一种磁性多孔炭吸附剂制造技术

本发明专利技术涉及炭吸附剂的制备技术，具体为一种磁性多孔炭吸附剂及其制备方法。为了实现粉状吸附剂的回收再利用和染料等大分子有机污染物的高效吸附，在碱性溶液中得到磁性金属氢氧化物胶体并与树脂溶液混合；在此过程中，氢氧化物胶体是模板，水是树脂的原位析出剂，在液相中直接得到树脂／氢氧化物胶体的复合体系。除去溶剂后经过炭化和／或活化过程，可制备磁性负载的重量可控、中孔／大孔尺寸、比例可控的具有的磁性多孔炭吸附剂，其中吸附剂的炭组分占６０－９５ｗｔ％，磁性颗粒组分占５－４０ｗｔ％。本发明专利技术可为各种催化剂颗粒的原位负载提供新型高效的方法，因而在水处理、光催化技术、燃料电池及相关催化领域具有重要的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及炭吸附剂的制备技术，具体为 。
技术介绍
随着人类生活对化工产品的日益依赖，化工生产所排放的"三废"(废水、废 渣、废气)导致的环境污染逐渐加剧。废水污染，比如印染厂、造纸厂等工厂排 放的含有机物污水和城巿生活污水，对河流、湖泊等生物圈循环系统已产生了相 当严重、甚至难以恢复的破坏。这些有机污染物一方面削弱了水体的透光度，使得水体中污染性有机物难以在光作用下自身分解；另一方面^f吏水体富营养化， 加速藻类无节制生长，危害水生动物。这些因素，使得被污染的水体M丧失了 自身净化能力，进而威胁到生物圈和人类生存环境。因此，发展先进的水处理技 术来净化已被污染的水体和工厂排泄的废水，就显得尤为迫切。活性炭的比表面积高，具有优异的吸附能力，因而已被广泛用于水处理技术。 但是由于活性炭宏观形态多为粉末状，用于水处理时产生粉体难回收问题，而导 致粉体对水体的二次污染。因此发展具有离比表面积、易回收的多孔炭材料成为发展先进水处理技术所必须解决的一个关键问题。此外，由于目前的水体污染物 多为大分子有机物，活性炭的比表面积虽然很高，但是孔结构以微孔(微孔孔径为l 2nm，微孔含量为80-90%)为主，不利于其对大分子有机物的吸附。因而 需要合理控制多孔炭材料的孔结构，增加中孔和大孔含量，使之可以适用于大分 子有机物污染源的水处理技术。
技术实现思路
为了进一步拓展多孔炭材料在环境保护和水处理工业中的应用，本专利技术的目 的在于提供一种新型的可回收的磁性多孔炭吸附剂及其制备方法，解决活性炭在 用于水处理时非常容易产生粉体的难回收、不可避免的导致私，对水体的二次污染等问题,制备磁性多孔炭吸附剂具有中孔(孔径在2-50nm)、大孔(孔径大于50nrn 到数微米)呈现一种连续的均勻分布状态，适用于对大分子有机物的吸附。 本专利技术的技术方案是本专利技术提供了 一种新型磁性多孔炭吸附剂的制备方法，通过在碱性水溶液体 系中结合表面活性剂诱发磁性金属氢氧化物胶体原位析出方法直接合成树脂基复 *系，并后续炭化和成活化处理制备磁性多孔炭吸附剂。具体的过程是将磁性 金属(过渡族铁钴镍金属)的无机盐或有机盐或合适化合物(诸如硝酸镍、醋酸 镍、氯化镍、硫酸镍、醋酸钴、硝酸钴、硝酸铁等)充分溶解于水，其重量百分 比浓度为5-30wt。/。，形成第一溶液体系；同时，将沉淀剂(氨水、尿素、碳酸氨、 碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾等弱碱或氢氧化钠、氢氧化钾等强碱)、自组装诱发剂 和水按照一定重量比例均匀混合完全溶解(其中比例 范围为1:(0.1-5):(1-50))，形成第二溶液体系；然后在10-100QC常压条件下将上述 两个溶液体系按重量比为0.1-1混合，沉淀剂和自组装诱发剂作用下使磁性金属 化合物溶液中的金属离子形成其氢氧化物胶体。将胶体和醇溶性树脂(如酚醛树 脂、糠醛树脂等)的乙醇溶液按重量比为1:(2-10)进行混合，树脂和乙醇的重量 比为l:(l-20);干燥除去其中水和乙醇，即可制备树脂/氢氧化物复^1本系。将该 复M系炭化和/或活化处理，可制备磁性多孔炭吸附剂。其中通过调节过ti矣金 属盐、沉淀剂、树脂、自组装诱发剂的比例可以控制得到最终产物的比表面积、 孔径分布及微 1^貌。本专利技术中，沉淀剂、自组装诱发剂和水的重量比优选为1:(1-3):(10-20)。本发 明中，胶胁醇溶性树脂的乙醇溶液的重量比优选为1《2-7),树脂和乙醇的重量 比优选为1:(5-10),第一溶液体系与第二溶液体系的重量比优选为0.5-0.7。本专利技术所说的去除溶剂、炭化/活化为常规技术。干燥除去其中水和乙醇的具 体过程如下将胶体和醇溶性树脂的乙醇溶液混合物在60 - 80 QC于常压下处理 24-48小时，除去其中溶剂水和乙醇。炭化处理的具体过程如下将树脂/氢氧化物复M系在惰性或还原性气氛(Ar、 N2、 H》中在500 -1000 GC 温度，升温速率为5-10"C/min,保温时间为2 -12小时的处理。 活化处理的具体过程如下根据对孔径分布的要求，釆用物理活化或化学活化过程；其中，物理活化采用C02、水蒸气或空气气氛中，300-80(TC下热处理2-12小时；化学活化釆用 将活化剂(KOH、 ZnCl2或Fe(N03)2)和炭材料按重量比为1: (0.-5)均匀混合后， 在惰性气氛(Ar、 N2)中300-800eC下热处理2-12小时，进一步控制不同孔径纳 米孔的组合。 本专利技术得到的吸附剂组成为多孔炭基体镶嵌了被石墨层包裹的磁性颗粒，即 为一种磁性胶囊结构，其中炭组成占60-95 wt°/。，磁性颗粒组成占5"40 wt%;多 孔炭基体为大孔-中孔层次多孔结构,其扫描电镜观察的微 1^貌与银耳类似参 见图4)。结合扫描电镜观察和氮气吸附表征，孔径解析结果表明中孔(孔径在 2-50nm)、大孔(孔径大于50nm到数微米沐径呈现一种连续的均勻分布状态；中 孔所占的全部孔容的体积分数在20-30%，大孔所占的全部孔容的体积分数在 50-60%;其余孔容为微孔(孔径〈2nm);吸附剂的比表面积为100 ~ 500 m2/g。 该磁性多孔炭吸附剂具有良好的磁性可实现无接触分离特性和优化的中孔/大孔 结构，可望作为可回收的粉状多孔炭吸附剂在水处理技术中得到广泛应用。 本专利技术的有益效果是1、本专利技术提出了一种新型磁性多孔炭吸附剂的设计思路。对于水处理所面临 的粉状吸附剂难回收、对水体存在二次粉体污染的问题，提出通过在多孔炭吸附 剂中包覆/负载磁性颗粒，然后利用磁性无接触分离技术，将吸附剂教，A^体中 回收，通过分离处理，使磁性多孔炭吸附剂可以多次循环利用，在避免了对水体 的二次粉体污染问题的同时，还有助于节约原料、降低成本。对于水处理技术所 涉及的吸附质的传质和吸附过程，吸附质分子在多孔炭结构中的传质速率制约着 吸附效率。因此需要合理设计吸附质分子的扩散通道，可通过合理设计多孔炭材 料的孔结构和发展可控的孔结抅合成途径来实现。对于目前比较普遍的大分子有 机污染物情况，只有中孔和大孔才有利于这类大分子有机污染物吸附质的传质。 而且，由于这些大分子的直径分布在1-3nm,只有中孔才能够提供尺寸合适的 吸附位。合理设计中孔/大孔的多孔结构可有效提高大分子有机物吸附质的吸附。 尽管传统化学/物理活化方法可以制备具有一定中孔含量的活性炭，但其中的中孔 孔径相对较小，含量相对较低，限制了其性能的提高和应用范围的拓宽。而釆用 中孔分子筛为模板的工艺具有周期长、成本高、结构重现性差等缺点，不利于大 规模利用。此外，上述两种途径很难在多孔炭结构中引入大孔，从而限制了吸附 质分子的传质。本专利技术的方法能够可控合成有不同含量中孔、大孔和磁性颗粒的磁性多孔炭 结构，所需原料来源广泛价格低廉，工艺简单，结构重现性好。 .2、 本专利技术通过在碱性水溶液体系中结合表面活性剂自组装诱发的磁性金属氢 氧化物胶体和醇溶性树脂原位析出方法直接合成树脂/氢氧化物复合材料。将该复 合材料炭化和活化的方法制备的磁性多孔炭吸附剂具有较高的比表面积、快速的 大尺寸吸附质分子传输通道，可获得磁性，可实现无接触分离能力及高效的大分 子有机物吸附能力。3、 本专利技术方法合成的磁性多孔炭吸附剂的磁性颗粒负载量在5-40 wt%本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性多孔炭吸附剂，其特征在于：该吸附剂为多孔炭颗粒中镶嵌了由石墨层包裹的磁性颗粒，即为一种磁性胶囊结构，其中吸附剂的炭组分占６０－９５ｗｔ％，磁性颗粒组分占５－４０ｗｔ％；多孔炭基体具有大孔－中孔的层次孔结构，孔径在２－５０ｎｍ的中孔、孔径在大于５０ｎｍ到１０微米的大孔呈现一种连续的均匀分布状态；中孔所占的全部孔容的体积分数在２０－３０％，大孔所占的全部孔容体积分数在５０－６０％，其余孔容为孔径小于２ｎｍ的微孔；吸附剂的比表面积为１００～５００ｍ↑［２］／ｇ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：成会明，王大伟，李峰，刘岗，佟钰，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]