[发明专利]一种以废弃棉布为原料制备高导热活性炭的方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种制备高导热活性炭的方法，尤其涉及一种以废弃棉布为原料制备高导热活性炭的方法，属于活性炭制备技术领域。

【背景技术】

活性炭是一种具有多孔结构、较大比表面积、制备成本低廉、制备工艺成熟简单的固体多孔材料，在吸附、催化、试剂回收、分离、精制等领域得到广泛应用，是目前应用得最为广泛的吸附材料。目前活性炭的制备多以木材、煤等为原料，但这些原料的不可再生性或昂贵性在一定程度上限制了它的应用。国内外学者曾探讨利用废弃中纤维板、植物、竹屑等作为替代原料生产活性炭，但是活性炭的容积密度较低，热传导性能很差，其导热系数约为0.17～0.28W·m^-1·K^-1，一般被认作非导热材料。而从热力学上而言，吸附过程是放热过程，只有在温度较低的条件下才有利于吸附的进行，特别是在大型工业吸附床层中，活性炭吸附产生的大量吸附热不仅会影响吸附效率，还会导致热量的过度堆积而产生过热现象。

K.ITOGA等指出，常规活性炭在超过200℃温度就有可能引起燃烧。此外，用过的活性炭必须及时脱附再生，否则将会引起资源的严重浪费和环境的二次污染。吸附质能否完全脱附、活性炭能否高效再生及多次循环使用是活性炭吸附技术的关键，决定了整个吸附过程的效率和经济性。但是，在脱附再生方面，活性炭的不良导热性能使得传统活性炭在大规模的热再生过程中存在导热性能低、传热速度慢、能源利用率低等问题，同时也存在较大的安全隐患。

因此迫切需要开发具有高导热系数的新型活性炭，以克服温度梯度导致的活性碳在吸附和再生过程中产生的负面影响。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种充分再利用废物、降低活性炭成本和提高活性炭再生性能的以废弃棉布为材料制备高导热活性炭的方法。

本发明为解决上述由温度梯度带来的技术瓶颈问题，本发明建议从活性炭材料本身入手，拟通过在活性炭制备过程中引入膨胀石墨，制备复合高导热活性炭，在保证活性炭吸附性能的前提下，提高其导热性能进而改善其再生性能，并将之应用于VOCs吸附过程，具体采用的技术方案为：

一种以废弃棉布为原料制备高导热活性炭的方法，其特征在于包括以下步骤：

a、将粉碎的废棉布碎片放入氯化锌溶液中浸泡24～48h后减压蒸馏，得到含有活化剂的碳源料；

b、将步骤a得到的含活化剂的碳源料烘干后加入其质量百分比5～40％的膨胀石墨，充分混匀后得固体混合物；

c、将步骤b得到的固体混合物于氮气气氛下，300～500℃灼烧活化0.5～2h，停止加热，于氮气气氛中冷却至室温，再用去离子水冲洗至中性，烘干即可。

本发明中的废棉布碎片的直径小于5mm，重量小于5g。

本发明中的氯化锌溶液的浓度为0.3g/ml，所述氯化锌溶液的用量按照废棉布碎片与氯化锌溶质的质量比1：3～5使用。

本发明中步骤b和步骤c中的烘干条件为100～120℃下烘烤22～26h至恒重。

本发明步骤c中灼烧活化所用的设备为气氛式管式炉，气氛为氮气气氛。

本发明中步骤a中减压蒸馏所用的仪器为旋转蒸发仪，减压蒸馏至无水分出即可。

本发明中所加入的膨胀石墨的大小为80～100目过筛，石墨颗粒太大，比表面积就小，不利于吸附。

以甲苯气体为吸附质，将高导热复合活性炭置于充满甲苯气体的石英制吸附管中，使其吸附甲苯气体至饱和状态，然后将吸附管放入微波反应器中，设定微波功率为420W，开启微波200S，进行微波再生，多次再生后的活性炭检验其对甲苯气体的吸附能力的变化，结果显示高导热活性炭的吸附透过时间几乎未有衰减，而商业活性炭对甲苯的吸附能力明显下降，这主要是因为掺杂了膨胀石墨的高导热系数复合活性炭，具有较高的导热能力，在微波脱附时，能够将微波产生的热量及时地向周围扩散，避免了因活性炭床层温度过高而使活性炭孔结构毁坏，使整个活性炭床层处于较低的温度。可见高导热系数复合活性炭经过微波脱附再生后，依然保持着良好的吸附性能，是一种兼备良好的吸附与再生性能的活性炭。

本发明与现有技术相比，有以下优点：

本发明中利用废棉布作生产活性炭的原料，能够达到“以废治污”并扩大活性炭生产原料来源。