专利名称：一种制备泡沫块状活性炭纤维的方法
技术领域：
本发明属于一种活性炭纤维的制备方法，具体地说涉及一种制备泡沫块状活性炭纤维的方法。
由于活性炭纤维的比表面积大，微孔结构丰富且孔径分布集中，因而具有吸附容量大，吸脱附速率快等特点，特别是对环境中微量污染物具有高效吸附性能，因此，活性炭纤维作为一种新型高效环境的吸附材料，受到国内外学者的普遍关注，目前市场上已开发的有活性炭纤维制品有布、毡、纸等几种形态，它们对环境中微量污染物都有较好的吸附捕获能力，都可用于环境中微量污染物的净化和治理工程中，但这些形态的活性炭纤维制品的强度比较差，在环境工程中遇到诸多不便。另外，在应用过程中，还存在着阻力大的缺陷。所以，研究开发强度高、阻力小的泡沫状活性炭纤维势在必行。
本发明的发明目的是提供一种强度大、密度高且传质阻力小的泡沫块状活性炭纤维的制备方法。
本发明的目的是这样实现的采用有机高聚物、发泡剂、交联剂和短切的活性炭纤维或活性炭纤维粉末以及化学活化剂为原料，按一定比例搅拌混合均匀后，模压成块状物，再经过预氧化、炭化和活性处理，制得泡沫状活性炭纤维。
本发明的具体制备方法如下(1)将液体有机高聚物或固体有机高聚物溶液、交联剂和发泡剂按重量比为有机高聚物∶发泡剂∶交联剂=2-20∶0.1-20∶1的组成，进行混合，得到高聚物溶液混合物；(2)将0.5-5毫米长的活性炭纤维或活性炭纤维粉末按重量比为活性炭纤维或活性炭纤维粉末∶高聚物溶液混合物=1-10∶1的比例加入到高聚物溶液混合物中，搅拌混合均匀，得到混合物；(3)将混合物放入模具中，加热到100-240℃，固化20-240分钟，得到泡沫状物；
(4)将化学活化剂配成浓度为10-70％的水溶液，将所制块状物在活化剂溶液中浸泡20-120分钟，拿出块状物，烘干后称量其重量，使活化剂与块状物重量比为活化剂∶泡沫块状物=0.5-10∶1；(5)将含活化剂的泡沫块状物置于炭化炉中，空气中按1-20℃/分的升温速率升温到200-300℃，预氧化5-240分钟，然后通入惰性气体并在惰性气体保护下，按2-20℃/分的升温速率升温到400-1000℃，进行炭化活化10-240分钟，降温至100℃，洗去残留活化剂，即得泡沫状活性炭纤维。
如上所述的有机高聚物是液体酚醛树脂、固体酚醛树脂、沥青、环氧树脂、聚氨酯、聚氨酯预聚体溶液、聚酯、聚乙烯醇。
如上所述的发泡剂是碳酸氢氨、碳酸氢钠、发泡剂A-C、发泡剂H偶氮类发泡剂、苯磺酰肼等磺酰肼类发泡剂。
如上所述的交联剂是六次甲基四氨、盐酸、有机过氧化物、胺类、酸酐类或咪唑类。
如上所述的有机胺交联剂是二乙撑三胺，三乙撑四胺，苯二胺，双氰胺，2-乙基二乙撑三胺，二甲胺基甲基苯酚。
如上所述的有机过氧化物交联剂是过氧化环己酮，2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)己烷，过氧化二异丙苯，过氧化苯甲酰，过氧化醋酸叔丁酯。
如上所述的活性炭纤维是酚醛基活性炭纤维、沥青基活性炭纤维、聚丙烯腈基活性纤维、聚乙烯醇基活性炭纤维和粘胶基活性炭纤维。
如上所述的化学活化剂是氢氧化钾、碳酸钾、氯化锌、氯化铜、硝酸、硝酸盐、磷酸、偏磷酸及其盐。
本发明的泡沫状活性炭纤维可广泛地应用到环境污染的净化和治理领域。
本发明与现有技术相比具有如下优点(1)制备工艺简单，易操作。
(2)具有很好的吸附活性和机械强度。
(3)具有较小的传质阻力，易于工程化应用。
本发明的实施例如下实施例1(1)在10克液体环氧树脂中加入3克三甲基六甲撑二胺和0.1克发泡剂H，再加入30克短切粘胶基活性炭纤维(长度1-2毫米)，混合均匀后，放入模具中压实，加热到170℃固化成型，固化时间约240分钟，制成有机泡沫块状物；(2)将50克碳酸钾溶于100克水中，制成浓度为33％的水溶液，将上述块状材料10克置于碳酸钾溶液中，浸泡20分钟，烘干，再次浸泡烘干后，使碳酸钾与有机块状物重量比达2比1；(3)将该固体物置于炭化炉中，通入空气，按每分2度升温速度升温到240℃预氧化30分钟，然后通入氮气，以每分3度的升温速率升温到700℃，活化240分钟，降温到150℃；(4)固体物经酸中和处理和水洗后，烘干得到泡沫块状活性炭纤维。
该材料强度高，吸附容量大，且吸附性能好，是冰箱、冷库等场所除臭的理想材料。该材料也可用于水质净化和治理等环保领域。
实施例2(1)将20克酚醛树脂溶于30毫升乙醇中，并加入2克六次甲基四氨和1克2,2-偶氮二异丁腈，搅拌制成高分子溶液。将20克聚丙烯腈基活性炭纤维粉末(长度0.5-1毫米)加入其中混合均匀后，放入模具中模压成型，加热到150℃固化时间约20分钟，得到有机泡沫块状物；(2)将100克氢氧化钾溶于100克水中，制成浓度为50％的水溶液，将上述块状材料10克浸泡于50％的氢氧化钾溶液中，浸泡20分钟，烘干，多次浸泡烘干后，使氢氧化钾与块状物重量比达4比1；(3)将该固体物置于炭化炉中，通入空气，按每分5度升温速度升温到280℃预氧化60分钟，然后通入氮气，以每分10度的升温速率升温到900℃，活化30分钟，降温到150℃；(4)块状物经酸中和处理和水洗后，烘干得到泡沫块状活性炭纤维。
该材料比表面积大，吸附容量大，孔结构以微孔为主，吸附性能好，适合用于冰箱、冷库等场所除臭和密闭空间空气净化；也可用于水质净化和治理等环保领域。
实施例3(1)将100克酚醛基短切活性炭纤维(长度4-5毫米)，10液体酚醛树脂，0.6克六次甲基四胺，50克碳酸氢氨混合均匀后，放入模具中压实，加热到180℃固化成型，固化时间约90分钟，制的泡沫块状物；(2)将50克磷酸氨溶于100克水中，制成浓度为33％的水溶液，将上述块状材料10克浸泡于33％的磷酸氨溶液中，浸泡60分钟，烘干，经多次浸泡烘干操作后得到含磷酸氨与有机块状物重量比为8比1的固体物；(3)将该固体物置于炭化炉中，通入空气，按每分20度升温速度升温到260℃预氧化90分钟，然后通入氮气，以每分15度的升温速率升温到800℃，活化90分钟，降温到150℃；(4)固体物经水洗后，烘干得到泡沫块状活性炭纤维。
该材料强度高，吸附容量大，且吸附性能好，是冰箱、冷库等场所除臭的理想材料。该材料也可用于水质净化和治理等环保领域。
实施例4(1)将50克短切沥青基活性炭纤维(长度2-3毫米)与10克不饱和聚酯溶液混合均匀后，再加入2克过氧化环己酮和2克发泡剂苯磺酰肼，放入模具中模压成型，成型物加热到200℃固化约60分钟，(2)将20克氯化锌溶于180克水中，制成浓度为10％的水溶液，将上述块状材料10克置于氯化锌溶液中，浸泡120分钟，烘干，制的氯化锌与有机块状物重量比为0.5比1的固体物；(3)将该固体物置于炭化炉中，通入空气，按每分15度升温速度升温到280℃预氧化150分钟，然后通入氮气，以每分10度的升温速率升温到950℃，活化30分钟，降温到150℃；(4)固体物经水洗后，烘干得到泡沫块状活性炭纤维。
该材料的密度高，吸附容量大，且价格相对较低，是一种较理想的空气净化和水处理材料。
实施例5(1)将30克短切聚丙烯腈基活性炭纤维(长度1-2毫米)与5克聚氨酯预聚体溶液和3克苯酐以及0.5克发泡剂苯磺酰肼混合均匀后，放入模具中压实，加热到150℃固化成型，固化时间约1小时，(2)将50毫升浓硝酸溶于200克水中，制成浓度为20％的水溶液，将上述块状材料10克置于硝酸溶液中，浸泡20分钟，烘干，得到固体物；(3)将该固体物置于炭化炉中，通入空气，按每分5度升温速度升温到240℃预氧化30分钟，然后通入氮气，以每分3度的升温速率升温到700℃，活化90分钟，降温到150℃；(4)块状物经酸中和处理和水洗后，烘干得到泡沫块状活性炭纤维。
该材料强度高，吸附容量大，且吸附性能好，是冰箱、冷库等场所除臭的理想材料。
权利要求
1．一种制备泡沫状活性炭纤维的方法，其特征在于(1)将液体有机高聚物或固体有机高聚物溶液、交联剂和发泡剂按重量比为有机高聚物∶发泡剂∶交联剂=2-20∶0.1-20∶1的组成，进行混合，得到高聚物溶液混合物；(2)将0.5-5毫米长的活性炭纤维或活性炭纤维粉末按重量比为活性炭纤维或活性炭纤维粉末∶高聚物溶液混合物=1-10∶1的比例加入到高聚物溶液混合物中，搅拌混合均匀，得到混合物；(3)将混合物放入模具中，加热到100-240℃，固化20-240分钟，得到泡沫状物；(4)将化学活化剂配成浓度为10-70％的水溶液，将所制块状物在活化剂溶液中浸泡20-120分钟，拿出块状物，烘干后称量其重量，使活化剂与块状物重量比为活化剂∶泡沫块状物=0.5-10∶1；(5)将含活化剂的泡沫块状物置于炭化炉中，空气中按1-20℃/分的升温速率升温到200-300℃，预氧化5-240分钟，然后通入惰性气体并在惰性气体保护下，按2-20℃/分的升温速率升温到400-1000℃，进行炭化活化10-240分钟，降温至100℃，洗去残留活化剂，即得泡沫状活性炭纤维。
2．根据权利要求1所述的一种制备泡沫状活性炭纤维的方法，其特征在于所述的有机树脂是酚醛树脂、沥青、环氧树脂、聚氨酯、聚氨酯预聚体溶液、聚乙烯醇。
3．根据权利要求1所述的一种制备泡沫状活性炭纤维的方法，其特征在于所述的交联剂是六甲苯四氨、盐酸、有机过氧化物、胺类、酸酐类或呋唑类。
4．如权利要求3所述的一种制备泡沫状活性炭纤维的方法，其特征在于所述的有机胺交联剂是二乙撑三胺，三乙撑四胺，苯二胺，双氰胺，2-乙基二乙撑三胺，二甲胺基甲基苯酚。
5．如权利要求3所述的一种制备泡沫状活性炭纤维的方法，其特征在于所述的有机过氧化物交联剂是过氧化环己酮，2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)己烷，过氧化二异丙苯，过氧化苯甲酰，过氧化醋酸叔丁酯。
6．根据权利要求1所述的一种制备泡沫块状活性炭纤维的方法，其特征在于所述的发泡剂是碳酸氢氨、碳酸氢钠、发泡剂A-C、发泡剂H等偶氮类发泡剂、苯磺酰肼等磺酰肼类发泡剂。
7．根据权利要求1所述的一种制备泡沫块状活性炭纤维的方法，其特征在于所述的活性炭纤维是酚醛基活性炭纤维、粘胶基活性炭纤维、沥青基活性炭纤维、聚丙烯腈基活性纤维、聚乙烯醇基活性炭纤维。
8．根据权利要求1所述的一种制备泡沫块状活性炭纤维的方法，其特征在于所述的化学活化剂是氢氧化钾、碳酸钾、氯化锌、氯化铜、硝酸、硝酸盐、磷酸、偏磷酸及其盐。
全文摘要
一种制备泡沫块状活性炭纤维的方法,采用有机高聚物、发泡剂、交联剂和短切的活性炭纤维或活性炭纤维粉末以及化学活化剂为原料,按一定比例搅拌混合均匀后,模压成块状物,再经过预氧化、炭化和活性处理,制得泡沫块状活性炭纤维。本发明具有制备工艺简单,易操作,很好的吸附活性和机械强度,较小的传质阻力,易于工程化应用的特点。
文档编号D01F9/12GK1303963SQ0010448
公开日2001年7月18日 申请日期2000年7月21日 优先权日2000年7月21日
发明者郑经堂, 靳国强, 刘平光, 申文忠, 张寿春, 曹亚秀 申请人:中国科学院山西煤炭化学研究所