一种孔径发达低耗能的沥青树脂复合球形活性炭及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料领域，特别是一种孔径发达低耗能的沥青树脂复合球形活性炭及其制备方法。
【背景技术】
[0002]球形活性炭因具有球形度良好、填充密度高、微粒脱落少以及吸脱附速度快等特点，已被广泛应用于医药、环保和催化剂载体等相关领域。球形活性炭按原料不同主要分为三类:煤基球形活性炭、高分子树脂基球形活性炭和沥青基球形活性炭。其中，煤基球形活性炭的优点是原料价格便宜，来源广泛，但是煤基活性炭的灰分高，杂质多，机械强度低，从而限制了其应用和发展。以高分子树脂基和沥青为前驱体制备的球形活性炭因具有灰分含量低、炭收率高以及孔径分布易控制等优点而备受关注。
[0003]由于分子结构上的差异，沥青基球形活性炭和树脂基球形活性炭的孔道结构与机械强度有所不同。沥青基球形活性炭具有吸附容量大以及吸脱附速率快的特点，而高分子基球形活性炭则具有较大的比表面积和较高的机械强度。若制备出的球形活性炭兼具两者的特点，则对其应用领域的拓展意义重大。因此，研制高效能沥青、树脂复合球形活性炭是一种既具有快速吸脱附性能又具有高机械强度的球形活性炭，是一种优良的活性炭材料。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种孔径发达低耗能的沥青树脂复合球形活性炭及其制备方法。本发明通过对磺化沥青粉进行处理，选择出水溶性的部分，用作包衣成分包覆在树脂聚合小球的表面，使得本发明产品既具有树脂基的高强度的特点，又有沥青基快速吸附的特点，而且孔径更加发达，节能降耗。
[0005]为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施:
一种孔径发达低耗能的沥青树脂复合球形活性炭，由下列重量份的原料制备制成:十八烷基丙烯酸酯46-50、己酸乙烯酯39-44、过氧化苯甲酰2_3、N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺1-2、丁二醇18-20、乙酸乙酯10-13、十二烷基苯磺酸钠1_2、蒸馏水适量、丙酮适量、磺化沥青粉25-28、凹凸棒土 3-4、纳米二氧化硅2-3、硅烷偶联剂kh560 0.8_1、浓度为15%的盐酸5-6、浓度为12%的氢氧化钠溶液5-6 ；
本发明所述一种孔径发达低耗能的沥青树脂复合球形活性炭，由以下具体步骤制成:
(I)将十二烷基苯磺酸钠加入200倍量的蒸馏水中，以600转/分的速度搅拌至溶解后，在氮气保护下依次缓慢的加入丁二醇、乙酸乙酯、过氧化苯甲酰、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、十八烷基丙烯酸酯、己酸乙烯酯，控制搅拌速度为1000转/分，然后缓慢升温至60°C，搅拌反应60分钟后，继续升温至80°C，以400转/分的速度搅拌反应4小时，用布氏漏斗过滤反应液，将固体树脂球用蒸馏水洗涤2次，在50°C下的烘箱中烘干；向烘干的树脂球中加入3倍量的丙酮，边搅拌边水浴加热至65-75°C，保持丙酮为回流状态24小时后停止回流，然后将树脂球取出，用蒸馏水洗涤3次，在50°C下的烘箱中烘干待用；
(2)将磺化沥青粉加入2倍量的蒸馏水洗涤，经过在转速为600转/分的条件下搅拌60分钟，待其静置后收集上清液，然后将上清液放入烘箱中，以100°C的温度烘干，然后将干燥后的上清液加入5倍量的蒸馏水，搅拌均匀至完全溶解形成水溶液待用；
(3)将凹凸棒土用浓度为15%的盐酸浸泡2-3小时，用蒸馏水洗涤2次，再用浓度为12%的氢氧化钠溶液浸泡3-4小时，用蒸馏水洗涤至中性，烘干后与硅烷偶联剂kh560混合，加热到50-60°C搅拌30分钟，再加入纳米二氧化硅，高速分散，烘干粉碎成300目粉末；
(4)将步骤(2)得到的水溶液与步骤(3)的混合粉末混合，以600转/分的速度搅拌30分钟形成沥青基混合包衣液，将步骤(I)得到的树脂球放入包衣机中，控制包衣液的进料温度为60-80°C，工作压力为0.2-0.5MPa，将沥青基混合包衣液均匀地包裹在树脂球表面，得到复合小球；
(5)将步骤(4)得到的复合小球送入高温炉中，在氦气保护下，以1-2°C/min的速度升温至600-650°C，保温炭化2小时，再以3-4°C /min的速度再升温至750-850°C活化2小时，冷却至室温后得到粒径为0.2-0.8mm的球形活性炭。
[0006]本发明的有益效果是:本发明以单体十八烷基丙烯酸酯、己酸乙烯酯等为原料，添加丁二醇、乙酸乙酯等致孔剂通过悬浮聚合的方法得到不同直径、不同孔径的聚合物微球，再将处理后的水溶性沥青均匀地包覆在聚合物微球表面，再经炭化、活化后制成表面有黑色光泽、大小均匀且具有高比表面积的球形活性炭。
[0007]本发明树脂含量与表层水性沥青含量配比科学，适量的树脂含量不仅能够提高球形活性炭的总孔容与平均孔径，而且还能够有效提高其机械强度；而且在吸附过程的吸附速率基本上保持了沥青基球形活性炭的快速吸脱附性能，且通过添加改性的纳米二氧化钛以及凹凸棒土，增加了产品的孔径数以及孔径大小，通过工艺创新大大降低了反应时间以及反应能耗，易于实现工业化生产，且硬度大，可再生利用。
[0008]本发明产品的应用前景广泛，可应用于高洁净度的环境控制、过滤器等的气体处理、溶剂回收、水处理、香烟过滤嘴的填料、血液透析以及医药行业、气象色谱中使用的捕集材料或填充材料、精细化工使用的吸附材料等。
具体实施方案
[0009]下面通过具体实例对本发明进行详细说明。
[0010]一种孔径发达低耗能的沥青树脂复合球形活性炭，由下列重量份(公斤)的原料制备制成:十八烷基丙烯酸酯46、己酸乙烯酯39、过氧化苯甲酰2、N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺1、丁二醇18、乙酸乙酯10、十二烷基苯磺酸钠1、蒸馏水适量、丙酮适量、磺化沥青粉25、凹凸棒土 3、纳米二氧化硅2、硅烷偶联剂kh560 0.8、浓度为15%的盐酸5、浓度为12%的氢氧化钠溶液5 ；
本发明所述一种孔径发达低耗能的沥青树脂复合球形活性炭，由以下具体步骤制成:
(I)将十二烷基苯磺酸钠加入200倍量的蒸馏水中，以600转/分的速度搅拌至溶解后，在氮气保护下依次缓慢的加入丁二醇、乙酸乙酯、过氧化苯甲酰、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、十八烷基丙烯酸酯、己酸乙烯酯，控制搅拌速度为1000转/分，然后缓慢升温至60°C，搅拌反应60分钟后，继续升温至80°C，以400转/分的速度搅拌反应4小时，用布氏漏斗过滤反应液，将固体树脂球用蒸馏水洗涤2次，在50°C下的烘箱中烘干；向烘干的树脂球中加入3倍量的丙酮，边搅拌边水浴加热至65-75°C，保持丙酮为回流状态24小时后停止回流，然后将树脂球取出，用蒸馏水洗涤3次，在50°C下的烘箱中烘干待用；
(2)将磺化沥青粉加入2倍量的蒸馏水洗涤，经过在转速为600转/分的条件下搅拌60分钟，待其静置后收集上清液，然后将上清液放入烘箱中，以100°C的温度烘干，然后将干燥后的上清液加入5倍量的蒸馏水，搅拌均匀至完全溶解形成水溶液待用；
(3)将凹凸棒土用浓度为15%的盐酸浸泡2小时，用蒸馏水洗涤2次，再用浓度为12%的氢氧化钠溶液浸泡3小时，用蒸馏水洗涤至中性，烘干后与硅烷偶联剂kh560混合，加热到50-60°C搅拌30分钟，再加入纳米二氧化硅，高速分散，烘干粉碎成300目粉末；
(4)将步骤(2)得到的水溶液与步骤(3)的混合粉末混合，以600转/分的速度搅拌30分钟形成沥青基混合包衣液，将步骤(I)得到的树脂球放入包衣机中，控制包衣液的进料温度为60-80°C，工作压力为0.2MPa，将沥青基混合包衣液均匀地包裹在树脂球表面，得到复合小球；
(5)将步骤(4)得到的复合小球送入高温炉中，在氦气保护下，以2°C/min的速度升温至600-650°C，保温炭化2小时，再以4°C /min的速度再升温至750-850°C活化2小时，冷却至室温后得到粒径为0.2-0.8mm的球形活性炭。
[0011]本发明产品为黑色带有光泽的球状颗粒，对其进行检测，比表面积985m2/g，机械强度为5.98N。
【主权项】
1.一种孔径发达低耗能的沥青树脂复合球形活性炭，其特征在于，由下列重量份的原料制备制成:十八烷基丙烯酸酯46-50、己酸乙烯酯39-44、过氧化苯甲酰2_3、N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺1-2、丁二醇18-20、乙酸乙酯10-13、十二烷基苯磺酸钠1_2、蒸馏水适量、丙酮适量、磺化沥青粉25-28、凹凸棒土 3-4、纳米二氧化硅2-3、硅烷偶联剂kh560 0.8_1、浓度为15%的盐酸5-6、浓度为12%的氢氧化钠溶液5-6。2.根据权利要求1所述一种孔径发达低耗能的沥青树脂复合球形活性炭，其特征在于，由以下具体步骤制成: (1)将十二烷基苯磺酸钠加入200倍量的蒸馏水中，以600转/分的速度搅拌至溶解后，在氮气保护下依次缓慢的加入丁二醇、乙酸乙酯、过氧化苯甲酰、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、十八烷基丙烯酸酯、己酸乙烯酯，控制搅拌速度为1000转/分，然后缓慢升温至60°C，搅拌反应60分钟后，继续升温至80°C，以400转/分的速度搅拌反应4小时，用布氏漏斗过滤反应液，将固体树脂球用蒸馏水洗涤2次，在50°C下的烘箱中烘干；向烘干的树脂球中加入3倍量的丙酮，边搅拌边水浴加热至65-75°C，保持丙酮为回流状态24小时后停止回流，然后将树脂球取出，用蒸馏水洗涤3次，在50°C下的烘箱中烘干待用； (2)将磺化沥青粉加入2倍量的蒸馏水洗涤，经过在转速为600转/分的条件下搅拌60分钟，待其静置后收集上清液，然后将上清液放入烘箱中，以100°C的温度烘干，然后将干燥后的上清液加入5倍量的蒸馏水，搅拌均匀至完全溶解形成水溶液待用； (3)将凹凸棒土用浓度为15%的盐酸浸泡2-3小时，用蒸馏水洗涤2次，再用浓度为12%的氢氧化钠溶液浸泡3-4小时，用蒸馏水洗涤至中性，烘干后与硅烷偶联剂kh560混合，加热到50-60°C搅拌30分钟，再加入纳米二氧化硅，高速分散，烘干粉碎成300目粉末； (4)将步骤(2)得到的水溶液与步骤(3)的混合粉末混合，以600转/分的速度搅拌30分钟形成沥青基混合包衣液，将步骤(I)得到的树脂球放入包衣机中，控制包衣液的进料温度为60-80°C，工作压力为0.2-0.5MPa，将沥青基混合包衣液均匀地包裹在树脂球表面，得到复合小球； (5)将步骤(4)得到的复合小球送入高温炉中，在氦气保护下，以1-2°C/min的速度升温至600-650°C，保温炭化2小时，再以3-4°C /min的速度再升温至750-850°C活化2小时，冷却至室温后得到粒径为0.2-0.8mm的球形活性炭。
【专利摘要】本发明公开了一种孔径发达低耗能的沥青树脂复合球形活性炭，其特征在于，由下列重量份的原料制备制成：十八烷基丙烯酸酯46-50、己酸乙烯酯39-44、过氧化苯甲酰2-3、N，N'-亚甲基双丙烯酰胺1-2、丁二醇18-20、乙酸乙酯10-13、十二烷基苯磺酸钠1-2、蒸馏水适量、丙酮适量、磺化沥青粉25-28、凹凸棒土3-4、纳米二氧化硅2-3、硅烷偶联剂kh560 0.8-1、浓度为15%的盐酸5-6、浓度为12%的氢氧化钠溶液5-6；通过添加改性的纳米二氧化钛以及凹凸棒土，增加了产品的孔径数以及孔径大小，通过工艺创新大大降低了反应时间以及反应能耗，易于实现工业化生产，且硬度大，可再生利用。
【IPC分类】C01B31/08
【公开号】CN104986763
【申请号】CN201510389549
【发明人】沈向洋, 吴克, 余志敏, 蒋涌, 吴杰, 吴育兵, 樊云
【申请人】安徽成方新材料科技有限公司
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年7月6日