[发明专利]一种利用聚氯乙烯废弃物制备高比表面积活性炭的方法

说明书

技术领域

本发明属于化工以及环境保护技术领域，特别涉及一种利用聚氯乙烯废弃物制备高比表面积活性炭的方法。

背景技术

活性炭是一种用途极广的吸附材料，可广泛应用于化工、国防、环保和生物等领域。传统的活性炭原料主要为煤和木质(包括植物果壳，如桃壳、稻壳等)，然而煤基活性炭灰分含量高从而导致活性炭比表面积较低，而木质原料因其来源以及产地的差异也在很大程度上限制了其制备优质活性炭的潜力，此外，更重要的是它们都是不可再生资源。所以开发利用含碳量高的工农业废弃物制备高比表面积且环境友好型活性炭已成为各国科技工作者研究的热点之一。

在我国，随着国民经济的快速发展，塑料工业也保持着迅速增长的态势。聚氯乙烯(PVC)是合成材料中五大通用合成树脂之一，产量仅次于聚乙烯。但随着产量的日益增长，随之而来的是如何合理有效地回收利用不断增加的PVC废弃材料。PVC废弃材料具有含碳量高、杂质含量少等特点，因而可能成为制备活性炭的优良原料，既可为废弃物处置提供新的途径，又能提供廉价、高效的吸附材料，因而应用前景广阔。

利用PVC废弃物制备高比表面积活性炭，工艺条件中活化时间是关键，活化时间不足，造孔不充分；时间过长，则微孔孔壁受蚀严重，导致塌陷或断裂，微孔则向中孔或大孔转化，比表面积随之降低。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种制得的活性炭灰分含量低、比表面积大、孔径分布窄、具有良好的微/中孔结构且工艺简单、成本较低的利用聚氯乙烯废弃物制备高比表面积活性炭的方法。

本发明的技术方案：

一种利用聚氯乙烯废弃物制备高比表面积活性炭的方法，具体工艺步骤如下：

1)将聚氯乙烯废弃物粉碎成直径＜5mm的颗粒，加入反应设备，在温度为600℃的氮气气氛下碳化45分钟，形成具有初始孔隙结构的碳化物；

2)将上述碳化物与活化剂混合，研磨15分钟后，再在氮气气氛下于850℃活化处理90分钟，即得活化产物；

3)将上述活化产物在氮气气氛下冷却至室温，然后酸洗，最后用高纯水反复冲洗至中性，于110℃烘箱中烘干即可制得最终活性炭产品。

所述步骤1)中聚氯乙烯废弃物的含碳量为40％、灰分含量为16.2％。

所述步骤1)中的反应设备为管式炉，其升温速率为5℃/min，氮气流速为0.3L/min。

所述步骤2)中的活化剂为氢氧化钾粉末，碳化物与氢氧化钾的质量比为1∶2。

所述步骤3)中的酸洗为用浓度为1mol/L的盐酸浸泡24小时。

本发明的优点是：利用聚氯乙烯废弃物制备的活性炭，比表面积可达2600m²/g以上，孔隙以2～5nm的中孔为主，可占总孔体积的60％以上；由于原材料经碳化处理成为具有一定孔隙结构的碳化物，因而可与活化剂充分接触，从而在很大程度上减少了对活化剂的消耗，不仅工艺简单，同时也可大大降低生产成本。

具体实施方式

实施例：

一种利用聚氯乙烯废弃物制备高比表面积活性炭的方法，具体工艺步骤如下：

1)将聚氯乙烯(PVC)废弃物粉碎成直径＜5mm的颗粒，该聚氯乙烯废弃物的含碳量为40％、灰分含量为16.2％，分别取20.0g置于管式炉中，再在氮气气氛下进行碳化处理(升温速率为5℃/min，氮气流速为0.3L/min，碳化温度为600℃，碳化时间为45分钟)，在氮气气氛下冷却至室温后取出碳化物；2)将碳化物，用研钵研磨成大小均匀的微粒，之后加入活化剂氢氧化钾粉末(碱碳质量比为2∶1)，再将混合物研磨15分钟至溶融状态，然后将混合物在氮气气氛下进行活化处理(升温速率为20℃/min，氮气流速为0.3L/min，活化温度为850℃，活化时间为90分钟)，冷却至室温后取出活化产物；3)将活化产物用浓盐酸(1mol/L)浸泡24小时，最后用高纯水反复冲洗至中性，于110℃烘箱中烘干制得高比表面积活性炭。