[发明专利]一种以半焦稳定的Pickering乳液为模板制备多孔碳吸附剂材料的方法

说明书

本发明公开了一种以半焦稳定的Pickering乳液为模板制备高性能多孔碳吸附材料的方法，是先以半焦为Pickering乳液稳定粒子制备具有高度稳定性的Pickering乳液，再以Pickering乳液为模板，在引发剂、交联剂存在下，可聚合单体在乳液连续相中反应得到的多孔聚合物，多孔聚合物经煅烧碳化，得到多孔碳吸附剂材料。本发明制备得到的碳吸附材料具有丰富的多孔结构和良好的机械强度，对重金属和染料等有机污染物均具有良好的吸附效果，可广泛适用于重金属污染、染料废水治理等领域。

技术领域

本发明涉及一种多孔碳吸附材料的制备方法，尤其涉及一种以半焦稳定的Pickering乳液为模板，结合碳化技术制备多孔碳吸附材料的方法，属于高分子材料技术领域。

背景技术

碳质吸附材料因其具有来源广、成本低，吸附能力强，选择性好，吸附效率高，化学性质稳定等特点，近年来被广泛应用于处理和修复受污染的水环境。传统型碳质吸附材料主要指活性炭。而随着对碳质吸附材料研究的不断深入以及碳质吸附材料在实际应用中问题的不断涌现，各种新型碳质吸附材料的合成与开发受到广泛关注。同时，具有多级孔结构的碳质吸附材料在水处理方面也受到越来越多青睐。

与传统碳质吸附材料相比，具有多级孔的碳质吸附材料具有更加优异的吸附性能。多级孔碳质吸附材料内部所具有的超大孔可以显著减低吸附质的内扩散阻力，从而提升吸附速率；而其内部所具有的微孔和介孔则可以通过毛细管作用、疏水作用以及氢键作用等与目标污染物发生反应，从而实现对目标污染物的高效去除。由于这种相互作用方式对所有的有机污染物都有效，因此具有多级孔的碳质吸附材料对水体COD具有明显的降低效果。而在诸多构筑多级孔吸附材料的方法中，Pickering 乳液模板方法是一种最为有效的方法。

半焦是油页岩经300~700℃热解后得到的废弃物，堆弃的半焦不仅占用土地量大，而且长期露天堆放，经降雨淋漓等作用，对土壤和环境造成严重危害。因此，如何拓宽油页岩渣的利用途径成为环境保护的关注热点。半焦中固定碳含量高，化学反应性强，有丰富的微孔结构，所以是制备高吸附性能碳质吸附剂的理想原料。

发明内容

本发明的目的是提供一种以半焦稳定的Pickering乳液为模板制备多孔碳吸附剂材料的方法。

一、多孔碳吸附材料的制备

本发明制备多孔碳吸附剂材料的方法，是先以半焦为Pickering乳液稳定粒子制备具有高度稳定性的Pickering乳液，再以Pickering乳液为模板，在引发剂、交联剂存在下，可聚合单体在乳液连续相中反应得到的多孔聚合物，最后将多孔聚合物经煅烧碳化，得到多孔碳吸附剂材料。具体制备工艺如下：

（1）Pickering乳液的制备：将半焦粉碎，过100~600目筛，加入可聚合单体、交联剂和助表面活性剂，在300~1000 rpm下搅拌1~4 h，形成均一分散液；再在搅拌下加入水并在500~2000 rpm下持续搅拌1~4 h，形成稳定的Pickering乳液。

（2）多孔碳吸附剂材料的制备：Pickering乳液中加入引发剂，充分分散后先在50~120^oC下聚合4~24h；聚合产物烘干至恒重后在氮气氛下于300~800^oC 煅烧4~24 h，制得多孔碳吸附剂材料。