一种高比表面积的沥青树脂复合球形活性炭及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料领域，特别是一种高比表面积的沥青树脂复合球形活性炭及其制备方法。
【背景技术】
[0002]球形活性炭因具有球形度良好、填充密度高、微粒脱落少以及吸脱附速度快等特点，已被广泛应用于医药、环保和催化剂载体等相关领域。球形活性炭按原料不同主要分为三类:煤基球形活性炭、高分子树脂基球形活性炭和沥青基球形活性炭。其中，煤基球形活性炭的优点是原料价格便宜，来源广泛，但是煤基活性炭的灰分高，杂质多，机械强度低，从而限制了其应用和发展。以高分子树脂基和沥青为前驱体制备的球形活性炭因具有灰分含量低、炭收率尚以及孔径分布易控制等优点而备受关注。
[0003]由于分子结构上的差异，沥青基球形活性炭和树脂基球形活性炭的孔道结构与机械强度有所不同。沥青基球形活性炭具有吸附容量大以及吸脱附速率快的特点，而高分子基球形活性炭则具有较大的比表面积和较高的机械强度。若制备出的球形活性炭兼具两者的特点，则对其应用领域的拓展意义重大。因此，研制高效能沥青、树脂复合球形活性炭是一种既具有快速吸脱附性能又具有高机械强度的球形活性炭，是一种优良的活性炭材料。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种高比表面积的沥青树脂复合球形活性炭及其制备方法。本发明利用乙烯基三乙氧基硅烷、纳米碳溶胶、碳酸氢钠等对椰壳进行改性，然后添加到沥青包膜液中，通过在聚合物树脂球表面形成快速吸附层的同时增强、增韧，进一步增大了活性炭的比表面积。
[0005]为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施:
一种高比表面积的沥青树脂复合球形活性炭，由下列重量份的原料制备制成:丙烯酸环己酯42-46、硬脂酸乙烯酯40-43、过氧化二叔丁酯2_3、双酚A环氧基二(甲基)丙烯酸1.5-2、乙酸乙酯25-28、聚乙二醇单月桂酸酯1-2、蒸馏水适量、丙酮适量、磺化沥青粉25-28、碳酸氢钠1-2、磷酸二氢钠1-2、纳米碳溶胶2_3、乙烯基三乙氧基硅烷0.8_1、椰壳3-4 ;
本发明所述一种高比表面积的沥青树脂复合球形活性炭，由以下具体步骤制成:
(I)将聚乙二醇单月桂酸酯加入200倍量的蒸馏水中，以600转/分的速度搅拌至溶解后，在氮气保护下依次缓慢的加入乙酸乙酯、过氧化二叔丁酯、双酚A环氧基二(甲基)丙烯酸、丙烯酸环己酯、硬脂酸乙烯酯，控制搅拌速度为1000转/分，然后缓慢升温至60°C，搅拌反应60分钟后，继续升温至80°C，以400转/分的速度搅拌反应4小时，用布氏漏斗过滤反应液，将固体树脂球用蒸馏水洗涤2次，在50°C下的烘箱中烘干；向烘干的树脂球中加入3倍量的丙酮，边搅拌边水浴加热至65-75°C，保持丙酮为回流状态24小时后停止回流，然后将树脂球取出，用蒸馏水洗涤3次，在50°C下的烘箱中烘干待用； (2)将磺化沥青粉加入2倍量的蒸馏水洗涤，经过在转速为600转/分的条件下搅拌60分钟，待其静置后收集上清液，然后将上清液放入烘箱中，以100°C的温度烘干，然后将干燥后的上清液加入5倍量的蒸馏水，搅拌均匀至完全溶解形成水溶液待用；
(3)将椰壳放入马弗炉中以400-500°C的温度煅烧120-150分钟，取出冷去后放入粉碎机中打磨成200目粉末，然后将粉末与5倍量的蒸馏水、纳米碳溶胶、乙烯基三乙氧基硅烷、碳酸氢钠以及其余剩余成分放入球磨机中，升温至80°C，球磨2小时，冷却静置，取沉淀物，用蒸馏水反复清洗后放入烘箱中，在80°C的条件下烘干，得到混合粉末；
(4)将步骤(2)得到的水溶液与步骤(3)的混合粉末混合，以600转/分的速度搅拌30分钟形成沥青基混合包衣液，将步骤(I)得到的树脂球放入包衣机中，控制包衣液的进料温度为60-80°C，工作压力为0.2-0.5MPa，将沥青基混合包衣液均匀地包裹在树脂球表面，得到复合小球；
(5)将步骤(4)得到的复合小球送入高温炉中，在氦气保护下，以1-2°C/min的速度升温至600-650°C，保温炭化2小时，再以3-4°C /min的速度再升温至750-850°C活化2小时，冷却至室温后得到粒径为0.2-0.8mm的球形活性炭。
[0006]本发明的有益效果是:本发明以丙烯酸环己酯、硬脂酸乙烯酯单体等为原料，添加致孔剂乙酸乙酯等成分，通过悬浮聚合的方法得到不同孔径的聚合物微球，再将处理后的水溶性沥青均匀地包覆在聚合物微球表面，再经炭化、活化后制成表面有黑色光泽、大小均匀且具有高比表面积的球形活性炭。
[0007]本发明利用乙烯基三乙氧基硅烷、纳米碳溶胶、碳酸氢钠等对椰壳进行改性，然后添加到沥青包膜液中，通过在聚合物树脂球表面形成快速吸附层的同时增强、增韧，进一步增大了活性炭的比表面积。本发明原料来源广泛，成球工艺创新且便于工业控制，制成的产品为球形，流动性好，可以在流动状态下进行填充，提高了容器充装效率，而且硬度大，容易再生，低粉尘，不易磨损，适合用于净水设备、空气过滤设备等。
具体实施方案
[0008]下面通过具体实例对本发明进行详细说明。
[0009]—种高比表面积的沥青树脂复合球形活性炭，由下列重量份(公斤)的原料制备制成:丙烯酸环己酯42、硬脂酸乙烯酯40、过氧化二叔丁酯2、双酚A环氧基二(甲基)丙烯酸1.5、乙酸乙酯25、聚乙二醇单月桂酸酯1、蒸馏水适量、丙酮适量、磺化沥青粉25、碳酸氢钠1、磷酸二氢钠1、纳米碳溶胶2、乙烯基三乙氧基硅烷0.8、椰壳3 ;
本发明所述一种高比表面积的沥青树脂复合球形活性炭，由以下具体步骤制成:
(1)将聚乙二醇单月桂酸酯加入200倍量的蒸馏水中，以600转/分的速度搅拌至溶解后，在氮气保护下依次缓慢的加入乙酸乙酯、过氧化二叔丁酯、双酚A环氧基二(甲基)丙烯酸、丙烯酸环己酯、硬脂酸乙烯酯，控制搅拌速度为1000转/分，然后缓慢升温至60°C，搅拌反应60分钟后，继续升温至80°C，以400转/分的速度搅拌反应4小时，用布氏漏斗过滤反应液，将固体树脂球用蒸馏水洗涤2次，在50°C下的烘箱中烘干；向烘干的树脂球中加入3倍量的丙酮，边搅拌边水浴加热至65-75°C，保持丙酮为回流状态24小时后停止回流，然后将树脂球取出，用蒸馏水洗涤3次，在50°C下的烘箱中烘干待用；
(2)将磺化沥青粉加入2倍量的蒸馏水洗涤，经过在转速为600转/分的条件下搅拌60分钟，待其静置后收集上清液，然后将上清液放入烘箱中，以100°c的温度烘干，然后将干燥后的上清液加入5倍量的蒸馏水，搅拌均匀至完全溶解形成水溶液待用；
(3)将椰壳放入马弗炉中以400-500°C的温度煅烧120分钟，取出冷去后放入粉碎机中打磨成200目粉末，然后将粉末与5倍量的蒸馏水、纳米碳溶胶、乙烯基三乙氧基硅烷、碳酸氢钠以及其余剩余成分放入球磨机中，升温至80°C，球磨2小时，冷却静置，取沉淀物，用蒸馏水反复清洗后放入烘箱中，在80°C的条件下烘干，得到混合粉末；
(4)将步骤(2)得到的水溶液与步骤(3)的混合粉末混合，以600转/分的速度搅拌30分钟形成沥青基混合包衣液，将步骤(I)得到的树脂球放入包衣机中，控制包衣液的进料温度为60-80°C，工作压力为0.2MPa，将沥青基混合包衣液均匀地包裹在树脂球表面，得到复合小球；
(5)将步骤(4)得到的复合小球送入高温炉中，在氦气保护下，以2°C/min的速度升温至600-650°C，保温炭化2小时，再以4°C /min的速度再升温至750-850°C活化2小时，冷却至室温后得到粒径为0.2-0.8mm的球形活性炭。
[0010]本发明产品为黑色带有光泽的球状颗粒，对其进行检测，比表面积为1185m2/g，机械强度为6.05N。
【主权项】
1.一种高比表面积的沥青树脂复合球形活性炭，其特征在于，由下列重量份的原料制备制成:丙烯酸环己酯42-46、硬脂酸乙烯酯40-43、过氧化二叔丁酯2_3、双酚A环氧基二(甲基)丙烯酸1.5-2、乙酸乙酯25-28、聚乙二醇单月桂酸酯1-2、蒸馏水适量、丙酮适量、磺化沥青粉25-28、碳酸氢钠1-2、磷酸二氢钠1-2、纳米碳溶胶2_3、乙烯基三乙氧基硅烷0.8-1、挪壳 3_4。2.根据权利要求1所述一种高比表面积的沥青树脂复合球形活性炭，其特征在于，由以下具体步骤制成: (1)将聚乙二醇单月桂酸酯加入200倍量的蒸馏水中，以600转/分的速度搅拌至溶解后，在氮气保护下依次缓慢的加入乙酸乙酯、过氧化二叔丁酯、双酚A环氧基二(甲基)丙烯酸、丙烯酸环己酯、硬脂酸乙烯酯，控制搅拌速度为1000转/分，然后缓慢升温至60°C，搅拌反应60分钟后，继续升温至80°C，以400转/分的速度搅拌反应4小时，用布氏漏斗过滤反应液，将固体树脂球用蒸馏水洗涤2次，在50°C下的烘箱中烘干；向烘干的树脂球中加入3倍量的丙酮，边搅拌边水浴加热至65-75°C，保持丙酮为回流状态24小时后停止回流，然后将树脂球取出，用蒸馏水洗涤3次，在50°C下的烘箱中烘干待用； (2)将磺化沥青粉加入2倍量的蒸馏水洗涤，经过在转速为600转/分的条件下搅拌60分钟，待其静置后收集上清液，然后将上清液放入烘箱中，以100°C的温度烘干，然后将干燥后的上清液加入5倍量的蒸馏水，搅拌均匀至完全溶解形成水溶液待用； (3)将椰壳放入马弗炉中以400-500°C的温度煅烧120-150分钟，取出冷去后放入粉碎机中打磨成200目粉末，然后将粉末与5倍量的蒸馏水、纳米碳溶胶、乙烯基三乙氧基硅烷、碳酸氢钠以及其余剩余成分放入球磨机中，升温至80°C，球磨2小时，冷却静置，取沉淀物，用蒸馏水反复清洗后放入烘箱中，在80°C的条件下烘干，得到混合粉末； (4)将步骤(2)得到的水溶液与步骤(3)的混合粉末混合，以600转/分的速度搅拌30分钟形成沥青基混合包衣液，将步骤(I)得到的树脂球放入包衣机中，控制包衣液的进料温度为60-80°C，工作压力为0.2-0.5MPa，将沥青基混合包衣液均匀地包裹在树脂球表面，得到复合小球； (5)将步骤(4)得到的复合小球送入高温炉中，在氦气保护下，以1-2°C/min的速度升温至600-650°C，保温炭化2小时，再以3-4°C /min的速度再升温至750-850°C活化2小时，冷却至室温后得到粒径为0.2-0.8mm的球形活性炭。
【专利摘要】本发明公开了一种高比表面积的沥青树脂复合球形活性炭，其特征在于，由下列重量份的原料制备制成：丙烯酸环己酯42-46、硬脂酸乙烯酯40-43、过氧化二叔丁酯2-3、双酚A环氧基二（甲基）丙烯酸1.5-2、乙酸乙酯25-28、聚乙二醇单月桂酸酯1-2、蒸馏水适量、丙酮适量、磺化沥青粉25-28、碳酸氢钠1-2、磷酸二氢钠1-2、纳米碳溶胶2-3、乙烯基三乙氧基硅烷0.8-1、椰壳3-4；本发明原料来源广泛，成球工艺创新且便于工业控制，制成的产品为球形，流动性好，可以在流动状态下进行填充，提高了容器充装效率，而且硬度大，容易再生，低粉尘，不易磨损，适合用于净水设备、空气过滤设备等。
【IPC分类】B01J20/28, B01J20/30, B01J20/26
【公开号】CN105013456
【申请号】CN201510389396
【发明人】沈向洋, 吴克, 余志敏, 蒋涌, 吴杰, 吴育兵, 樊云
【申请人】安徽成方新材料科技有限公司
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年7月6日