專利名稱：一種載氧化鋅活性炭的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種載氧化鋅活性炭的制備方法，屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域。二背景技術(shù)：
氧化鋅作為一種寬禁帶半導(dǎo)體，除了可以廣泛應(yīng)用于橡膠添加劑、氣 體傳感器、紫外線遮蔽材料、變壓器和多種光學(xué)裝置外，還具有脫硫、殺菌、光催化等性 能，這將使其在環(huán)境污染治理方面發(fā)揮重要的作用。例如在太陽光的照射下，它能分解有 機(jī)物，并有抗菌和除臭作用，這一光催化性質(zhì)已被廣泛應(yīng)用于纖維、化妝品、陶瓷、環(huán)境 工程、玻璃和建材等工業(yè)中，在光催化降解偶氮類染料方面，O.Seven等在《Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry》2004年第165期報(bào)道氧化鋅光催化效果甚 至強(qiáng)于二氧化鈦。但是單一的氧化鋅塊體或球體表面的吸附性能差、材料比表面積小，存在著嚴(yán)重的光 腐蝕，需要較長時(shí)間才能達(dá)到污染物完全降解。將氧化鋅與適宜吸附能力的載體復(fù)合，通 過他們的接觸界面使目標(biāo)分子由吸附位向活性位遷移并被降解，吸附作用可持續(xù)保持界面 分子的過剩富集，從而提高催化降解效率。活性炭因具有巨大的比表面積和強(qiáng)大的吸附性 能，對反應(yīng)物種和反應(yīng)產(chǎn)物的特殊吸附及脫附性能，具有特殊的孔腔空間立體選擇性，采 用活性炭作為氧化鋅載體，是提高氧化鋅利用率的有效途徑之一?，F(xiàn)有的載氧化鋅活性炭材料的制備方法的報(bào)道如下。王勇等人(公告號CN1235679C) 公開了使用酚醛樹脂40—100份、光催化劑(二氧化鈦或氧化鋅等)10—50份、活化劑20 一100份，通過配料、碳化和活化工序制備出光催化劑一酚醛樹脂基活性炭復(fù)合材料。但 該發(fā)明使用氫氧化鉀、氯化鋅和磷酸為活化劑，產(chǎn)品的洗滌液中含有大量的化學(xué)物質(zhì)，污 染環(huán)境，未見工業(yè)化報(bào)道，另外使用的光催化劑也價(jià)格昂貴。Osamu Yamamoto等在《carbon》 2001年39期報(bào)道先使用樹脂和[Zn(NH3)4f+溶液充分混合24h，然后通過不同的溫度煅燒， 得到具有殺菌功能的載氧化鋅多孔炭復(fù)合材料。但此種方法耗時(shí)長、成本高、生產(chǎn)規(guī)模有 限。隨后馮飛月在《功能材料》2006年37巻第9期提出先把硝酸鋅形成微乳液，然后把活 性炭和氫氧化鈉與之充分混合，產(chǎn)物抽濾，洗滌干燥后在600。C下煅燒1小時(shí)得到載氧化鋅 活性炭復(fù)合材料。但試驗(yàn)中使用分析純試劑，成本高，工藝復(fù)雜，產(chǎn)物抽濾后產(chǎn)生的堿性 廢水污染環(huán)境。最近N. Sobana等在《Solar Energy Materials & Solar Cells》2007年第91期報(bào) 道不同比例的分析純氧化鋅和優(yōu)質(zhì)活性炭在水溶液中混合，攪拌3h，然后過濾，風(fēng)干至室 溫，得到不同比例的載氧化鋅活性炭材料，其中活性炭和氧化鋅質(zhì)量比為9: l時(shí)具有較好的光催化性能，但該方法使用分析純的氧化鋅和優(yōu)質(zhì)的活性炭為原料，成本高，剩余的水 溶液產(chǎn)生二次污染，采用機(jī)械攪拌混合法，氧化鋅與活性炭結(jié)合不牢固，易于從活性炭上 滑落。綜上所述，公知的載氧化鋅活性炭材料的制備方法均以分析純氧化鋅或其前驅(qū)體和活 性炭為原料，通過機(jī)械攪拌或氧化鋅前驅(qū)體分解制得，此類方法中均沒有涉及控制氧化鋅 晶粒的生長方法，如任由氧化鋅生長，造成氧化鋅晶粒團(tuán)聚，堵塞活性炭載體的孔道，減 少制備材料的比表面積，不利于目標(biāo)分子由吸附位向活性位遷移，從而降低降解速率。另 一方面，如何采用簡單工藝制備載氧化鋅活性炭材料是目前光催化材料實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的 關(guān)鍵問題，因此本發(fā)明提出的一種載氧化鋅活性炭材料的制備方法具有重要的科學(xué)和實(shí)用 價(jià)值。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種載氧化鋅活性炭的制備方法，以載醋酸鋅的 廢活性炭為原料，通過改變不同的加熱速率、保溫時(shí)間和合成氣氛，控制載體活性炭孔徑 結(jié)構(gòu)和醋酸鋅分解速率來實(shí)現(xiàn)氧化鋅形態(tài)及晶粒大小的控制。實(shí)現(xiàn)載氧化鋅活性炭的生 成。本發(fā)明按以下步驟完成(1) 以載醋酸鋅廢活性炭為原料,置于加熱爐中并升溫，溫度在0 20(TC時(shí)段，控制升 溫速率為40~50'C/min，實(shí)現(xiàn)快速升溫，待溫度上升到20(TC時(shí)保溫5 10min，本溫度區(qū)間 為水分揮發(fā)階段，水蒸氣由內(nèi)向外急劇壓出，使堵塞物松散；(2) 200 45(TC時(shí)段,為醋酸鋅分解階段，控制升溫速率5~8°C/miti，同時(shí)按每千克原 料通入流量為10 15cm"min水蒸氣，實(shí)現(xiàn)醋酸鋅緩慢分解，為防止氧化鋅晶粒團(tuán)聚和晶粒 長大，利于生成小晶粒氧化鋅，待溫度上升到45(TC時(shí)保溫10 15min;(3) 450 85(TC時(shí)段,為殘留有機(jī)物分解及被包裹醋酸鋅的分解階段，溫度為450-700 'C時(shí)，控制升溫速率30~40°C/min，同時(shí)按每千克原料通入流量為100 200ml/min氮?dú)猓?沖散分解產(chǎn)物，防止C與C02反應(yīng)，減少活性炭燒損。待溫度上升到700'C時(shí)保溫2一min， 繼續(xù)升高溫度到700 85(TC時(shí)，降低升溫速率到5~8'C/min，同時(shí)按每千克原料比例通入流 量為6 15cm3/min水蒸氣，溫度到達(dá)800 85(TC時(shí)保溫5 15min，使被包裹的醋酸鋅緩慢 分解，同時(shí)水蒸氣起到造孔作用，產(chǎn)生更多的微孔，使氧化鋅均勻分布在為微孔之中，對 氧化鋅起到分散作用；(4) 停止加熱后冷卻，水洗至PH值為6.5~7.5,在110-115。C溫度下干燥至水分含量 在5wtn/。以下,得到氧化鋅分布均勻，吸附性能強(qiáng)的載氧化鋅活性炭材料。原料中負(fù)載的醋酸鋅在37(TC時(shí)開始分解為氧化鋅，此外水蒸氣可作為活化劑造孔，可以使負(fù)載氧化鋅的活性炭載體具有高比表面積和強(qiáng)吸附性能。與公知技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)及積極效果通過改變不同的加熱速率、保溫時(shí)間和合成氣氛， 控制載體活性炭孔徑結(jié)構(gòu)和醋酸鋅分解速率來實(shí)現(xiàn)氧化鋅形態(tài)及晶粒大小的控制；氧化鋅 均勻分布在活性炭之中，且與活性炭結(jié)合緊密，減少了其他制備方法中氧化鋅或其前驅(qū)體 與活性炭的混合工序，簡化工藝；不使用有機(jī)分散劑、酸性或堿性溶液，從源頭上杜絕了 二次污染;以載醋酸鋅廢活性炭為原料變廢為利。四

圖1是實(shí)施例1制備的載氧化鋅活性炭材料的XRD譜圖,圖2是實(shí)施 例1制備的載氧化鋅活性炭材料的SEM圖，圖3實(shí)施例2制備的載氧化鋅活性炭材料的 XRD譜圖，圖4實(shí)施例2制備的載氧化鋅活性炭材料的SEM圖。五具體實(shí)施例方式實(shí)施例l:首先稱取50g載醋酸鋅的廢活性炭，投入管式爐裝置中，0 200'C時(shí)控 制升溫速率為40°C/min，實(shí)現(xiàn)快速升溫，待溫度上升到200'C時(shí)保溫5min，然后降低升溫 速率為5'C/min，同時(shí)通入流量為0.6cm3/min水蒸氣，待溫度上升到450。C時(shí)保溫10min， 繼續(xù)升溫到從450-700"C時(shí)，控制升溫速率30°C/min,快速升溫，同時(shí)通入流量為5ml/min 氮?dú)?，待溫度上升?00。C時(shí)保溫2min，然后降低升溫速率到5'C/min,同時(shí)通入流量為 0.5cm"min水蒸氣，待溫度到達(dá)800'C時(shí)保溫6min，然后冷卻，水洗至PH值為6.8，干燥 后得到產(chǎn)物的XRD和SEM分析見附圖2~3。分析表明所得材料中出現(xiàn)了明顯的氧化鋅衍 射峰，發(fā)現(xiàn)圖中的各個(gè)衍射峰與典型的氧化鋅晶體峰一致，證明所得材料中的氧化鋅為六 方晶系的纖鋅礦結(jié)構(gòu)。(002)特征峰都在34.5°附近。衍射峰比較尖銳且清晰，說明此時(shí) 晶體其結(jié)晶性能較好，晶格較完整。由謝樂公式計(jì)算得到氧化鋅晶粒大小為24imi， SEM 圖中看出，氧化鋅晶粒較小，并且均勻分布在活性炭孔道之中。實(shí)施例2:稱取3000g載醋酸鋅的廢活性炭，投入回轉(zhuǎn)窯裝置中，0 200'C時(shí)，控制 升溫速率為45°C/min，實(shí)現(xiàn)快速升溫，待溫度上升到200°C時(shí)保溫7min，然后降低升溫速 率為8。C/min，同時(shí)通入流量為30cm"min水蒸氣，待溫度上升到450'C時(shí)保溫13min，繼 續(xù)升溫到從45(K70(TC時(shí)，控制升溫速率35'C/min，快速升溫，同時(shí)通入流量為350ml/min 氮?dú)?，待溫度上升?0(TC時(shí)保溫5min，然后降低升溫速率到6匸/min，同時(shí)通入流量為 20cm"min水蒸氣，待溫度到達(dá)850'C時(shí)保溫10min，然后冷卻，水洗至PH值為7.0，干燥 后得到產(chǎn)物的XRD和SEM圖見附圖4~5。分析表明材料中出現(xiàn)了明顯的氧化鋅衍射峰， 發(fā)現(xiàn)圖中的各個(gè)衍射峰與典型六方晶系的纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化鋅晶體峰一致，由謝樂公式計(jì) 算得到氧化鋅晶粒大小為26nm， SEM圖中看出，氧化鋅晶粒較小，分布均勻，沒有堵塞 活性炭孔道。
權(quán)利要求
1、一種載氧化鋅活性炭的制備方法，其特征在于按以下步驟完成(1)以載醋酸鋅廢活性炭為原料，置于加熱爐中并升溫，溫度在0～200℃時(shí)段，控制升溫速率為40～50℃/min，待溫度上升到200℃時(shí)保溫5～10min；(2)200～450℃時(shí)段，控制升溫速率5～8℃/min，同時(shí)按每千克原料通入流量為10～15cm3/min水蒸氣，待溫度上升到450℃時(shí)保溫10～15min；(3)450～850℃時(shí)段，溫度為450～700℃時(shí)，控制升溫速率30～40℃/min，同時(shí)按每千克原料通入流量為100～200ml/min氮?dú)猓郎囟壬仙?00℃時(shí)保溫2～6min，繼續(xù)升高溫度到700～850℃時(shí)，降低升溫速率到5～8℃/min，同時(shí)按每千克原料比例通入流量為6～15cm3/min水蒸氣，溫度到達(dá)800～850℃時(shí)保溫5～15min；(4)停止加熱后冷卻，水洗至PH值為6.5～7.5，在110-115℃溫度下干燥至水分含量在5wt％以下，得到載氧化鋅活性炭材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種載氧化鋅活性炭的制備方法，以載醋酸鋅的廢活性炭為原料，通過改變不同的加熱速率、保溫時(shí)間和合成氣氛，控制載體活性炭孔徑結(jié)構(gòu)和醋酸鋅分解速率來實(shí)現(xiàn)氧化鋅形態(tài)及晶粒大小的控制。實(shí)現(xiàn)載氧化鋅活性炭的生成。該工藝以固體廢物為原料，成本低，其中醋酸鋅均勻分布在活性炭之中，且與活性炭結(jié)合緊密；不使用有機(jī)分散劑、酸性或堿性溶液，無二次污染，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號B01J23/06GK101214433SQ20081005800
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月4日
發(fā)明者周烈興, 張利波, 張正勇, 張澤彪, 彭金輝, 曲雯雯 申請人:昆明理工大學(xué)