專利名稱：利用強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂制備疏水性活性炭的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用有機(jī)樹脂類廢物(HW13)強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂制備疏水性活性炭的方法，屬于危險(xiǎn)廢棄物利用及活性炭制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
活性炭材料因具有高比表面積和較強(qiáng)的吸附能力而在脫色、水處理等諸多方面得到了廣泛應(yīng)用。然而廢氣中揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)的活性炭吸附方面應(yīng)用卻受到了限制，原因之一是因?yàn)閺U氣中的水蒸氣和VOCs會(huì)在活性炭表面形成競爭吸附。對于親水性活性炭表面，其微孔表面的親水性將大大降低水蒸氣凝結(jié)的飽和蒸汽壓，造成微孔甚至是介孔中液態(tài)水的形成和孔堵塞，最終大大降低了活性炭的吸附容量。相對應(yīng)的是，疏水性活性炭上，微孔、介孔中的水的飽和蒸汽壓比正常情況下的水飽和蒸汽壓高，當(dāng)水蒸氣和VOCs在活性炭表面共吸附時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生液態(tài)水堵塞微孔、介孔的情況，廢氣中水蒸氣的存在對VOCs的吸附影響較小。現(xiàn)有制備疏水性活 性炭的方法，如CN101214955公開的《一種疏水蜂窩狀活性炭及其制備方法》(該種方法將活性炭、有機(jī)粘結(jié)劑、表面改性劑和水，進(jìn)行捏合、擠出成型、干燥)、CN102358619A公開的《一種利用禽毛制作疏水性活性炭的方法》(將禽毛洗凈除雜、烘干、剪切粉碎，置于KOH溶液或H3PO4中混合均勻，蒸煮得到膠狀粘稠物，將膠狀粘稠物置于微波爐中炭化處理，再活化處理，獲得疏水性活性炭)以及CN102382366A公開的《氟化碳改性超疏水材料及其制備方法》(由硅橡膠、硫化劑、氟化碳材料、聚丙烯及助劑為原料制備而成)等，是由植物基、煤基和石油基等原料制備的活性炭，雜質(zhì)較多，性能一般且難以重復(fù)，其中《氟化碳改性超疏水材料及其制備方法》所述的方法盡管能改善活性炭顆粒表面的疏水性，但其微孔、介孔表面的親水性特性并無改變。CN1480397公開的《一種高強(qiáng)度樹脂基球狀活性炭的制備方法》(在惰性氣體保護(hù)下將固化的球形樹脂升溫至700-1000°C下炭化，然后通入水蒸氣活化，制得樹脂基球狀活性炭)、CN1240220公開的《一種酚醛樹脂基球形活性炭的制備方法》(將原料樹脂分散到含有分散劑的分散液中；乳化成球；所成的球在惰性氣體保護(hù)下，600 - 1000°C進(jìn)行炭化處理；炭化處理的球在700 - 900°C下，利用水蒸汽或二氧化碳進(jìn)行活化處理，得到酚醛樹脂基的球形活性炭)、以及發(fā)表在《離子交換與吸附》雜質(zhì)發(fā)表的《廢棄離子交換樹脂基炭化樹脂的制備與特性》(2005，21 (5):397-405)，提供了幾種由離子交換樹脂制備活性炭的方法，這些方法由于未考慮工業(yè)處理有機(jī)廢氣時(shí)，活性炭表面的疏水性，制備條件中未考慮活性炭表面性質(zhì)的調(diào)整，無法解決水蒸氣阻塞活性炭微孔導(dǎo)致VOCs吸附容量降低的問題，同時(shí)炭化活化溫度較高，過程復(fù)雜，制備成本高。目前，還沒有利用水處理中產(chǎn)生的廢棄強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂制備疏水性活性炭的有關(guān)報(bào)道
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有疏水性活性炭的制備方法存在的不足，提供一種價(jià)格低廉的利用強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂制備疏水性活性炭的方法，制備的疏水性活性炭能夠符合有機(jī)廢氣凈化處理，從而解決水蒸氣阻塞活性炭微孔導(dǎo)致VOCs吸附容量降低的問題。本發(fā)明利用強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂制備疏水性活性炭的方法，包括以下步驟:(I)如果強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂為氫型，則直接烘干使用，如果為鈉型，則需先將強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂在鹽酸條件下轉(zhuǎn)化為氫型，并且在105°C下烘干使用；(2)將氫型強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂在氮?dú)?N2)氛圍下進(jìn)行炭化，溫度控制如下:①室溫至300°C，以10°C /分鐘的速度升溫；②300 V恒溫停留30分鐘；③300°C至500°C，以5°C /分鐘的速度升溫；④500 V恒溫停留60分鐘；然后在氮?dú)?N2)氛圍下冷卻至室溫后直接得到疏水性活性炭。本發(fā)明可利用工業(yè)水處理中產(chǎn)生的大量廢棄的強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂制備活性炭，不但有效的利用了對環(huán)境污染的廢棄物，保護(hù)了環(huán)境，過程簡單，炭化溫度較低，成本低廉，而且制備的活性炭具有發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)，吸附能力好，尤其具有較強(qiáng)的疏水性能，孔內(nèi)具有較大的水飽和蒸汽壓 ，水蒸氣不易凝結(jié)，有效避免了因水蒸氣在孔內(nèi)凝結(jié)阻塞毛細(xì)孔而導(dǎo)致影響繼續(xù)吸附的情況。


附圖是按本發(fā)明方法制備的疏水性活性炭的樣品實(shí)物圖片。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明利用強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂制備疏水性活性炭，解決了水蒸氣阻塞活性炭微孔導(dǎo)致VOCs吸附容量降低的問題。如果獲取的強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂為氫型，則直接烘干使用(可在105°C烘干2小時(shí))，如果為鈉型，則需先將強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂在鹽酸條件下轉(zhuǎn)化為氫型(轉(zhuǎn)化過程按現(xiàn)有公知技術(shù)進(jìn)行，是常規(guī)方法)，并且在105°C下烘干使用。取IOg氫型強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂在N2氣氛下放入管式爐進(jìn)行炭化，溫度控制如下:①室溫至300°C，以10°C /分鐘的速度升溫；②300 V恒溫停留30分鐘；③300°C至500°C，以5°C /分鐘的速度升溫；④500 V恒溫停留60分鐘。如果在上述步驟④條件下，直接進(jìn)行氮?dú)?N2)氛圍下冷卻，可得到3.85g疏水性活性炭，稱為樣品a。如果在上述步驟④條件下，將氮?dú)?N2)切換為水蒸氣，再繼續(xù)以10°C /分鐘的速度升溫至800°C ;80(TC下恒溫15分鐘，切換成有機(jī)氣體(甲烷，150ml/分鐘)，15分鐘后再切換成氮?dú)?N2)進(jìn)行冷卻，則得到3.65g疏水性活性炭，稱為樣品b。如果在上述步驟④條件下，將氮?dú)?N2)切換為水蒸氣，再繼續(xù)以10°C /分鐘的速度升溫至800°C ;800°C下恒溫15分鐘，氮?dú)?N2)氛圍下冷卻至室溫，則獲得3.12g親水性活性炭，稱為樣品C。附圖給出了樣品a、樣品b和樣品c三種樣品的實(shí)物圖片。25°C時(shí)三種樣品上的水蒸氣(wt%)如下表所示:25°C樣品水蒸氣吸附量
權(quán)利要求
1. 一種利用強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂制備疏水性活性炭的方法，其特征是，包括以下步驟 (1)如果強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂為氫型，則直接烘干使用，如果為鈉型，則需先將強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂在鹽酸條件下轉(zhuǎn)化為氫型，并且在105°c下烘干使用； (2)將氫型強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂在氮?dú)夥諊逻M(jìn)行炭化，溫度控制如下 ①室溫至300°C，以10°C/分鐘的速度升溫； ②300°C恒溫停留30分鐘； ③300°C至500°C，以5°C/分鐘的速度升溫； ④500°C恒溫停留60分鐘； 然后在氮?dú)夥諊吕鋮s至室溫后直接得到疏水性活性炭。
全文摘要
一種利用強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂制備疏水性活性炭的方法，是將氫型強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂在氮?dú)夥諊逻M(jìn)行炭化，溫度控制如下①室溫至300℃，以10℃/分鐘的速度升溫；②300℃恒溫停留30分鐘；③300℃至500℃，以5℃/分鐘的速度升溫；④500℃恒溫停留60分鐘；然后在氮?dú)夥諊吕鋮s至室溫后直接得到疏水性活性炭。該方法利用工業(yè)水處理中產(chǎn)生的大量廢棄的強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂制備活性炭，有效利用了廢棄物，保護(hù)了環(huán)境，成本低廉，而且制備的活性炭具有發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)，吸附能力好，尤其具有較強(qiáng)的疏水性能，孔內(nèi)具有較大的飽和蒸汽壓，水蒸氣不易凝結(jié)，有效避免了因水蒸氣在孔內(nèi)凝結(jié)阻塞毛細(xì)孔而導(dǎo)致VOCs吸附容量降低的問題。
文檔編號B01J20/20GK103252215SQ20131020186
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月27日
發(fā)明者蘇繼新, 張 林, 潘碩, 劉思明, 徐麗 申請人:山東大學(xué)