一种吸附性能高的硫功能化碳泡沫的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种吸附性能高的硫功能化碳泡沫的制备方法。按苯酚：对巯基苯酚：氢氧化钠：甲醛=1：0.1～10：0.1～1：2.2～22物质的量份数量取，将苯酚和对巯基苯酚加到质量分数为20%的氢氧化钠溶液中，再滴加质量分数为37%的甲醛溶液后70℃搅拌60min，得到酚醛树脂预聚体溶液，冷却至室温，将pH值调至中性。真空蒸发去除水后，加入乙醇，配制成质量分数为20%的酚醛树脂预聚体溶液。将酚醛树脂预聚体溶液：表面活性剂：乙醇=1：0.2～0.5：5质量份数量取，混匀后，室温下使乙醇挥发，100℃聚合8～24h，氮气保护下，以1～10℃/min的升温速率升温至600～1000℃炭化，降至室温即得硫功能化碳泡沫。本发明的硫功能化碳泡沫在吸附去除废水中重金属离子方面有着重要的应用价值。
【专利说明】一种吸附性能高的硫功能化碳泡沬的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种吸附性能高的硫功能化碳泡沫的制备方法。具体是指利用表面活性剂为模板，苯酚和甲醛为碳源，对巯基苯酚为含硫单体，通过溶剂挥发诱导自组装方法制备硫功能化碳泡沫的方法。
【背景技术】
[0002]人类的生存与发展离不开周围环境。自工业革命以来，科学技术的飞速发展给社会进步注入强劲的动力的同时，也造成日益严重的环境问题。目前，全世界平均每年约排放Hg 1.5万吨，Cu 340万吨，Pb 500万吨，Mn 1500万吨，给环境造成了巨大的污染。因此，重金属造成的环境污染是当前亟待解决的突出环境问题。吸附法是利用吸附剂的独特结构去除重金属离子的一种有效方法，利用吸附法分离富集重金属可以提高污染治理的效益，尤其在处理低浓度重金属废水时具有明显优势。碳泡沫是一种以碳原子组成的具有蜂窝状多孔网络骨架结构的新型碳材料。碳泡沫拥有密度低、开孔率高、比表面积大、耐腐蚀、热稳定性好、吸附性能优良以及相对较好的机械性能等特性，在吸附、传感器、微电子器件及电化学领域都具有广阔的应用前景。如发明名称为“一种电化学性能高的碳泡沫的制备方法”(中国发明专利，专利号:ZL201010598503.5)公开了一种碳泡沫的制备方法，并描述了将此碳泡沫应用到超级电容器电极领域。最近，碳泡沫作为一种新型高效吸附材料已经引起了研究者们的极大关注。碳泡沫的蜂窝状开孔结构特别适合作为吸附剂使用，然而与其它碳材料一样，碳泡沫也存在表面碳原子相对惰性的缺点，这使得碳泡沫表面的润湿性能较差，不能充分地利用其孔道表面对重金属离子进行吸附，同时其对重金属离子吸附的选择性也不够理想，难以满足工业废水处理对重金属离子大容量和高选择性吸附的需求。刘明贤、甘礼华等通过将硫功能性基团引入到碳泡沫骨架中，提高其表面与重金属离子之间的结合能力(“一种硫功能化碳泡沫的制备方法”，中国发明专利，专利号:ZL201110433991.9)。不过该发明的方法制备的碳泡沫存在比表面积不高的缺点，造成其对废水中重金属汞离子吸附率不甚理想。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于公开一种吸附性能高的硫功能化碳泡沫的制备方法。用本发明的方法制备的硫功能化碳泡沫由于表面含有硫元素，同时具有比表面积高等优点，作为吸附材料时，能克服现有碳泡沫表面碳原子相对惰性或者比表面不高等造成的对废水中重金属离子吸附率不高的缺点，因此，它在吸附和去除废水中重金属离子方面有着重要的应用价值。
[0004]为了达到上述目的，本发明利用表面活性剂为模板，苯酚和甲醛为碳源，对巯基苯酚为含硫单体，通过溶剂挥发诱导自组装方法来制备吸附性能高的硫功能化碳泡沫。
[0005]具体的工艺是按如下几个步骤进行的:
[0006]按苯酚:对巯基苯酚:氢氧化钠:甲醛=1:0.1?10:0.1?1:2.2?22物质的量份数量取，首先将苯酚和对巯基苯酚加入到质量分数为20%的氢氧化钠溶液中，然后滴加质量分数为37%的甲醛溶液。在70°C下搅拌60min后得到酚醛树脂预聚体溶液，冷却至室温，用I?2mol/L的盐酸将酚醛树脂预聚体溶液pH值调至中性。真空蒸发去除酚醛树脂预聚体溶液中的水后，加入乙醇作为溶剂，将酚醛树脂预聚体配制成质量分数为20%的酚醛树脂预聚体溶液。量取酚醛树脂预聚体溶液:表面活性剂:乙醇=1:0.2?0.5:5质量份数，将它们混合均匀后，室温下使乙醇挥发，得到酚醛树脂预聚体。将该预聚体在100°C聚合8?24h后，在氮气的保护下，以I?10°C /min的升温速率升温至600?1000°C炭化，最后自然降温至室温即得硫功能化碳泡沫；经测定，所得硫功能化碳泡沫的孔径分布在2?5nm之间，比表面积500m2/g以上；
[0007]上述表面活性剂选用聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物，Sigma-Aldrich公司生产，商品名称F127，平均分子量为12600。
[0008]本发明具有如下优点:
[0009]1.本发明利用表面活性剂为模板，苯酚和甲醛为碳源，对巯基苯酚为含硫单体，通过溶剂挥发诱导自组装方法来制备硫功能化碳泡沫，所得硫功能化碳泡沫具有高比表面积，作为吸附剂吸附去除废水中重金属离子的吸附效率高。
[0010]2.用本发明的方法制备的硫功能化碳泡沫由于表面含有硫元素，能够克服现有碳泡沫表面碳原子相对惰性，有效提高碳泡沫对重金属离子的选择性吸附能力，这对利用碳泡沫吸附和去除废水中金属离子有重要的应用价值。
[0011]3.本发明方法制得的硫功能化碳泡沫的品质优良，经测定，所得硫功能化碳泡沫的孔径分布在2?5nm之间，比表面积500m2/g以上。测试分析表明，所得硫功能化碳泡沫对废水中重金属汞离子的吸附能力达到200mg/g以上。
【具体实施方式】
[0012]实施例1:
[0013]首先按苯酚:对巯基苯酚:氢氧化钠:甲醛=1:0.1:0.1:2.2物质的量份数量取，接着将氢氧化钠加水配置成质量分数为20%的氢氧化钠溶液，将甲醛加水配置成质量分数为37%的甲醛溶液，然后将苯酚和对巯基苯酚加入到质量分数为20%的氢氧化钠溶液中，然后滴加质量分数为37%的甲醛溶液。上述反应物在70°C下搅拌60min后得到酚醛树脂预聚体溶液，冷却至室温，用I?2mol/L的盐酸将酚醛树脂预聚体溶液pH值调至中性。真空蒸发去除水后得到酚醛树脂预聚体，酚醛树脂预聚体中加入乙醇作为溶剂，配制得到质量分数为20%酚醛树脂预聚体溶液。量取酚醛树脂预聚体溶液:表面活性剂:乙醇=1:0.2:5质量份数，将它们混合均匀后，将乙醇于室温挥发，得到酚醛树脂预聚体。将该预聚体在100°C聚合8?24h后，在氮气的保护下，以I?10°C /min的升温速率升温至600?1000°C炭化，最后自然降温至室温即得硫功能化碳泡沫。经测定，所得硫功能化碳泡沫的孔径分布在2?5nm之间，比表面积500m2/g以上。
[0014]将所得硫功能化碳泡沫用于吸附废水中重金属汞离子，测试分析表明，吸附能力达到200mg/g以上。
[0015]实施例2:
[0016]除了量取苯酚:对巯基苯酚:氢氧化钠:甲醛=1:1:0.2:4物质的量份数，以及酚醛树脂预聚体溶液:表面活性剂:乙醇=1:0.3:5质量份数量取外，其余工艺与实施例1相同。经测定，所得硫功能化碳泡沫的孔径分布在2?5nm之间，比表面积500m2/g以上。
[0017]所得硫功能化碳泡沫用于吸附废水中重金属汞离子，测试分析表明，吸附能力达到200mg/g以上。
[0018]实施例3:
[0019]除了量取苯酚:对巯基苯酚:氢氧化钠:甲醛=1:5:0.6:12物质的量份数，以及将酚醛树脂预聚体溶液:表面活性剂:乙醇=1:0.4:5质量份数量取外，其余工艺与实施例1相同。经测定，所得硫功能化碳泡沫的孔径分布在2?5nm之间，比表面积500m2/g以上。
[0020]将所得硫功能化碳泡沫用于吸附废水中重金属汞离子，测试分析表明，吸附能力达到200mg/g以上。
[0021]实施例4:
[0022]除了按苯酚:对巯基苯酚:氢氧化钠:甲醛=1:10:1:22物质的量份数量取，以及将酚醛树脂预聚体溶液:表面活性剂:乙醇按1:0.5:5质量份数量取外，其余工艺与实施例I相同。经测定，所得硫功能化碳泡沫的孔径分布在2?5nm之间，比表面积500m2/g以上。
[0023]所得硫功能化碳泡沫用于吸附废水中重金属汞离子，测试分析表明，吸附能力达到200mg/g以上。
[0024]以上原料均为市售试剂级产品，其中上述表面活性剂选用聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物，Sigma-Aldrich公司生产，商品名称F127，平均分子量为12600。
【权利要求】
1.一种吸附性能高的硫功能化碳泡沫的制备方法，其特征在于: 首先按苯酚:对巯基苯酚:氢氧化钠:甲醛=1:0.1?10:0.1?1:2.2?22物质的量份数量取，将苯酚和对巯基苯酚加入到质量分数为20%的氢氧化钠溶液中，然后滴加质量分数为37%的甲醛溶液；70°C搅拌60min后得到酚醛树脂预聚体溶液，冷却至室温，用I?2mol/L的盐酸将pH值调至中性，真空蒸发去除水后，加入溶剂乙醇，配制成质量分数为20%的酚醛树脂预聚体溶液；接着量取酚醛树脂预聚体溶液:表面活性剂:乙醇=1:0.2?0.5:5质量份数，混合均匀后，于室温中将乙醇挥发，得到酚醛树脂预聚体；将该预聚体在100°C下聚合8?24h后，再在氮气的保护下，以I?10°C /min的升温速率升温至600?1000°C炭化，最后自然降温至室温，即得硫功能化碳泡沫；经测定，所得硫功能化碳泡沫的孔径分布在2?5nm之间，比表面积500m2/g以上； 以上原料均为市售试剂级产品，其中上述表面活性剂选用聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物为Sigma-Aldrich公司生产，商品名称F127，平均分子量为12600。
【文档编号】C02F1/28GK103599747SQ201310446617
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】刘明贤, 甘礼华 申请人:同济大学