專利名稱：一種聚氨酯發(fā)泡制備蜂窩活性炭的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種活性炭的制備方法。
背景技術(shù)：
活性炭作為一種歷史悠久的吸附劑普遍應(yīng)用，活性炭目前的主要產(chǎn)品是粉末炭， 而粉末活性炭因其使用壽命短、不易回收、有粉塵污染等因素限制了其使用范圍，尋找適宜的活性炭成型方法成了近些年科學(xué)家研究的熱點(diǎn)。由有機(jī)異氰酸酯和多元醇化合物加入各種助劑(催化劑、穩(wěn)定劑、發(fā)泡劑等)經(jīng)聚合發(fā)泡而成的聚氨酯泡沫塑料作為一種合成材料，具有密度小、比強(qiáng)度高、絕熱隔音、防震新能耗、耐燃、耐熱以及成型工藝簡單等特點(diǎn)，并可根據(jù)需要，通過改變配方，可獲得不同密度、不同軟硬度的合成材料。將聚氨酯與活性炭結(jié)合制備材料的研究在國外專利中均可見。1979年美國密西根大學(xué)的Vinton等用糠醇溶液浸漬作為網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)的聚氨酯樹脂，然后將多余糠醇溶液擠出，置于高壓反應(yīng)釜中，于 6h內(nèi)升至150°C，在150°C維持他使糠醇樹脂化，經(jīng)冷卻后將其置于密封的鋼制罐中炭化 (6h內(nèi)升至1000°C )制得了網(wǎng)狀的炭結(jié)構(gòu)，但是該方法對設(shè)備的要求較高，無法大規(guī)模的進(jìn)行生產(chǎn)。1998年美國開立公司的Oehler等利用一種熱塑性的膠黏劑浸漬開孔聚氨酯泡沫基體形成一種膠粘層，待泡沫膨脹后加入一定量的活性炭粒子進(jìn)入膨脹的孔中，室溫下空氣干燥該浸漬和負(fù)載的泡沫以揮發(fā)發(fā)泡溶液并使泡沫體收縮成原始大小，利用泡沫的膨脹和收縮使活性炭與泡沫體的結(jié)合增強(qiáng)，但這種做法活性炭的添加空間是相當(dāng)有限的，最多只能添滿聚氨酯本身固有的孔隙，不能達(dá)到明顯的吸附效果，且現(xiàn)有活性炭因形狀局限導(dǎo)致的應(yīng)用領(lǐng)域受限。M. Yates等采用比表面積最高為1354m2/g的原料炭在500°C下制得的蜂窩裝活性炭比表面積僅622m2/g，比表面積下降了一半以上，原料炭的有效利用率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有活性炭因形狀局限導(dǎo)致的應(yīng)用領(lǐng)域受限、利用率低的問題， 而提供了一種聚氨酯發(fā)泡制備蜂窩活性炭的方法。本發(fā)明方法可制成任意形狀的蜂窩活性炭。本發(fā)明蜂窩活性炭的制備方法按照以下步驟進(jìn)行一、按照重量份數(shù)比稱取5 6份的聚醚、0. 1 0. 2份的硬泡硅油、0. 08 0. 09份的水、0. 005 0. 009份的五甲基二乙烯三胺、3. 5 4. 5份的二氯一氟乙烷、0. 12 0. 2份的環(huán)乙胺、0. M 0. 3份的濃度為 4. 5 5. 5g/L的油酸鈉溶液、10 11份的顆粒大小為8 12目的椰殼炭和9. 5 11份的異氰酸酯；二、將步驟一稱取的聚醚、硬泡硅油、水、五甲基二乙烯三胺、二氯一氟乙烷和環(huán)乙胺在模具中混合均勻得到混合物A ；三、向混合物A中加入步驟一稱取的油酸鈉溶液混合均勻得到混合物B ；四、向混合物B中加入步驟一稱取的椰殼炭，在轉(zhuǎn)速為500 600r/ min的條件下攪拌0. 5 1. 5min得到混合物C ；五、向混合物C中加入步驟一稱取的異氰酸酯，在轉(zhuǎn)速為800 1200r/min的條件下攪拌40 50s，然后在室溫條件下熱化22 2 脫模即得到聚氨酯成型體；六、聚氨酯成型體在250 350°C條件下熱處理0. 8 1. 2h，即得到蜂窩活性炭。
本發(fā)明以聚醚、硬泡硅油、水、五甲基二乙烯三胺、二氯一氟乙烷、環(huán)乙胺、油酸鈉溶液和椰殼炭為原料，在聚氨酯泡沫成型過程中加入一定量的椰殼炭形成聚氨酯成型體， 再經(jīng)熱處理制得最終的活性炭成型體。本發(fā)明的方法條件溫和，對設(shè)備的要求低，通過對本發(fā)明的蜂窩活性炭的掃描電鏡形貌圖的分析可知，本發(fā)明的蜂窩活性炭中聚氨酯的存在不僅給基體顆粒炭提供了作為成型炭的骨架，還利用了聚氨酯固有的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)給基體中的顆粒炭提供了進(jìn)入其中的通道，從聚氨酯與活性炭接觸面可看出聚氨酯的存在并沒有明顯影響到活性炭的孔隙，而且聚氨酯的大孔可以成為污染物接觸進(jìn)入AC的通道，從而達(dá)到吸附的效果，本發(fā)明方法制備得到的活性炭吸附效果好，提高了活性炭的利用率，與現(xiàn)有方法制備的活性炭相比，本發(fā)明的蜂窩活性炭在使用時(shí)原料炭的添加量可達(dá)40%以上，提高了其有效利用率。并且本發(fā)明所制蜂窩成型活性炭可以不受空間限制，根據(jù)各種應(yīng)用要求制成任意形狀。


圖1為具體實(shí)施方式
二十九制備得到的蜂窩活性炭中活性炭的掃描電鏡圖；圖2 為具體實(shí)施方式
二十九制備得到的蜂窩活性炭中聚氨酯的掃描電鏡圖；圖3為具體實(shí)施方式
二十九制備得到的蜂窩活性炭中活性炭與炭化的聚氨酯結(jié)合界面的掃描電鏡；圖4為具體實(shí)施方式
三十五制備得到的蜂窩活性炭中活性炭的掃描電鏡圖；圖5為具體實(shí)施方式
三十五制備得到的蜂窩活性炭中聚氨酯的掃描電鏡圖；圖6為具體實(shí)施方式
三十五制備得到的蜂窩活性炭中活性炭與炭化的聚氨酯結(jié)合界面的掃描電鏡圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
間的任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式蜂窩活性炭的制備方法按照以下步驟進(jìn)行一、按照重量份數(shù)比稱取5 6份的聚醚、0. 1 0. 2份的硬泡硅油、0. 08 0. 09份的水、0. 005 0. 009份的五甲基二乙烯三胺、3. 5 4. 5份的二氯一氟乙烷、0. 12 0. 2份的環(huán)乙胺、 0. M 0. 3份的濃度為4. 5 5. 5g/L的油酸鈉溶液、10 11份的顆粒大小為8 12目的椰殼炭和9. 5 11份的異氰酸酯；二、將步驟一稱取的聚醚、硬泡硅油、水、五甲基二乙烯三胺、二氯一氟乙烷和環(huán)乙胺在模具中混合均勻得到混合物A ；三、向混合物A中加入步驟一稱取的油酸鈉溶液混合均勻得到混合物B ；四、向混合物B中加入步驟一稱取的椰殼炭， 在轉(zhuǎn)速為500 600r/min的條件下攪拌0. 5 1. 5min得到混合物C ’五、向混合物C中加入步驟一稱取的異氰酸酯，在轉(zhuǎn)速為800 1200r/min的條件下攪拌40 50s，然后在室溫條件下熱化22 2 脫模即得到聚氨酯成型體；六、聚氨酯成型體在250 350°C條件下熱處理0. 8 1. 2h，即得到蜂窩活性炭。本實(shí)施方式步驟一中聚醚可從市場上購買得到。本實(shí)施方式步驟四中椰殼炭作為填料加入到混合物A后迅速混合均勻。本實(shí)施方式步驟五中攪拌40 50s使混合物發(fā)泡。本實(shí)施方式步驟六中是在馬弗爐中進(jìn)行熱處理。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中按照重量份數(shù)比稱取5. 2 5. 8份的聚醚、0. 12 0. 18份的硬泡硅油、0. 082 0. 088份的水、0. 006 0. 008份的五甲基二乙烯三胺、3. 8 4. 2份的二氯一氟乙烷、0. 14 0. 18份的環(huán)乙胺、 0. 26 0. 28份的濃度為4. 8 5. 2g/L的油酸鈉溶液、10. 2 10. 8份的顆粒大小為9 11目的椰殼炭和9. 8 10. 5份的異氰酸酯。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中按照重量份數(shù)比稱取5. 6份的聚醚、0. 16份的硬泡硅油、0. 088份的水、0. 007份的五甲基二乙烯三胺、4 份的二氯一氟乙烷、0. 16份的環(huán)乙胺、濃度為5g/L的0. 27份的油酸鈉溶液、10. 5份的顆粒大小為10目的椰殼炭和10. 78份的異氰酸酯。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中按照重量份數(shù)比稱取5. 8份的聚醚、0. 12份的硬泡硅油、0. 085份的水、0. 006份的五甲基二乙烯三胺、
3.8份的二氯一氟乙烷、0. 18份的環(huán)乙胺、0. 28份的濃度為4. 8g/L的油酸鈉溶液、10. 8份的顆粒大小為11目的椰殼炭和10. 5份的異氰酸酯。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中按照重量份數(shù)比稱取5. 2份的聚醚、0. 18份的硬泡硅油、0. 082份的水、0. 008份的五甲基二乙烯三胺、
4.2份的二氯一氟乙烷、0. 14份的環(huán)乙胺、0. 26份的濃度為5. 2g/L的油酸鈉溶液、10. 2份的顆粒大小為9目的椰殼炭和9. 8份的異氰酸酯。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至五不同的是步驟四中在轉(zhuǎn)速為520 580r/min的條件下攪拌0. 8 1. aiiin。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至五相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至五不同的是步驟四中在轉(zhuǎn)速為550r/min的條件下攪拌lmin。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至五相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至五不同的是步驟四中在轉(zhuǎn)速為580r/min的條件下攪拌0. 8min。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至五相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至五不同的是步驟四中在轉(zhuǎn)速為520r/min的條件下攪拌1. aiiin。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至五相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至九不同的是步驟五中在轉(zhuǎn)速為900 llOOr/min的條件下攪拌42 48s。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至九相同。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至九不同的是步驟五中在轉(zhuǎn)速為lOOOr/min的條件下攪拌45s。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至九相同。
具體實(shí)施方式
十二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至九不同的是步驟五中在轉(zhuǎn)速為900r/min的條件下攪拌48s。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至九相同。
具體實(shí)施方式
十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至九不同的是步驟五中在轉(zhuǎn)速為llOOr/min的條件下攪拌44s。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至九相同。
具體實(shí)施方式
十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至十三不同的是步驟五中熱化23 25h。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至十三相同。
具體實(shí)施方式
十五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至十三不同的是步驟五中熱化Mh。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至十三相同。
具體實(shí)施方式
十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至十三不同的是步驟五中熱化23h。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至十三相同。
具體實(shí)施方式
十七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至十三不同的是步驟五中熱化25h。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至十三相同。
具體實(shí)施方式
十八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至十七不同的是步驟六中成型體在270 320°C條件下熱處理0. 9 1. lh。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至十七相同。
具體實(shí)施方式
十九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至十七不同的是步驟六中成型體在250°C條件下熱處理1. lh。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至十七相同。
具體實(shí)施方式
二十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至十七不同的是步驟六中成型體在275°C條件下熱處理0. 9h。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至十七相同。
具體實(shí)施方式
二十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至十七不同的是步驟六中成型體在300°C條件下熱處理1.池。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至十七相同。
具體實(shí)施方式
二十二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至十七不同的是步驟六中成型體在325°C條件下熱處理OH其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至十七相同。
具體實(shí)施方式
二十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至十七不同的是步驟六中成型體在350°C條件下熱處理lh。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至十七相同。
具體實(shí)施方式
二十四本實(shí)施方式蜂窩活性炭的制備方法按照以下步驟進(jìn)行 一、按照重量份數(shù)比稱取5. 6份的聚醚、0. 16份的硬泡硅油、0. 088份的水、0. 007份的五甲基二乙烯三胺、4份的二氯一氟乙烷、0. 16份的環(huán)乙胺、0. 27份的濃度為5g/L的油酸鈉溶液、10. 5份的顆粒大小為10目的椰殼炭和10. 78份的異氰酸酯；二、將步驟一稱取的聚醚、 硬泡硅油、水、五甲基二乙烯三胺、二氯一氟乙烷和環(huán)乙胺在模具中混合均勻得到混合物A ； 三、向混合物A中加入步驟一稱取的油酸鈉溶液混合均勻得到混合物B ；四、向混合物B中加入步驟一稱取的椰殼炭，在轉(zhuǎn)速為550r/min的條件下攪拌Imin得到混合物C ；五、向混合物C中加入步驟一稱取的異氰酸酯，在轉(zhuǎn)速為lOOOr/min的條件下攪拌45s，然后在室溫條件下熱化24h脫模即得到聚氨酯成型體；六、聚氨酯成型體在250 350°C條件下熱處理 lh，即得到蜂窩活性炭。
具體實(shí)施方式
二十五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二十四不同的是步驟六中成型體在250°C條件下熱處理。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
二十四相同。
具體實(shí)施方式
二十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二十四不同的是步驟六中成型體在275°C條件下熱處理。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
二十四相同。
具體實(shí)施方式
二十七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二十四不同的是步驟六中成型體在300°C條件下熱處理。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
二十四相同。
具體實(shí)施方式
二十八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二十四不同的是步驟六中成型體在325°C條件下熱處理。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
二十四相同。
具體實(shí)施方式
二十九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二十四不同的是步驟六中成型體在350°C條件下熱處理。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
二十四相同。本實(shí)施方式蜂窩活性炭中活性炭的掃描電鏡圖如圖1所示；本實(shí)施方式蜂窩活性炭中聚氨酯的掃描電鏡圖如圖2所示；本實(shí)施方式蜂窩活性炭中活性炭與炭化的聚氨酯結(jié)合界面的掃描電鏡如圖3所示；從圖1、圖2、圖3可以看出，本實(shí)施方式的蜂窩活性炭中聚氨酯的存在不僅給基體顆粒炭提供了作為成型炭的骨架，而且因其固有的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)給基體中的顆粒炭提供了進(jìn)入其中的通道，從聚氨酯與活性炭接觸面可看出聚氨酯的存在并沒有明顯影響到活性炭的孔隙，而且聚氨酯的大孔可以成為污染物接觸進(jìn)入AC的通道，從而達(dá)到吸附的效果，本實(shí)施方式制備得到的活性炭吸附效果好，提高了活性炭的利用率，與現(xiàn)有方法制備的活性炭相比，本發(fā)明的蜂窩活性炭在使用時(shí)原料炭的添加量可達(dá)40%以上，提高了其有效利用率。
具體實(shí)施方式
二十五制備得到的蜂窩活性炭具體實(shí)施方式
二十六制備得到的蜂窩活性炭具體實(shí)施方式
二十七制備得到的蜂窩活性炭具體實(shí)施方式
二十八制備得到的蜂窩活性炭和具體實(shí)施方式
二十九制備得到的蜂窩活性炭進(jìn)行孔容孔徑性能檢測，檢測結(jié)果如表1所示。表 權(quán)利要求
1.一種聚氨酯發(fā)泡制備蜂窩活性炭的方法，其特征在于蜂窩活性炭的制備方法按照以下步驟進(jìn)行一、按照重量份數(shù)比稱取5 6份的聚醚、0. 1 0. 2份的硬泡硅油、0. 08 0. 09份的水、0. 005 0. 009份的五甲基二乙烯三胺、3. 5 4. 5份的二氯一氟乙烷、0. 12 0. 2份的環(huán)乙胺、0. M 0. 3份的濃度為4. 5 5. 5g/L的油酸鈉溶液、10 11份的顆粒大小為8 12目的椰殼炭和9. 5 11份的異氰酸酯；二、將步驟一稱取的聚醚、硬泡硅油、水、五甲基二乙烯三胺、二氯一氟乙烷和環(huán)乙胺在模具中混合均勻得到混合物A ；三、向混合物A中加入步驟一稱取的油酸鈉溶液混合均勻得到混合物B ；四、向混合物B中加入步驟一稱取的椰殼炭，在轉(zhuǎn)速為500 600r/min的條件下攪拌0. 5 1. 5min得到混合物C ； 五、向混合物C中加入步驟一稱取的異氰酸酯，在轉(zhuǎn)速為800 1200r/min的條件下攪拌 40 50s，然后在室溫條件下熱化22 2 !脫模即得到聚氨酯成型體；六、聚氨酯成型體在 250 350°C條件下熱處理0. 8 1. 2h，即得到蜂窩活性炭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚氨酯發(fā)泡制備蜂窩活性炭的方法，其特征在于步驟一中按照重量份數(shù)比稱取5. 2 5. 8份的聚醚、0. 12 0. 18份的硬泡硅油、0. 082 0. 088份的水、0. 006 0. 008份的五甲基二乙烯三胺、3. 8 4. 2份的二氯一氟乙烷、0. 14 0. 18 份的環(huán)乙胺、0. 26 0. 28份的濃度為4. 8 5. 2g/L的油酸鈉溶液、10. 2 10. 8份的顆粒大小為9 11目的椰殼炭和9. 8 10. 5份的異氰酸酯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種聚氨酯發(fā)泡制備蜂窩活性炭的方法，其特征在于步驟四中在轉(zhuǎn)速為520 580r/min的條件下攪拌0. 8 1. anin。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種聚氨酯發(fā)泡制備蜂窩活性炭的方法，其特征在于步驟五中在轉(zhuǎn)速為900 1100r/min的條件下攪拌42 48s。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的一種聚氨酯發(fā)泡制備蜂窩活性炭的方法，其特征在于步驟五中熱化23 25h。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種聚氨酯發(fā)泡制備蜂窩活性炭的方法，其特征在于步驟六中成型體在270 320°C條件下熱處理0. 9 1. lh。
全文摘要
一種聚氨酯發(fā)泡制備蜂窩活性炭的方法，它涉及一種活性炭的制備方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有活性炭因形狀局限導(dǎo)致的應(yīng)用領(lǐng)域受限、利用率低的問題。方法一、稱取原料；二、制備混合物A；三、制備混合物B；四、制備混合物C；五、制備聚氨酯成型體；六、聚氨酯成型體進(jìn)行熱處理即得到蜂窩活性炭。本發(fā)明的方法制備得到的活性炭吸附效果好，利用率高，并可制成任意形狀，更有利于拓寬活性炭的應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B01J20/20GK102180464SQ200910310230
公開日2011年9月14日 申請日期2009年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月23日
發(fā)明者劉守新, 陳華 申請人:東北林業(yè)大學(xué)