一种利用废纸制备吸附油及有机溶剂的碳泡沫的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用废纸制备吸附油及有机溶剂的碳泡沫的方法，具体为将废纸经纸浆、冷冻干燥、高温分解、退火处理后，得到憎水的碳泡沫。本发明提供的利用废纸制备吸附油及有机溶剂的碳泡沫的方法，方法简单、成本低、可大规模生产；本发明制备的碳泡沫具有非常好的机械性能及对有机溶剂或油脂具有很强的吸附能力，因此，可用于污水处理或者液液分离的领域；并且该碳泡沫可利用分馏、挤压的方法，实现对该碳泡沫的重复利用和对被吸附物的回收利用。
【专利说明】 一种利用废纸制备吸附油及有机溶剂的碳泡沬的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用废纸制备吸附油及有机溶剂的碳泡沫的方法。
【背景技术】
[0002]作为城市污染的主要组成部分-废纸(D.H.Vynios, D.A.Papaioannou, G.Filos, G.Karigiannis, T.Tziala, G.Lagios, BioResources2009, 4, 509),导致了 严重的环境问题(A.A.Zorpas, D.Arapoglou, K.Panagiotis, Waste Manage.2003, 23, 27)。
[0003]传统的废纸回收利用，主要是再将其转化为新的纸产品(http: //en.wikipedia.0rg/wiki/Paper_recycling),但随着循环利用次数的增加,越来越多的废纸已不适合再制成纸产品，因此会导致大量的废纸污染。
[0004]为了能够回收利用这些废纸及减少其给环境带来的污染，人们开始利用废纸来制乙醇(M.ffayman, S.Chen, K.Doan, Process Biochem.1992, 27, 239)、生物降解泡沫(S.H.Lee, Y.Teramoto, N.Shiraishi, J.Appl.Polym.Sc1.2002，83，1482)、甲烷(H.ff.Yen, D.E.Brune, Bioresource Technol.2007, 98, 130)等产品，但是随着纸产品数量的急剧增加和人们环保意识的增强，急切需要寻找其它利用废纸的途径。
[0005]另外，原油及有机溶剂的泄露给环境造成了很大的污染，为了除去这些污染物，固态吸附剂得到了人们的广泛研究。传统的吸附剂包括:天然的产品(羊毛，沸石等)(H.M.Choi, R.M.Cloud, Environ.Sc1.Technol.1992, 26, 772 ；D.Bastani, A.A.Safekordi,A.Alihosseini,V.Taghikhani, Sep.Purif.Technol.2006, 52, 295)、膨胀石墨(X.P.Yan, Y.Y.Zhou, S.ff.Wang, K.N.Kim, J.H.Li, Talanta2006, 69，970 ；M.F.Zhao, P.Liu, Desalination2009, 249，331)、活性炭(S.D.Li, S.H.Ti an, Y.F.Feng, J.J.Lei, P.P.Wang, Y.Xiong, J.Hazard.Mater.2010, 183, 506)> 聚合物(A.M.Atta, R.A.M.El-Ghazawy, R.K.Farag, A.-A.A.Abdel-Azim, React.Funct.Polym.2006, 66, 931 ；A.M.Atta, S.H.El-Hamouly, A.M.AlSabagh, M.M.Gabr, J.Appl.Polym.Sc1.2007, 105, 2113)等。虽然它们各自都有自己的优点，但总体上，还是满足不了实用化的需要，比如天然的产品虽然成本低，但它们不具有吸附选择性，且吸附率非常低；膨胀石墨虽然吸附率较高但由于是颗粒状，使用相当不便；多孔聚合物在使用过程中可能会存在二次污染。
[0006]随着新材料碳纳米管及石墨烯的出现，基于这二者的固态吸附剂也得到了快速发展(X.C.Gui, J.Q.Wei, K.L.Wang, A.Y.Cao, H.ff.Zhu, Y.Jia, Q.K.Shu, D.H.ffu, Adv.Mater.2010, 22, 617 ；Y.Zhao, C.Hu, Y.Hu, H.Cheng, G.Shi, L.Qu, Angew.Chem.1nt.Ed.2012，51，11371)，由它们构成的吸附剂不仅具有很好的吸附选择性，同时还具有很高的吸附率，但是这类吸附剂仍然还存在问题:制备的过程会产生污染如制备氧化石墨会产生酸性污染液；成本较高特别是采用化学气相沉积方法来生产多孔吸附剂。
【发明内容】
[0007]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种利用废纸制备吸附油及有机溶剂的碳泡沫的方法，以来源丰富、成本低廉的废纸为原料，对其进行冷冻干燥、高温退火等处理以获得吸附选择性较好的碳泡沫，实现方法简单、污染小且可大批量生产，充分利用废纸并有效减少废纸带来的环境问题。
[0008]技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0009]一种利用废纸制备吸附油及有机溶剂的碳泡沫的方法，具体为将废纸经打浆、冷冻干燥、高温分解、退火处理后，得到憎水的碳泡沫。
[0010]该方法中，打浆即将废纸制成纸浆，属于现有技术；冷冻干燥即先将纸浆冻成冰冻，然后在真空环境下让冰冻升华的过程，属于现有技术。本发明的发明点在于使用废纸进行碳泡沫的制备，并且制备出的碳泡沫能够用于吸附油及有机溶剂。
[0011]所述的废纸为主要由纤维素制成的废纸，包括生活用纸、办公用纸、印刷用纸和纸
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[0012]优选的，所述高温分解的温度为400?1500°C。
[0013]优选的，所述高温分解在真空或惰性气体(比如氮气或氩气)环境中进行。
[0014]利用本发明方法获得的碳泡沫，具有非常好的机械新能并对有机溶剂或油脂具有很强的吸附能力，可用于污水处理或者液液分离的领域。所使用的废纸包括纸箱、报纸、办公用纸、住宅用纸等。所述有机溶剂或油脂包括植物油、原油、泵油、十二烷、正十烷、辛烷、己烷、苯酚、硝基苯、三氯甲烷、二氯苯、乙基苯、甲苯、苯、二甲基亚砜、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、丙酮、乙醇、甲醇、煤油、蓖麻油、庚烷、柴油、汽油、菜子油、橄榄油、四氯化碳、十八烯、环己烷、异丙醇、苯甲醇等。另外，利用本发明方法获得的碳泡沫可利用分馏、挤压等方法实现循环利用。
[0015]有益效果:本发明提供的利用废纸制备吸附油及有机溶剂的碳泡沫的方法，相比较现有技术具有如下优点:1、以废纸为原料，制备方法简单且产生的污染少，因此成本低廉且能够有效消除废纸造成的环境污染；2、获得的碳泡沫具有很好的机械性能，对有机溶剂和油脂具有吸附能力强、吸附速度快的特点，所以将碳泡沫用于吸附有机溶剂和油脂具有性能上的优势，可用于液液分离和污水处理中的有机溶剂和油脂的吸附；3、获得的碳泡沫具有非常好的热稳定性及力学性能，可采用多种方法实现碳泡沫的循环使用及污染物的回收利用。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为纸浆凝胶的扫描电镜图片；
[0017]图2为碳泡沫的扫描电镜图片；
[0018]图3为碳泡沫对各种有机液体的吸附率图；
[0019]图4为利用分馏的方法对碳泡沫进行吸附、脱附循环实验图；
[0020]图5为利用挤压的方法对碳泡沫进行吸附、脱附循环实验图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0022]如图1所示为一种利用废纸制备吸附油及有机溶剂的碳泡沫的方法，具体为将废打印纸(办公用纸)经打浆、冷冻干燥、高温分解、退火处理后，得到憎水的碳泡沫。一般来说，所述高温分解的温度为400~1500°C，并且所述高温分解在真空或惰性气体环境中进行。
[0023]下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
[0024]实施例1
[0025]第一步:将回收来的废纸粉碎成纸屑，至于水中浸泡24小时，接着加入稀盐酸并继续浸泡12小时，然后用水洗净，接着再倒入水中并强力搅拌得到纸浆，然后利用冷冻干燥得到纸浆凝胶。图1为纸浆凝胶的扫描电镜图片，可以看到大量的纤维。
[0026]第二步:将纸浆凝胶置于加热管中，并密封好加热管，接着将加热管中的空气排净，使纸浆凝胶处于真空状态。
[0027]第三步:将加热管加热到850°C并维持2h，接着自然冷却到室温，即可得到所需的碳泡沫。图2为碳泡沫的扫描电镜图片，可以看出，相对于图1中的纤维，该图中纤维明显变细了，说明高温导致了纸浆纤维表面一些物质的分解。
[0028]第四步:对碳泡沫的吸附性能进行一系列表征。将碳泡沫作为吸附剂使用，用于液液分离或污水分离领域，用于吸附有机溶剂或油脂，测试碳泡沫对各种有机溶剂或油脂的吸附率；所述吸附率的测试方式为:将碳泡沫切割成小块，并称取每小块的质量，记为W〒，然后将小块的碳泡沫放入待吸附的溶剂中，让碳泡沫充分吸附，然后称取充分吸附后的小块碳泡沫的质量，记为Ws，则碳泡沫的吸附率由下式计算得出:
[0029]
【权利要求】
1.一种利用废纸制备吸附油及有机溶剂的碳泡沫的方法，其特征在于:将废纸经打浆、冷冻干燥、高温分解、退火处理后，得到憎水的碳泡沫。
2.根据权利要求1所述的利用废纸制备吸附油及有机溶剂的碳泡沫的方法，其特征在于:所述的废纸为主要由纤维素制成的废纸，包括生活用纸、办公用纸、印刷用纸和纸箱。
3.根据权利要求1所述的利用废纸制备吸附油及有机溶剂的碳泡沫的方法，其特征在于:所述高温分解的温度为400?1500°C。
4.根据权利要求1所述的利用废纸制备吸附油及有机溶剂的碳泡沫的方法，其特征在于:所述高温分解在真空或惰性气体环境中进行。
【文档编号】C01B31/02GK103495397SQ201310472616
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月11日 优先权日:2013年10月11日
【发明者】孙立涛, 毕恒昌, 吴幸, 万树, 周奕龙 申请人:东南大学