用于油污处理的碳气凝胶吸附剂的制法及其制得的碳气凝胶吸附剂的制作方法
【专利摘要】一种碳气凝胶材料的制备方法，它是将生物质甜瓜、西瓜瓤或丝瓜络切割后放置在水热反应釜中，在密闭条件下在均相反应器中180℃水热反应12小时，反应结束后逐渐冷却至室温，然后洗涤，洗涤后的碳水凝胶放入60℃烘箱内放置1小时，包裹一层锡箔纸，放入77K液氮罐中彻底冷冻干燥，将得到的固体产物放入25℃的真空干燥箱内12小时，缓慢抽出固态水分，得到碳气凝胶材料。本发明的碳气凝胶材料具有高的比表面积、高机械强度，以及超低的本体密度。
【专利说明】用于油污处理的碳气凝胶吸附剂的制法及其制得的碳气凝胶吸附剂
【技术领域】:
[0001]本发明涉及高效绿色碳材料的生产方法，具体地说，涉及一种以生物质为原料的碳材料吸附剂的制备方法及其产品。
【背景技术】:
[0002]由于无论是在内陆河流还是在海洋，都存在着各种各样的水体污染，其中，油污污染是水体污染中最常见的一种。工业含油污水产量大，涉及范围广，例如石油开采、石油炼制、石油化工、油品贮运、油轮事故、轮船航运、车辆清洗、机械制造、食品加工等过程中均会产生含油污水。油污染作为一种常见的污染，对水产资源、人类健康、水工建筑都产生极大的危害。当今油水分离技术种常用方法有:重力分离法、空气浮选法、粗粒化法、过滤法、吸附法等技术。目前，水体污染应急处理中广泛使用的是围栏吸油棉处理和活性炭吸附方法，吸油棉大多由熔喷聚丙烯制成，但是一次吸附后基本以燃烧进行后处理，重复使用性能不高，易造成空气二次污染严重。此外，相对于碳气凝胶而言，吸油棉本身的密度较大，造成单位质量的吸油能力不强。而活性炭由于本身的吸油性能较低(一般为30?80mg/g)，成本高，再生困难，通常只用作含油废水多级处理的最后一级处理。此外，文献报道了以天然鳞片石墨为原料制备了一系列可膨胀石墨，其对废柴油的吸附性能明显优于常用吸附剂(脱脂棉、活性炭)，且膨胀体积越大，吸油性越好。但是该方法合成过程中需使用浓硫酸进行碳化，易造成二次环境污染问题，原料不易得。CN101780395A专利公开了一种凹凸棒水面油污吸附剂，其技术方案的要点是，凹凸棒水面油污吸附剂由高粘凹凸棒石粘土、活性凹凸棒石粘土、废旧塑料泡沫、高吸油树脂和单硬脂酸甘油酯组成。但该方案合成方法复杂，合成条件要求高，原料价格较为昂贵。
【发明内容】
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[0003]本发明的目的是提供了一种工艺简单、成本低，生产过程无污染物产生、为绿色环保的碳基油污吸附剂的制备方法，且适于工业化大量生产。
[0004]本发明的目的可通过如下技术措施来实现:
[0005]一种碳气凝胶材料的制备方法，它包括以下步骤:
[0006]步骤1.将生物质甜瓜、西瓜瓤或丝瓜络切割为合适的尺寸后放置在水热反应釜中，在密闭条件下在均相反应器中180°C水热反应12小时，反应结束后逐渐冷却至室温，得到碳水凝胶产物；
[0007]步骤2.在步骤I的碳水凝胶产物取出后，分别进行乙醇洗涤、去离子水洗涤；
[0008]步骤3.将步骤2反应得到的洗涤后的碳水凝胶放入60°C烘箱内放置I小时以去除碳水凝胶表面部分水，然后，包裹一层锡箔纸，放入77K液氮罐中彻底冷冻干燥，最终得到内部水分被均匀冷冻的固体产物；
[0009]步骤4.将步骤3得到的固体产物放入25°C的真空干燥箱内12小时，缓慢抽出固态水分，得到碳气凝胶材料。
[0010]上述的制备方法，步骤I所述的碳水凝胶产物为含有少量未完全碳化的褐色可溶性杂质的碳水凝胶材料。
[0011]一种上述的碳气凝胶材料的制备方法制得的碳气凝胶材料。
[0012]上述的碳气凝胶材料在治理碳基油污染水质中的应用。
[0013]本发明的有益效果在于:
[0014]1、利用廉价易得的生物质作为原料，在简单步骤后就可制备碳气凝胶材料。
[0015]2、液氮冷冻操作的好处在于:避免冷冻过程中的干损；最大限度的降低碳水凝胶中的水分在冷冻过程对原有的孔道结构的破坏；干燥过程中在较低温度下缓慢而有效的开放孔道，避免水凝胶转变为气凝胶的过程中发生坍塌。
[0016]3、本发明中的碳气凝胶力学性能上类似海绵状，具有一定的机械强度和优良的弹性(见附图2)。
[0017]4、本发明的新型碳材料的特性，包括其高的比表面积、高机械强度，以超低的本体密度0.06g/m3。高比表面积决定了该材料的超强吸油能力；高机械强度决定了该材料在吸油和回收过程保持形貌的稳定性；超低的本体密度使得其在使用过程中能确保漂浮在水体表面(见附图4)。
[0018]5、本发明方法工艺简单、适用于工业化大量生产、且成本低、基本没有环境污染。
【专利附图】
【附图说明】:
[0019]图1是本发明中合成的碳气凝胶外观形貌。
[0020]图2是本发明中是本发明中合成的碳气凝胶弹性测试，a为原状；b为压缩状；c为恢复状。
[0021]图3是本发明的西瓜瓤碳气凝胶的TEM图像。
[0022]图4本发明的西瓜瓤碳气凝胶漂浮在水体表面照片。
【具体实施方式】:
[0023]以下结合实施例进一步说明本发明。
[0024]实施例1:
[0025]将甜瓜原料裁剪成合适的形状放入聚四氟乙烯水热反应釜中，在180°C温度下放置在均相反应器中水热反应12小时，反应完全后缓慢冷却至室温，最后经反复水洗涤和乙醇洗涤；得到碳水凝胶。锡箔纸包裹下的碳水凝胶放入液氮77K下迅速冷冻后，在恒定温度25°C的真空干燥箱中干燥12小时，最终得到黑色海绵状甜瓜碳气凝胶材料。
[0026]实施例2:
[0027]将西瓜瓤原料裁剪成合适的形状放入聚四氟乙烯水热反应釜中，在180°C温度下水热反应12小时，反应完全后缓慢冷却至室温，最后经反复水洗涤和乙醇洗涤；锡箔纸包裹下的碳水凝胶放入液氮77K下迅速冷冻后，在恒定温度25°C的真空干燥箱中干燥12小时，最终得到黑色海绵状西瓜瓤碳气凝胶材料。
[0028]实施例3:
[0029]将丝瓜络原料裁剪成合适的形状放入聚四氟乙烯水热反应釜中，在180°C温度下放置在均相反应器中水热反应12小时，反应完全后缓慢冷却至室温，最后经反复水洗涤和乙醇洗涤；经过液氮77K下迅速冷冻后，在恒定温度25°C的真空干燥箱中干燥12小时，最终得到黑色海绵状丝瓜络碳气凝胶材料。
[0030]实施例4:
[0031]将实施例1、2和3制得的碳气凝胶材料进行吸油性测试，结果见表1:
[0032]表1.不同合成条件的碳气凝胶材料吸油性能比较
【权利要求】
1.一种碳气凝胶材料的制备方法，其特征是:它包括以下步骤: 步骤1.将生物质甜瓜、西瓜瓤或丝瓜络切割后放置在水热反应釜中，在密闭条件下在均相反应器中180°c水热反应12小时，反应结束后逐渐冷却至室温，得到碳水凝胶产物；步骤2.在步骤I的碳水凝胶产物取出后，分别进行乙醇洗涤、去离子水洗涤； 步骤3.将步骤2反应得到的洗涤后的碳水凝胶放入60°C烘箱内放置I小时以去除碳水凝胶表面部分水，然后，包裹一层锡箔纸，放入77K液氮罐中彻底冷冻干燥，最终得到内部水分被均匀冷冻的固体产物； 步骤4.将步骤3得到的固体产物放入25°C的真空干燥箱内12小时，缓慢抽出固态水分，得到碳气凝胶材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:步骤I所述的碳水凝胶产物为含有少量未完全碳化的褐色可溶性杂质的碳水凝胶材料。
3.—种权利要求1所述的碳气凝胶材料的制备方法制得的碳气凝胶材料。
4.根据权利要求3所述的碳气凝胶材料在治理碳基油污染水质中的应用。
【文档编号】B01J20/28GK103752267SQ201410007776
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月8日 优先权日:2014年1月8日
【发明者】庄韦, 周满, 陈强, 赵亚丽, 何臻 申请人:常州南京大学高新技术研究院, 南京大学