一种利用含氯有机高分子废料制备氮掺杂活性炭的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用含氯有机高分子废料制备氮掺杂活性炭的方法，属于炭材料制备技术领域。所述方法是将含氯有机高分子废料与有机胺进行脱氯反应，在惰性气氛下进行炭化和活化处理，即制得氮掺杂活性炭。本发明专利技术的优点在于：以含氯有机高分子废料为碳源，有机胺为氮源，脱氯反应温度低，制备工艺简单。所制得活性炭具有高比表面积，适合用做超级电容器电极材料、催化剂载体以及吸附剂。本发明专利技术为含氯有机高分子废料的利用提供了一种方便可行的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于炭材料制备

技术介绍
含氯有机高分子废料是人工合成高分子材料废弃物中的重要组成部分，主要包括聚氯乙烯共聚物，氯化聚烯烃，氯化橡胶，聚氯乙烯，氯化聚乙烯，氯化聚氯乙烯，氯化聚丙烯，聚氯丁二烯，聚偏二氯乙烯等。其中聚氯乙烯(PVC)为五大通用塑料合成材料之一，具有产量大、用途广、成型性好等特点，从世界范围来看，PVC已经成为第二大合成树脂，消费量仅次于聚乙烯。含氯有机高分子废弃物在常温下难以降解，主要的处理方法有填埋法、焚烧法和再生料法。填埋法会占用大量耕地，焚烧法会产生大量有害烟雾和HC1，再生料法会降低产品质量，应用范围受限，废弃物处理量也较少。我国每年废弃塑料量约为200万吨，数量庞大的高分子废弃物造成了严重的环境污染问题和自然资源的浪费。因此，有机高分子废料的回收与再利用具有重大的经济效益和社会效益。公开号CN101050372A的专利公开了一种流化床中含氯高分子废弃物资源化全组分利用的方法。此专利成功将含氯有机高分子废料裂解燃油与裂解过程中分解释放出的HCl转化为氯气两个过程耦合，解决了含氯有机高分子废料热解制燃油技术中氯元素利用不足的缺点。公开号CN101708842A的专利公开了一种聚氯乙烯制备高比表面积活性炭的方法，所制得的活性炭具有灰分含量低、比表面积大、孔径分布窄等特点。活性炭具有孔隙结构发达、比表面积大、热和化学稳定性好等特点，是一种优质的吸附剂和催化剂载体，广泛应用于工业、农业、国防、医药卫生、环境保护等领域。但是活性炭的吸附作用不仅取决于孔隙结构，而且还取决于炭表面的化学结构。氮掺杂活性炭，不仅改善了活性炭表面基团，而且增加了活性炭表面的碱性位，这使得氮掺杂活性炭具有独特的催化和吸附特性。氮掺杂活性炭的制备方法主要有两种:一种是利用含氮前体材料经炭化活化制备得到氮掺杂活性炭；一种是对已得的活性炭氮化处理，如公开号CN1042481A和CN101352681A的专利公开了氮掺杂活性炭用于除去酒中的苦味和异味以及用作低温SCR催化剂载体。公开号CN1217394A的专利公开了一种高氮含量聚丙烯腈基活性炭纤维的制备方法，可用于硫系和氮系化合物的吸附。公开号CN10125996A的专利公开了含氮浙青基球形活性炭的制备方法。本专利技术利用含氯有机高分子废料与胺类反应物制备含氮前体，经炭化活化制备氮掺杂活性炭，并为解决含氯有机高分子废料的利用问题提供了一种可行的方法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种 工艺简单，活化剂用量少，有效利用含氯有机高分子废料来制备高比表面积氮掺杂活性炭的方法。此方法利用有机胺在低温下对含氯有机高分子废料进行脱氯反应，降低了后续炭化过程中设备的耐腐性要求。本专利技术解决问题的技术方案是:，将含氯有机高分子废料与有机胺混合进行脱氯反应，将脱氯后的产物在惰性气氛下进行炭化处理后采用物理活化法或化学活化法对炭化产物进行活化处理，即得氮掺杂活性碳。所述的含氯有机高分子废料与有机胺的质量比为1: 0.5 2，脱氯反应温度为100 300°C，反应时间为3 48h。所述的含氯有机高分子废料是人工合成高分子材料废弃物，为聚氯乙烯共聚物、氯化聚烯烃、氯化橡胶、聚氯乙烯、氯化聚乙烯、氯化聚氯乙烯、氯化聚丙烯、聚氯丁二烯、聚偏二氯乙烯废料或其两种或两种以上的混合物，含氯有机高分子废料的粒径小于5mm。所述的有机胺为正丁胺、环己胺、苯胺、二乙胺、二乙醇胺、乙二胺、1，6_己二胺、哌嗪、邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺或多乙烯多胺。将进行脱氯反应后的产物进行炭化处理，炭化处理温度为400 600°C，升温速率为2 10°C /min，炭化时间I 5h ;所用的惰性气体为氮气、氩气或氦气，流量为50 300sccmo将炭化处理的产物进行活化处理，活化反应可采用物理活化法或化学活化法，其中物理活化法的工艺步骤为:将炭化产物在惰性 气氛下加热至活化温度，活化温度为400 1000°C，升温速率为2 10°C /min ;通入活化气体进行活化处理，所述的活化气体为水蒸气、二氧化碳、氧气、空气或其混合物，气体流量为50 300sccm ;活化时间为0.5 6h ;然后在惰性气氛下冷却至室温，即得氮掺杂活性炭。所用的惰性气体为氮气、氩气或氦气，流量为50 300sCCm。化学活化法的工艺步骤为:将炭化后的产物与活化剂混合，所用的活化剂为磷酸、氯化锌、氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸钾，原料与活化剂的质量比1: 0.5 4 ;在惰性气氛下加热至活化温度进行活化处理，升温速率为2 10°C /min，活化温度为400 1000°C，活化时间为0.5 6h ;然后在惰性气氛下冷却至室温，经酸洗，水洗至中性，过滤，干燥即得活性炭。其中，以磷酸为活化剂时，用去离子水洗至中性；以氯化锌、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾为活化剂时，加入盐酸至混合物PH小于3，再用去离子水洗至中性。所用惰性气体为氮气、氩气或氦气，流量为50 300sccmo本专利技术的有益效果是:利用有机胺在低温下对含氯有机高分子废料进行脱氯，经炭化后制得含氮前体。后续活化过程中活化剂用量少，工艺简便，合理的选择原料与活化方法，可以制备不同比表面积和氮含量的优质活性炭。所得到的氮掺杂活性炭可用作超级电容器的电极材料，具有较好的电化学性能。附图说明本专利技术附图4幅，图1为实施例6样品的氮气吸脱附图；(横坐标:相对压力，纵坐标:吸附量)图2为实施例12样品的氮气吸脱附图；(横坐标:相对压力，纵坐标:吸附量)图3为实施例14样品在5mVs_l扫描速度下的循环伏安曲线；(横坐标:电压，纵坐标:电流密度)图4为实施例14样品在不同电流密度下的比电容值；(横坐标:电流密度，纵坐标:比电容)具体实施例方式下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。实施例1将聚氯乙烯共聚物废料粉碎至粒径5mm以下；聚氯乙烯共聚物废料与丁胺的质量比1: 0.5 ;在140°C下进行脱氯反应，反应时间48h。将反应产物干燥，在氮气流速50sccm，升温速度2 V /min下,加热至炭化温度为400°C,处理时间300min。在氮气流速50sccm,升温速度2V /min下，加热至活化温度为800°C。活化气体水蒸气流量为300sCCm。活化时间为6h。在氮气流量50sCCm下，冷却至室温。该活性炭的主要性质如表一所示。实施例2将氯化聚乙烯废料粉碎至粒径5mm以下；氯化聚乙烯废料与二乙醇胺的质量比I: 2 ;在250°C下进行脱氯反应，反应时间 3h。将反应产物干燥，在氩气流速50sccm，升温速度2V /min下,加热至炭化温度为400°C,处理时间300min。在IS气流速50sccm,升温速度2°C/min下，加热至活化温度为900°C。活化气体水蒸气流量为lOOsccm。活化时间为4h。在気气流量50sccm下,冷却至室温。该活性炭的主要性质如表一所示。实施例3将氯化聚烯烃废料粉碎至粒径5mm以下；氯化聚烯烃废料与环己胺的质量比I: 1.5 ;在180°C下进行脱氯反应，反应时间6h。将反应产物干燥，在氩气流速300sccm，升温速度10°c /min下,加热至炭化温度为600°C,处理时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用含氯有机高分子废料制备氮掺杂活性炭的方法，其特征在于：将含氯有机高分子废料与有机胺混合进行脱氯反应，将脱氯后的产物在惰性气氛下进行炭化处理后采用物理活化法或化学活化法对炭化产物进行活化处理，即得氮掺杂活性碳。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邱介山，孙利，王春雷，周颖，赵强，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：