[发明专利]一种亲水性多孔成型活性炭的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能材料领域，特别是涉及一种亲水性多孔成型活性炭的制备方法。

背景技术

活性炭是以煤、木材和果壳等原料，经炭化、活化和后处理而得，按外观形状可分为粉状活性炭、颗粒活性炭、纤维活性炭以及球形活性炭等。作为一种重要的功能材料，活性炭不仅具有独特的孔隙结构，更重要的是其表面含有多种活性官能团，一般分为含氧官能团和含氮官能团。活性炭的化学性质十分稳定，且不溶于水和有机溶剂，使用失效后还可以再生，重复利用，因此，活性炭能被广泛地应用于处理废水、净化气体，以及食品加工、化工、军事化学防护等方面有着重大的意义。

成型活性炭具有较大的尺寸和一定形状，有较高的堆密度与强度，且无粉尘污染。制备成型活性炭方法分为3类：1.直接将具有设定形状和尺寸的木材等天然植物炭化活化。2.用粘结剂将碳质前驱体原料粘结成型，然后炭化，视需要可进一步进行活化。3.采用粘结剂将粉体活性炭或活性碳纤维粘结成型，然后对粘接剂进行处理，保证型炭的整体性能稳定。

活性炭粘结成型法以活性炭产品为原料，添加粘结剂使之粘接成型后，加以适当处理。成型活性炭的粘结剂有酚醛树脂、淀粉、聚乙烯醇、甲基纤维素及其衍生物等有机粘结剂和陶瓷、皂土、水玻璃、蜡等无机粘结剂。张香兰等以聚乙烯醇胶水体系制备成型活性炭，以粉末活性炭为原料，以聚乙烯醇为粘结剂，分别以10%、15%、20%的量添加进去，搅拌均匀后在不同压力下成型，制备成型活性炭，并进行各项性能的测试，得出结论：粘结剂比例为15%，成型压力为80MPa，后处理温度为200℃，处理时间为30min为最佳制备条件。（张香兰，王向龙，李科，任红星，李园，以聚乙烯醇为粘结剂制备成型活性炭的研究，洁净煤技术，2008，14（3）：23-25。）

在成型活性炭常用有机粘结剂配制时，由于聚乙烯醇、羧甲基纤维素分子中含有大量的羟基，故亲水性较强、耐水性能和稳定性较差，因而限制了它的使用性能和应用范围。可利用环氧氯丙烷等聚合物常用交联剂，配制交联有机粘结剂，加入碳酸氢铵发泡剂用于亲水性多孔成型活性炭制备。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种亲水性多孔成型活性炭的制备方法，用于解决现有技术中的问题。

本发明探索以水溶性含羟基聚合物和交联剂合成粘结剂，与活性炭混合制备成型活性炭，加入发泡剂碳酸氢铵改善开孔效果。考虑原料成本等及反应难易程度，选用水溶性羟基聚合物-环氧氯丙烷粘结剂体系。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种亲水性多孔成型活性炭的制备方法，包括如下步骤：

步骤1）配制适当浓度水溶性羟基聚合物的水溶液：称取一定量水溶性含羟基聚合物，溶于适量的蒸馏水中，使溶胀溶解，待冷却后备用；

步骤2）加入2wt%NaOH水溶液碱化半小时，在胶水体系中加入适量的活性炭；

步骤3）加入适量交联剂环氧氯丙烷，控制水溶性羟基聚合物和环氧氯丙烷的质量比；

步骤4）加入占体系总重量0.1%-0.3%的发泡剂碳酸氢铵，搅拌均匀；

步骤5）在65℃的恒温水浴下，搅拌反应1-2小时；反应完毕后用醋酸中和pH至中性；

步骤6）活性炭混合液倒入模具，放在110℃的烘箱中烘干。

优选的，所述水溶性含羟基聚合物主要为聚乙烯醇（1788）、羧甲基纤维素（分子量为5400-7400）、水溶性淀粉（分子量为342.3）。

更优选的，所述水溶性含羟基聚合物的水溶液的浓度为8wt%。

本领域技术人员可根据经验确定适当的溶胀溶解温度。

优选的，所述步骤2）中，羧甲基纤维素与2wt%NaOH水溶液的加入量之比为g：ml=2：5。

优选的，所述步骤2）中，胶水体系与活性炭的质量比（胶/炭比）为1-2：1。

优选的，所述步骤3）中，水溶性羟基聚合物和环氧氯丙烷的质量比为3-5：1。

本发明的有益效果是：本发明工艺简单，操作方便，可获得具有耐水、耐酸耐碱性、性价比优势的成型活性炭用粘结剂。采用的粘结剂为亲水性聚合物，且制作过程中可以不进行后期高温炭化，使制得的多孔活性炭在一定程度上保留了粘结剂的亲水性能。本发明经济价值较高，开发的高效、廉价的成型活性炭，可用于污水处理特别是重金属废水的处理。

具体实施方式