质量比为100:(3～5):(0.3～0.5)；
(5)将大孔聚苯乙烯树脂溶胀于无水乙醇溶液中，室温下静置溶胀4h，加入表面处理过的纳米Fe3O4粒子进行搅拌，反应温度60～80℃，搅拌30min，再进行超声分散30min，得磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液；
(6)加入粘结剂，分散剂，室温下充分搅拌均匀，得磁性树脂微球胶液；
(7)室温下，将上述磁性树脂微球胶液负载到多孔活性碳纤维上，得多孔活性碳纤维负载磁性树脂微球，其中，磁性树脂微球胶液与多孔活性碳纤维的质量比为1:(50～70)；
(8)放入100℃下鼓风烘箱中固化1～2h即得活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料。
2.根据权利要求1所述的一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料，其特征在于：所述活性碳纤维为粘胶基短纤维，长度为40～100mm；所述酚醛树脂为线性热塑性酚醛树脂，粘度3～5Pa.s；所述发泡剂为碳酸氢铵；所述固化剂为六亚甲基四胺；所述催化剂为草酸；所述改性剂为聚乙二醇；所述表面活性剂为硅氧烷。
3.根据权利要求2所述的一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料，其特征在于：所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KF570。
4.根据权利要求1所述的一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料，其特征在于：所述步骤(5)中大孔聚苯乙烯树脂:无水乙醇:纳米Fe3O4粒子的质量比为(8～10):100:(1～2)。
5.根据权利要求1所述的一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料，其特征在于：所述步骤(6)中粘结剂为酚醛树脂，用量为步骤(5)中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的5％～10％，分散剂为聚乙二醇，用量为步骤(5)中磁性大孔聚苯乙烯树脂胶液的2％～5％。
6.根据权利要求1所述的一种活性碳纤维负载磁性树脂微球多孔材料，其特征在于：所述步骤(7)中负载方式包括涂布、喷涂、粉刷、淋膜。
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