一种高效去除水中阻燃剂有机污染物的活性炭材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高效去除水中阻燃剂有机污染物的活性炭材料，所述活性炭材料(KPETX，X指热解温度，℃)为无定型的多孔状结构，比表面积为7.0041m2/g～1390.82m2/g，平均孔径为2.74nm～6.72nm。所述活性炭材料由塑胶PET混合活化剂在高温下制备而成，属于高温热解技术材料制备领域。本发明专利技术利用废旧塑胶制备的活性炭具有比表面积高、孔隙结构发达等特点，且材料获取简单，制作成本相对较低以及吸附性能好等优点，在活性炭水处理应用领域有巨大应用前景，同时为我国塑料污染问题的解决提供一种全新的思路。本发明专利技术还公开了上述活性炭材料的制备方法和应用。材料的制备方法和应用。

【技术实现步骤摘要】
一种高效去除水中阻燃剂有机污染物的活性炭材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于活性炭水处理应用领域，具体涉及一种高效去除水中阻燃剂有机污染物的活性炭材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]全球塑料垃圾已高达49亿吨，其中仅有9％得到回收利用。我国是塑料生产和使用大国，每年需要回收的废旧塑料在4000万吨以上，且每年以8％的速度增长。减少塑料污染，最有效的方法是提高废塑料的回收率、增加废塑料资源化利用价值。当前在废塑料资源化利用方式中，热解技术近年来正在受到越来越多的政策支持与行业肯定。此项技术在真正实现废塑料的无害化、资源化处理，安全环保、高效节能优势突出。
[0003]废旧PET基活性炭的比表面积可超过1000m2/g，孔隙以狭缝型的微孔为主，活化方法可显著影响表面官能团的种类和含量。解立平等以塑料、锯木屑和纸张400℃下的热分解混合物为原料，通过500℃下炭化50min和900℃下水蒸气活化，制备了有机废弃物基活性炭，并研究了塑料热分解物对活性炭性能的影响。李良波和孟平蕊则以PVC废弃物为原料，通过550℃下炭化和水蒸气活化处理制备活性炭，在最佳活化条件下，活性炭的BET比表面积达到400m2/g，产率为40％。宋玲君等以废弃聚苯乙烯制备活性炭，优化条件下制备的活性炭的碘吸附量达到1.765g/g。
[0004]聚对苯二甲酸乙二酸醋(PET)中的碳含量高达62.5％，通过对PET进行热重分析，得出PET在温度为653～788K时烧失率达到70
‑
80％，得出PET的活化能为320～340KJ/mol，所以废塑料是制取活性炭的又一个新的来源。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种高效去除水中阻燃剂有机污染物的活性炭材料。该种由废旧塑料制备的活性炭材料具有比表面积高、孔隙结构发达等特点，且材料获取简单，制作成本低，经济有效，在活性炭水处理应用领域有巨大应用前景，同时，为我国塑料污染的处理提供一种全新的思路。
[0006]本专利技术的目的还在于提供上述活性炭材料的制备方法和应用。
[0007]本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种高效去除水中阻燃剂有机污染物的活性炭材料，所述活性炭材料为无定型的多孔状结构，活性炭材料的比表面积为7.0041m2/g～1390.82m2/g，平均孔径为2.74nm～6.72nm。
[0009]进一步地，一种高效吸附水中阻燃剂污染物的活性炭材料(KPETX，X指热解温度)，所述炭材料为PET塑胶分别在500～800℃热解活化得到活性分别命名为KPET500、KPET600、KPET700和KPET800。通过SEM表征分析可知，随着温度的升高，该活性炭材料逐渐由条状转变为多级孔材料，通过氮气吸附脱附测试可知，随着温度的升高，该类材料的比表面积由
PET500的7.0041m2/g逐渐增大到1390.82m2/g，孔容也相应增大，而平均孔径由6.72nm逐渐减小到2.74nm。
[0010]一种高效去除水中阻燃剂有机污染物的活性炭材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将废旧的塑胶的细颗粒与活化剂混合均匀，通入保护气氮气并进行高温热解活化，通过程序升温到相应温度后并维持，等待自然冷却至室温，取出烧制产物粗研磨；将粗研磨后的产物搅拌并加入盐酸清洗，再用纯水反复洗涤至中性，抽滤，收集，烘干，最终得到所述活性炭材料。
[0011]进一步地，所述塑胶为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET；所述活性剂为KOH、NaOH、NaHCO3、KHCO3或K2C2O4·
H2O中的任意一种；所述塑胶的细颗粒和活化剂的质量比为1:(0.5
‑
2)。
[0012]进一步地，所述高温热解活化：温度为500～800℃，升温速率为3℃/min，升高到相应温度后，保持热解的时间为3h。高温碳化过程中产生的气体产物用水封法进行处理。
[0013]进一步地，所述高温处理的温度为500℃。
[0014]进一步地，将粗研磨后的产物利用1mol/L的盐酸溶液进行清洗去除过剩的KOH，水洗至中性，放入60℃烘箱烘干备用。
[0015]当加入盐酸溶液后，材料不再出现气泡则说明中和完毕，真空抽滤，加入纯水至清洗过材料的水溶液呈中性即可。
[0016]上述任意一项所述的一种高效去除水中阻燃剂有机污染物的活性炭材料在水处理中的应用。加入特定的活化剂进行高温热解活化，提高吸附材料的产率、比表面积以及吸附性能。
[0017]本专利技术还提供上述的高效吸附水中阻燃剂污染物的KPETX活性炭材料在水处理中的应用。
[0018]相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：该种活性炭材料制备方法简单易行，材料获取方便，经济有效；同时，该活性炭材料比表面积高、吸附性能强，在活性炭水处理应用领域有巨大应用前景。
附图说明
[0019]图1是实施例1制得的PP、PE混合热解制备的炭材料表征图：其中
①
、
②
、
③
分别为PPE500、PPE600、PPE700的SEM图；
[0020]图2是实施例2制得的PET混合活化剂烧制的炭材料表征图：其中，
①
、
②
、
③
、
④
分别为KPET500、KPET600、KPET700、KPET800的SEM图；
[0021]图3是实施例2制得的PET混合活化剂烧制的炭材料的吸附/解吸曲线；
[0022]图4是实施例2制得的PET混合活化剂烧制的炭材料的孔径分布图；
[0023]图5是实施例1制得的PPE700与PPE600不同投加量与去除率的关系图；
[0024]图6是实施例2制得的PET混合活化剂烧制的活性炭材料不同投加量与去除率的关系图；
[0025]图7是实施例1制得的PPE700、对比例制得的PET500与实施例2制得的KPET500对TBBPA去除率随时间变化对比图；
[0026]图8是实施例1制得的PPE700、对比例制得的PET500与实施例2制得的KPET500对
TBBPA吸附量随时间变化对比图：
[0027]图9是实施例1制得的PPE700、对比例制得的PET500与实施例2制得的KPET500吸附TBBPA的准二级动力学拟合图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细描述。
[0029]本专利技术中一种高效去除水中阻燃剂有机污染物的活性炭材料采用热解活化制备技术，首先将塑料颗粒放入粉碎机多次粉碎，得到颗粒较小、塑料粗细程度较为均匀的原材料；再将粉碎后的塑料细颗粒均匀平铺于石英舟内，将石英舟推入管式炉通入保护气进行高温处理。升高到相应温度后并维持一定时间，之后等待管式炉自然冷却至室温，取出烧制产物，最后进行后续处理得到不同形态结构的活性炭材料。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效去除水中阻燃剂有机污染物的活性炭材料，其特征在于，所述活性炭材料为无定型的多孔状结构，活性炭材料的比表面积为7.0041m2/g～1390.82m2/g，平均孔径为2.74nm～6.72nm。2.一种高效去除水中阻燃剂有机污染物的活性炭材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将废旧的塑胶的细颗粒与活化剂混合均匀，通入保护气氮气并进行高温热解活化，通过程序升温到相应温度后并维持，等待自然冷却至室温，取出烧制产物粗研磨；将粗研磨后的产物搅拌并加入盐酸清洗，再用纯水反复洗涤至中性，抽滤，收集，烘干，最终得到所述活性炭材料。3.如权利要求2所述的一种高效去除水中阻燃剂有机污染物的活性炭材料的制备方法，其特征在于，所述塑胶为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET；所述活性剂为KOH、NaOH、NaHCO3、KHCO3或K2C2O4·
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【专利技术属性】
技术研发人员：张运海，施岳霄，李颖，杨俊，
申请(专利权)人：南京工大环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：