专利名称：利用强酸型阳离子交换树脂制备疏水性活性炭的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用有机树脂类废物(HW13)强酸型阳离子交换树脂制备疏水性活性炭的方法，属于危险废弃物利用及活性炭制备技术领域。
背景技术：
活性炭材料因具有高比表面积和较强的吸附能力而在脱色、水处理等诸多方面得到了广泛应用。然而废气中挥发性有机物(VOCs)的活性炭吸附方面应用却受到了限制，原因之一是因为废气中的水蒸气和VOCs会在活性炭表面形成竞争吸附。对于亲水性活性炭表面，其微孔表面的亲水性将大大降低水蒸气凝结的饱和蒸汽压，造成微孔甚至是介孔中液态水的形成和孔堵塞，最终大大降低了活性炭的吸附容量。相对应的是，疏水性活性炭上，微孔、介孔中的水的饱和蒸汽压比正常情况下的水饱和蒸汽压高，当水蒸气和VOCs在活性炭表面共吸附时，不会产生液态水堵塞微孔、介孔的情况，废气中水蒸气的存在对VOCs的吸附影响较小。现有制备疏水性活 性炭的方法，如CN101214955公开的《一种疏水蜂窝状活性炭及其制备方法》(该种方法将活性炭、有机粘结剂、表面改性剂和水，进行捏合、挤出成型、干燥)、CN102358619A公开的《一种利用禽毛制作疏水性活性炭的方法》(将禽毛洗净除杂、烘干、剪切粉碎，置于KOH溶液或H3PO4中混合均匀，蒸煮得到胶状粘稠物，将胶状粘稠物置于微波炉中炭化处理，再活化处理，获得疏水性活性炭)以及CN102382366A公开的《氟化碳改性超疏水材料及其制备方法》(由硅橡胶、硫化剂、氟化碳材料、聚丙烯及助剂为原料制备而成)等，是由植物基、煤基和石油基等原料制备的活性炭，杂质较多，性能一般且难以重复，其中《氟化碳改性超疏水材料及其制备方法》所述的方法尽管能改善活性炭颗粒表面的疏水性，但其微孔、介孔表面的亲水性特性并无改变。CN1480397公开的《一种高强度树脂基球状活性炭的制备方法》(在惰性气体保护下将固化的球形树脂升温至700-1000°C下炭化，然后通入水蒸气活化，制得树脂基球状活性炭)、CN1240220公开的《一种酚醛树脂基球形活性炭的制备方法》(将原料树脂分散到含有分散剂的分散液中；乳化成球；所成的球在惰性气体保护下，600 - 1000°C进行炭化处理；炭化处理的球在700 - 900°C下，利用水蒸汽或二氧化碳进行活化处理，得到酚醛树脂基的球形活性炭)、以及发表在《离子交换与吸附》杂质发表的《废弃离子交换树脂基炭化树脂的制备与特性》(2005，21 (5):397-405)，提供了几种由离子交换树脂制备活性炭的方法，这些方法由于未考虑工业处理有机废气时，活性炭表面的疏水性，制备条件中未考虑活性炭表面性质的调整，无法解决水蒸气阻塞活性炭微孔导致VOCs吸附容量降低的问题，同时炭化活化温度较高，过程复杂，制备成本高。目前，还没有利用水处理中产生的废弃强酸型阳离子交换树脂制备疏水性活性炭的有关报道
发明内容
本发明针对现有疏水性活性炭的制备方法存在的不足，提供一种价格低廉的利用强酸型阳离子交换树脂制备疏水性活性炭的方法，制备的疏水性活性炭能够符合有机废气净化处理，从而解决水蒸气阻塞活性炭微孔导致VOCs吸附容量降低的问题。本发明利用强酸型阳离子交换树脂制备疏水性活性炭的方法，包括以下步骤:(I)如果强酸型阳离子交换树脂为氢型，则直接烘干使用，如果为钠型，则需先将强酸型阳离子交换树脂在盐酸条件下转化为氢型，并且在105°C下烘干使用；(2)将氢型强酸型阳离子交换树脂在氮气(N2)氛围下进行炭化，温度控制如下:①室温至300°C，以10°C /分钟的速度升温；②300 V恒温停留30分钟；③300°C至500°C，以5°C /分钟的速度升温；④500 V恒温停留60分钟；然后在氮气(N2)氛围下冷却至室温后直接得到疏水性活性炭。本发明可利用工业水处理中产生的大量废弃的强酸型阳离子交换树脂制备活性炭，不但有效的利用了对环境污染的废弃物，保护了环境，过程简单，炭化温度较低，成本低廉，而且制备的活性炭具有发达的微孔结构，吸附能力好，尤其具有较强的疏水性能，孔内具有较大的水饱和蒸汽压 ，水蒸气不易凝结，有效避免了因水蒸气在孔内凝结阻塞毛细孔而导致影响继续吸附的情况。
附图是按本发明方法制备的疏水性活性炭的样品实物图片。
具体实施例方式本发明利用强酸型阳离子交换树脂制备疏水性活性炭，解决了水蒸气阻塞活性炭微孔导致VOCs吸附容量降低的问题。如果获取的强酸型阳离子交换树脂为氢型，则直接烘干使用(可在105°C烘干2小时)，如果为钠型，则需先将强酸型阳离子交换树脂在盐酸条件下转化为氢型(转化过程按现有公知技术进行，是常规方法)，并且在105°C下烘干使用。取IOg氢型强酸型阳离子交换树脂在N2气氛下放入管式炉进行炭化，温度控制如下:①室温至300°C，以10°C /分钟的速度升温；②300 V恒温停留30分钟；③300°C至500°C，以5°C /分钟的速度升温；④500 V恒温停留60分钟。如果在上述步骤④条件下，直接进行氮气(N2)氛围下冷却，可得到3.85g疏水性活性炭，称为样品a。如果在上述步骤④条件下，将氮气(N2)切换为水蒸气，再继续以10°C /分钟的速度升温至800°C ;80(TC下恒温15分钟，切换成有机气体(甲烷，150ml/分钟)，15分钟后再切换成氮气(N2)进行冷却，则得到3.65g疏水性活性炭，称为样品b。如果在上述步骤④条件下，将氮气(N2)切换为水蒸气，再继续以10°C /分钟的速度升温至800°C ;800°C下恒温15分钟，氮气(N2)氛围下冷却至室温，则获得3.12g亲水性活性炭，称为样品C。附图给出了样品a、样品b和样品c三种样品的实物图片。25°C时三种样品上的水蒸气(wt%)如下表所示:25°C样品水蒸气吸附量
权利要求
1. 一种利用强酸型阳离子交换树脂制备疏水性活性炭的方法，其特征是，包括以下步骤 (1)如果强酸型阳离子交换树脂为氢型，则直接烘干使用，如果为钠型，则需先将强酸型阳离子交换树脂在盐酸条件下转化为氢型，并且在105°c下烘干使用； (2)将氢型强酸型阳离子交换树脂在氮气氛围下进行炭化，温度控制如下 ①室温至300°C，以10°C/分钟的速度升温； ②300°C恒温停留30分钟； ③300°C至500°C，以5°C/分钟的速度升温； ④500°C恒温停留60分钟； 然后在氮气氛围下冷却至室温后直接得到疏水性活性炭。
全文摘要
一种利用强酸型阳离子交换树脂制备疏水性活性炭的方法，是将氢型强酸型阳离子交换树脂在氮气氛围下进行炭化，温度控制如下①室温至300℃，以10℃/分钟的速度升温；②300℃恒温停留30分钟；③300℃至500℃，以5℃/分钟的速度升温；④500℃恒温停留60分钟；然后在氮气氛围下冷却至室温后直接得到疏水性活性炭。该方法利用工业水处理中产生的大量废弃的强酸型阳离子交换树脂制备活性炭，有效利用了废弃物，保护了环境，成本低廉，而且制备的活性炭具有发达的微孔结构，吸附能力好，尤其具有较强的疏水性能，孔内具有较大的饱和蒸汽压，水蒸气不易凝结，有效避免了因水蒸气在孔内凝结阻塞毛细孔而导致VOCs吸附容量降低的问题。
文档编号B01J20/20GK103252215SQ20131020186
公开日2013年8月21日 申请日期2013年5月27日 优先权日2013年5月27日
发明者苏继新, 张 林, 潘硕, 刘思明, 徐丽 申请人:山东大学