[发明专利]吸附材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机材料及其制备方法，具体涉及吸附材料及其制备方法。

背景技术

活性炭是以木材、果壳、煤等含碳材料为原料制备的一类具有发达孔隙结构、巨大比表面积、强吸附能力的材料，在环保、国防、化工、食品、医药、纺织等领域中的应用日益广泛。近几年，煤、木屑资源短缺日趋严重，因此不断开发活性炭生产的原料、探索新的工艺条件、增加新品种是我国乃至世界活性炭工业发展的重要任务。针对传统活性炭制备原料木材资源短缺的问题，近几年开发了花生壳、核桃壳、杏核、甘蔗渣、稻草秸秆等为原料制备活性炭，并取得了较好的成果。

在自然界中，木质素的储量仅次于纤维素，而且每年都以500亿吨的速度再生。木质素主要源于工业纸浆的副废物，由于其自然降解时间较长，排放掉对环境会造成不利影响。目前超过95%的木质素仍以“黑液”直接排入江河或浓缩后烧掉，很少得到有效利用。仅有少部分用于生产、胶黏剂、防锈剂、染料、分散剂、稀释剂等，但由于这些产品成本高，市场需要量小等原因，木质素尚未得到很好地开发利用。事实上，木质素具有较高的碳含量和与烟煤相似的分子结构，可以作为生产活性炭理想的前驱体。由于资源丰富，以木质素为原料制备活性炭吸附材料，可以大幅降低成本。

另一方面，目前的活性炭吸附材料基本上全部活性炭，其被制成颗粒或者粉末两种形态。但是在很多应用中，需要将吸附材料制成有形材料，例如块状、片状、或者其他特定形状。这种有形材料需要具有一定的强度，以便可以堆积或者具有一定支撑力。然而，现有技术中尚没有这种产品出现。

发明内容

本发明的目的是提出一种新的吸附材料，其以活性炭为主体材料，但是具有一定的机械强度，在承受压力时不宜破碎。

本发明的吸附材料是通过活化由木质素附着于一次性模子得到的预成型体而获得。

优选地，本发明以粘结剂为成型剂，所述粘结剂为有机粘结剂或者无机粘结剂中的一种或者两种。

进一步地，该有机粘结剂包括酚醛树脂、改性酚醛树脂、或者聚乙烯醇的一种或者几种；无机粘结剂包括磷酸二氢铝。

在使用磷酸二氢铝的情况下，磷酸二氢铝为6~10%的水溶液，其与木质素的比例为1.5:1~2:1。

作为优选方式，本发明的产品中引人了陶瓷材料。典型地，木质素与陶瓷材料的质量比在1~5:1的范围。

本发明还涉及一种吸附材料的制备方法，依次包含下面的步骤：

混料，在木质素、活化剂溶液进行混合，形成浆料，使活化剂充分渗入

木质素内部；

成型，将浆料施加至由有机泡沫材料形成的一次性模子，得到预成型体；

固化，将所述预成型体干燥成无水状态；

活化，烧结所述预成型体；

漂洗，其为可选步骤，用水洗涤经烧结的预成型体，使其酸碱值呈中性，

干燥，除去活性炭中的水分。

在优选的实施方式中，使用磷酸二氢铝为活化剂和粘结剂。磷酸二氢铝优选以6~10%的水溶液引入，该溶液与木质素的质量比为1.5:1~2:1。

本发明中的活化过程优选进一步以水蒸气为活化剂。

优选地，本发明中的活化温度控制在750-950℃。

具体实施方式

根据本发明，吸附材料是通过将木质素附着于一次性模子，形成预成型体，然后活化该预成型体得到。本发明中使用的一次性模子是含有碳的有机泡沫材料，其提供三维结构的网络状骨架，可以让木质素附着在上面，形成预成型体。该一次性模子在后续的高温处理过程中会挥发掉，或者大部分挥发掉，而其中的碳元素以多孔状组织的形式残留下来。典型的泡沫材料是聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫。可以通过机压成型、振动成型、挤压成型、捣打成型、注浆成型等等手段将浆料施加在一次性模子上，并进行适度挤压，例如使其通过两个相对滚动的辊，挤压出多余的浆料。

附着在一次性模子上的木质素在活化过程发生分解，挥发掉其中的大部分质量而留下碳元素，形成多孔的具有一定强度的碳组织。活化过程优选在缺氧条件下进行，可以通过加热或者微波处理。

在本发明中，需要向预成型体引入活化剂。活化剂可以是以溶液状态引入，溶液的浓度应低于相应盐的饱和浓度。活化剂溶液的用量应足以充分拌湿木质素粉末，应使得混合后的物料呈可流动的浆状。水量不宜过少，否则，活化剂不能以离子状态渗入木质素中。水量过大会增加干燥步骤的能耗。