一种耐水性蜂窝状活性炭及其制备方法与流程

本发明属于活性炭的，涉及一种耐水性蜂窝状活性炭及其制备方法。

背景技术：

1、蜂窝状活性炭具有比表面积高、耐酸碱、可控孔隙结构、可再生等特点，同时还具有蜂窝结构开孔率高、几何表面积大、耐磨损、抗粉尘污染能力强的优点。相比其他类型的活性炭，蜂窝状活性炭的最大优点在于压力损失小。基于这些优点，蜂窝状活性炭可用于气体净化、溶剂回收，并且可以作为催化剂或催化剂载体。

2、活性炭在未经改性之前存在强度小、易磨损和耐水性差的问题。目前常用的活性炭改性方法有表面氧化、表面还原、负载金属以及微波改性等。尽管有很多文献研究如何提高活性炭的吸附容量，但对其在水中长时间使用的研究报道较少。而长时间浸泡在水中，活性炭的结构易塌陷，并导致其活性降低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种耐水性蜂窝状活性炭及其制备方法，通过对聚苯硫醚进行改性并引入了氰基基团，能有效提高改性活性炭对金属离子的吸附能力，促进二氧化钛和铁氧化物在改性活性炭中的分布；另外，通过在活性炭引入聚苯硫醚，能有效提高其稳定性和耐水性。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种耐水性蜂窝状活性炭的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

4、1)对清洗干净后的椰壳原料加热烧制后，得到活性炭粉末；

5、2)在氮气氛围下，将氰基改性聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、促进剂和活性炭粉末混合均匀后进行加热反应，冷却后洗涤，干燥，得到活性炭中间体；

6、3)向活性炭中间体加入n，n-二甲基乙酰胺加热萃取，过滤取固体，放入无水乙醇中浸泡，过滤取固体物，洗涤后，得到改性活性炭；

7、4)将改性活性炭置于无水乙醇中，加入钛酸四丁酯搅拌混合后，在搅拌下喷雾加入硝酸铁溶液，加料完成后进行超声处理，过滤取固体物，离心后进行微波干燥，得到耐水性蜂窝状活性炭。

8、作为本发明的一种优选技术方案，在步骤1)中，所述加热烧制的条件为以6-10℃/min加热至110-120℃下、保温30-45min后、以3-6℃/min加热至900-950℃下、烧制200-300min。

9、作为本发明的一种优选技术方案，在步骤2)中，所述加热反应条件为在130-140℃下加热30-45min后、升温至480-600℃下反应3-4h；在步骤2中)，聚醚酰亚胺在高温下分解产生的有机气体可以扩展活性炭的孔隙结构，增加活性炭的孔隙率和比表面积；而柠檬酸作为酸性催化剂可以加速反应速率，促进活性炭的形成，增加其活性位点和孔隙结构。

10、作为本发明的一种优选技术方案，在步骤3)中，所述加热萃取条件为在60℃下萃取6-8h；所述浸泡的时间为30-45min。

11、作为本发明的一种优选技术方案，在步骤4)中，所述超声处理条件为超声波频率为20-50hz，处理时间30-45min；所述微波干燥处理时间为5-15min；所述硝酸铁溶液浓度为0.3-0.5mol/l；在步骤4)中，钛酸四丁酯水解的过程中，由于改性活性炭含有氰基基团，。

12、作为本发明的一种优选技术方案，在耐水性蜂窝状活性炭的制备过程中，所述椰壳原料、氰基改性聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、促进剂、钛酸四丁酯、硝酸铁溶液的质量比为70-90：10-20：4-10：0.2-0.4：5-8：10-16。

13、作为本发明的一种优选技术方案，所述氰基改性聚苯硫醚的制备方法包括以下步骤：在氮气氛围下，向反应釜加入ddq和聚苯硫醚，搅拌混合后进行研磨，加热至180-250℃后，保温1.5-3.0h，得到氰基改性聚苯硫醚；本发明方案中，ddq的氧双键打开并形成了醚键，而聚苯硫醚长链苯环上的氢位被醚键取代，进而实现对聚苯硫醚的改性。

14、本发明公开了采用上述制备方法制备得到一种耐水性蜂窝状活性炭。

15、作为本发明的一种优选技术方案，ddq为二氯二氰基苯醌。

16、本发明的有益效果：

17、1、本发明通过对聚苯硫醚进行改性并引入了氰基基团，能有效提高改性活性炭对金属离子的吸附能力，促进二氧化钛和铁氧化物在改性活性炭中的分布；另外，通过在活性炭引入聚苯硫醚，能有效提高其稳定性和耐水性。

18、2、本发明通过喷雾方式加入硝酸铁溶液，能有效控制钛酸四丁酯的水解速度，可以使硝酸铁溶液中的水分子更加均匀地分散在反应体系中，减缓水解反应的发生，并保持较高的二氧化钛产率，超声波处理促进二氧化钛和铁离子在改性活性炭中的分布；本发明通过采用微波炉中进行干燥处理，快速脱除水分，进一步均匀二氧化钛和铁氧化物在改性活性炭中的分布，且能显著增加二氧化钛和铁氧化物的负载量、提高负载均匀性，使得最终产物具备晶粒细小、比表面积高的特点。

技术特征：

1.一种耐水性蜂窝状活性炭的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种耐水性蜂窝状活性炭的制备方法，其特征在于：在步骤1)中，所述加热烧制的条件为以6-10℃/min加热至110-120℃下、保温30-45min后、以3-6℃/min加热至900-950℃下、烧制200-300min。

3.根据权利要求1所述的一种耐水性蜂窝状活性炭的制备方法，其特征在于：在步骤2)中，所述加热反应条件为在130-140℃下加热30-45min后、升温至480-600℃下反应3-4h；所述促进剂为14-20％质量浓度的柠檬酸溶液。

4.根据权利要求1所述的一种耐水性蜂窝状活性炭的制备方法，其特征在于：在步骤3)中，所述加热萃取条件为在60℃下萃取6-8h；所述浸泡的时间为30-45min。

5.根据权利要求1所述的一种耐水性蜂窝状活性炭的制备方法，其特征在于：在步骤4)中，所述超声处理条件为超声波频率为20-50hz，处理时间30-45min；所述微波干燥处理时间为5-15min；所述硝酸铁溶液浓度为0.3-0.5mol/l。

6.根据权利要求1所述的一种耐水性蜂窝状活性炭的制备方法，其特征在于：在耐水性蜂窝状活性炭的制备过程中，所述椰壳原料、氰基改性聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、促进剂、钛酸四丁酯、硝酸铁溶液的质量比为70-90：10-20：4-10：0.2-0.4：5-8：10-16。

7.根据权利要求1所述的一种耐水性蜂窝状活性炭的制备方法，其特征在于，所述氰基改性聚苯硫醚的制备方法包括以下步骤：在氮气氛围下，向反应釜加入ddq和聚苯硫醚，搅拌混合后进行研磨，加热至180-250℃后，保温1.5-3.0h，得到氰基改性聚苯硫醚。

8.采用权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的一种耐水性蜂窝状活性炭。

技术总结
本发明涉及一种耐水性蜂窝状活性炭及其制备方法，属于活性炭的技术领域。一种耐水性蜂窝状活性炭的制备方法包括以下步骤：1)对清洗干净后的椰壳原料加热烧制后；2)在氮气氛围下，将氰基改性聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、促进剂和活性炭粉末混合均匀后进行加热反应，冷却后洗涤，干燥；3)向活性炭中间体加入N，N‑二甲基乙酰胺加热萃取，过滤取固体，放入无水乙醇中浸泡，过滤取固体物，洗涤后；4)将改性活性炭置于无水乙醇中，加入钛酸四丁酯搅拌混合后，在搅拌下喷雾加入硝酸铁溶液，加料完成后进行超声处理，过滤取固体物，离心后进行微波干燥即得。本发明制得的耐水性蜂窝状活性炭具有较高的稳定性、耐水性及吸附性。

技术研发人员：韩初榆,林益丰
受保护的技术使用者：龙岩市华研活性炭科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22