[发明专利]新型碳基吸附材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种新型碳基吸附材料及其制备方法，主要解决现有吸附回收材料在高湿度环境下疏水性差、吸附目标有机物分子容量低、真空脱附难度高、吸脱附速率慢的问题。本发明通过采用一种新型碳基吸附材料及其制备方法，以间苯二酚或间苯三酚、冰醋酸为反应原料，甲醛水溶液为反应溶剂，经过溶胶凝胶‑冷冻干燥和碳化活化过程制得疏水型高比表面积碳基吸附材料的技术方案较好地解决了上述问题，可用于工程材料技术中。

技术领域

本发明涉及一种新型碳基吸附材料及其制备方法。

背景技术

原油从开采、炼化到最终以成品油的形式走向消费市场的过程中，需要经历多次储运装卸过程，这中间难免会造成油品的挥发损耗甚至是泄漏，造成能源浪费、油品质量下降、环境污染乃至安全隐患。吸附分离技术作为一种原理成熟并且最为经济高效的储运损耗控制手段，被广泛应用于吸附法油气回收等领域。然而最近我国开始实施《石油炼制工业污染物排放标准》(GB31570-2015)和《石油化学工业污染物排放标准》(GB31571-2015)，其中要求非甲烷总烃处理效率≥97％，有机特征污染物排放限值中要求苯≤4mg/m³，甲苯≤15mg/m³，二甲苯≤20mg/m³，传统“吸附+吸收法”油气回收装置已经很难达到如此之高的要求，因此工艺的改进，吸附材料的提升势在必行。

目前工业上应用的吸附剂主要是活性炭和吸附硅胶(如CN 102989414 B)，这些材料虽然具有价格低廉、可操作性简便等优点，但是存在可有效利用的比表面积小，封闭孔道造成的脱附难度大、以及疏水性差等缺陷。针对这一现状，本专利通过溶胶凝胶法与二氧化碳高温活化联用处理手段，制备了一种具有高比表面积、疏水特性、理想孔径范围，可实现针对挥发性有机化合物吸附回收的碳基吸附材料。本发明所得到的碳基吸附材料具有开放性等级三维多孔结构，吸附性能优良，不易吸湿、循环使用性能好，在挥发性有机化合物吸附回收领域展现出了广阔的应用前景和商业价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是现有吸附回收材料在高湿度环境下疏水性差、吸附目标有机物分子容量低、真空脱附难度高、吸脱附速率慢的问题，提供一种新的新型碳基吸附材料。该材料具有吸附回收材料在高湿度环境下疏水性好、吸附目标有机物分子容量高、真空脱附难度低、吸脱附速率快的优点。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的新型碳基吸附材料的制备方法。

为解决上述问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种新型碳基吸附材料，所述碳基吸附材料比表面积为500～2300m²/g，介孔含量为30～70％，微观呈现出三维交联网状等级孔结构，介孔孔径大小为2～60nm，最可几孔径为1.7～3.8nm，碳基吸附材料与水的接触角大于120°。

为解决上述问题之二，本发明采用的技术方案如下：一种新型碳基吸附材料的制备方法，以间苯二酚或间苯三酚、冰醋酸为反应原料，甲醛水溶液为反应溶剂，经过溶胶凝胶-冷冻干燥和碳化活化过程制得疏水型高比表面积碳基吸附材料；具体制备步骤包括：

(1)首先将间苯二酚或间苯三酚和甲醛水溶液混合，然后加入冰醋酸搅拌混合均匀；

(2)将步骤(1)中得到的混合溶液持续搅拌并固化后，进行预冻处理至-80℃以下，随后放入真空冷冻干燥箱内进行干燥除水；

(3)将冷冻干燥步骤得到的凝胶状块体放置于碳化活化设备中，排净反应器碳化管内空气后充入惰性保护气，将反应炉内温度升至600℃以上，反应时间超过3小时，加热期间保持惰性气体持续通入；

(4)反应结束后，升高反应温度，期间停掉惰性保护气体气氛并向反应器内通入二氧化碳气体或以二氧化碳为主要组分的其他混合气进行活化3小时以上，待产物冷却至室温后取出，最终得到疏水型碳基吸附材料。

上述技术方案中，优选地，其他混合气为二氧化碳/水蒸气，二氧化碳/氢气，二氧化碳/氮气。