专利名称：一种泡沫块状活性炭纤维的制备方法
技术领域：
本发明属于一种活性炭纤维的制备方法，具体地说涉及一种泡沫块状活性炭纤维的制备方法。
活性炭纤维由于具有较大的比表面积和丰富的微孔结构且孔径分布集中，因而作为一种新型高效吸附材料，受到国内外学者的普遍关注。目前已开发的活性炭纤维制品有纤维、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，都可用于空气和水中微量污染物的净化和治理工程中。众所周知，活性炭纤维的吸附性能与其制备原料、工艺和化学结构相关。一般的讲，吸附性能取决于其比表面和微孔结构，比表面积大，微孔结构丰富，吸附性能好。但大比表面活性炭纤维的强度较差，难以作为一种工程材料。另外，目前已有的活性炭纤维制品如纤维、毡、布、纸等都存在着体积密度低的缺点。例如活性炭纤维毡用作空气净化材料和有机溶剂回收材料及冷库、冰箱等环境除臭材料时，存在着因填充密度低而所需装置庞大的问题。装置庞大的缺点一是耗材费用高，二是占用了宝贵空间。此外，目前已有的活性炭纤维制品在用于空气和水的动态处理时，还存在着流体的传质阻力大，穿透困难的缺点。
本发明的发明目的是提供一种强度高、密度大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、交联剂、发泡剂和短切的活性炭纤维或活性炭纤维粉末为原料，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到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=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80-240℃，固化20-240分钟，得到泡沫块状物；(4)将泡沫块状物置于炭化炉，在空气中按1-30℃/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，升温到600-1000℃，进行炭化5-240分钟；(5)炭化处理后，通入活化剂进行活化10-120分钟，活化结束后，在惰性气氛下降温至100℃，制得泡沫块状活性炭纤维。
如上所述的有机高聚物是酚醛树脂、沥青、环氧树脂、聚氨酯、聚氨酯预聚体溶液、聚乙烯醇。
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。
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、粘胶基活性炭纤维、聚丙烯腈基活性纤维、聚乙烯醇基活性炭纤维。
如上所述的活化剂是水蒸气、二氧化碳气、氨气。
本发明的泡沫块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)具有较高的体积密度，可使净化设备小型化。
本发明的实施例如下实施例1
将20克酚醛树脂溶于30毫升乙醇中，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40克聚丙烯腈基活性炭纤维毡研磨成粉末，加入上述高聚物混合物溶液中搅拌使混合均匀后，放入铁制模具中压实，70℃挥发乙醇溶剂后，加热到180℃，保持该温度20分钟，使材料发泡固化成型，即得到泡沫块状材料。将该块状材料置于炭化炉中，在氮气保护下，以每分钟5度的升温速率升温到800℃，炭化100分钟，然后通入水蒸气活化20分钟，降温到150℃时，即可得到硬质泡沫块状活性炭纤维。吸附实验表明，该材料对苯等有机蒸气的吸附效果与活性炭纤维相当。由于该材料具有丰富的开孔泡沫，流体透过性好，强度也较高，因而非常适合作为空气和水处理的过滤材料。
实施例2将10克环氧树脂溶于10毫升丙酮溶液中，加入4克二甲胺基丙胺和0.1克发泡剂H，搅拌制成高聚物混合物溶液。将40克粘胶基活性炭纤维短切成长度为4-5毫米的短丝，加入到上述高聚物混合物溶液中搅拌使混合均匀后，放入铁制模具中，70℃挥发溶剂后，加热到200℃，保持该温度120分钟，使材料发泡固化成型，即得到泡末块状材料。将该块状材料置于炭化炉中，在氮气保护下，以每分钟2度的升温速率升温到850℃，炭化30分钟，然后通入水蒸气活化60分钟，降温到150℃时，即可得到硬质泡沫块状活性炭纤维。吸附实验表明，该材料对苯等有机蒸气的吸附效果与活性炭纤维相当。由于该材料具有丰富的开孔泡沫，流体透过性好，强度也较高，因而非常适合作为空气和水处理的过滤材料。
实施例3将5克聚乙烯醇溶于10毫升水中，加入2克六次甲基四氨和5克碳酸氢氨，搅拌制成高聚物混合物溶液。将40克聚乙烯醇基活性炭纤维毡研磨成粉末，加入上述高聚物混合物溶液中搅拌使混合均匀后，放入铁制模具中，压实并加热到100℃，保持该温度20分钟，挥发溶剂和使材料发泡固化成型，即得到泡末块状材料。将该块状材料置于炭化炉中，在氮气保护下，以每分钟2度的升温速率升温到900℃，炭化10分钟，然后通入二氧化碳活化10分钟，降温到150℃时，即可得到硬质泡沫块状活性炭纤维。吸附实验表明，该材料对苯等有机蒸气的吸附效果与活性炭纤维相当。由于该材料具有丰富的开孔泡沫，流体透过性好，强度也较高，因而非常适合作为空气和水处理的过滤材料。
实施例4将20克聚氨酯预聚体溶于30毫升乙醇中，并加入5克有机胺交联剂MOCA(3,3-二氯-4,4-二氨基二苯基甲烷)和2克发泡剂苯磺酰肼，搅拌制成高聚物混合物溶液。将40克沥青基活性炭纤维毡研磨成粉末，加入上述高聚物混合物溶液中搅拌使混合均匀后，放入铁制模具中，70℃挥发溶剂后，加热到200℃，保持该温度60分钟，使材料发泡固化成型，即得到泡末块状材料。将该块状材料置于炭化炉中，在氮气保护下，以每分钟15度的升温速率升温到800℃，炭化150分钟，通入氨气活化120分钟，降温到150℃时，即可得到泡沫块状活性炭纤维。
实施例5将20克环氧树脂溶于10毫升丙酮溶液中，并加入10克苯酐，搅拌制成高聚物混合物溶液。将40克长度为1-2mm的酚醛基活性炭纤维，加入上述高聚物混合物溶液中，再加入30克碳酸氢钠搅拌使混合均匀后，放入铁制模具中，70℃挥发溶剂后，加热到200℃，保持该温度20分钟，使材料发泡固化成型，即得到泡沫块状材料。将该块状材料置于炭化炉中，在氮气保护下，以每分钟2度的升温速率升温到600℃，炭化200分钟，在升温到800℃，通入水蒸气活化100分钟，降温到150℃时，即可得到硬质泡沫块状活性炭纤维。
权利要求
1．一种泡沫块状活性炭纤维的制备方法，(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到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=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80-240℃，固化20-240分钟，得到泡沫块状物；(4)将泡沫块状物置于炭化炉，在空气中按1-30℃/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，升温到600-1000℃，进行炭化5-240分钟；(5)炭化处理后，通入活化剂进行活化10-120分钟，活化结束后，在惰性气氛下降温至100℃，制得泡沫块状活性炭纤维。
2．根据权利要求1所述的一种泡沫块状活性炭纤维的制备方法，其特征在于所述的有机高聚物是酚醛树脂、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所述的一种泡沫块状活性炭纤维的制备方法，其特征在于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。
4．根据权利要求3所述的一种泡沫块状活性炭纤维的制备方法，其特征在于所述的过氧化物是过氧化环己酮，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。
5．根据权利要求3所述的一种泡沫块状活性炭纤维的制备方法，其特征在于所述的胺类是二乙撑三胺，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。
6．根据权利要求1所述的一种泡沫块状活性炭纤维的制备方法，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所述的一种泡沫块状活性炭纤维的制备方法，其特征在于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、粘胶基活性炭纤维、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所述的一种泡沫块状活性炭纤维的制备方法，其特征在于活化剂是水蒸气、二氧化碳气、氨气。
全文摘要
一种泡沫块状活性炭纤维的制备方法,采用有机高聚物、交联剂、发泡剂和短切的活性炭纤维或活性炭纤维粉末为原料,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,较高的体积密度,可使净化设备小型化的特点。
文档编号D01F9/12GK1303964SQ0010448
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, 刘平光, 申文忠, 靳国强, 张寿春, 曹亚秀 申请人:中国科学院山西煤炭化学研究所