專(zhuān)利名稱(chēng)：：導(dǎo)電聚合物改性活性炭的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料制備方法，特別涉及一種用于工業(yè)污水或染料水凈化處理的導(dǎo)電聚合物改性活性炭的制備方法。
背景技術(shù)：
：活性炭作為一種吸附材料被廣泛的應(yīng)用，它具有較強(qiáng)的吸附性和催化性能，且耐酸堿、耐熱，不溶于水和有機(jī)溶劑，原料充足、易再生，是一種環(huán)境友好型吸附劑?；钚蕴繌V泛用于工業(yè)三廢治理、溶劑回收、食品飲料提純、載體、醫(yī)藥、黃金提取、半導(dǎo)體應(yīng)用、電池和電能貯存等。應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬對(duì)活性炭性能提出了更高的要求，從而進(jìn)一步促進(jìn)了活性炭在原料、制備方法等方面的發(fā)展，也促進(jìn)了不同品種特殊性能活性炭的研究開(kāi)發(fā)。常用的改性方法有表面結(jié)構(gòu)特性、表面化學(xué)性質(zhì)和電化學(xué)性質(zhì)3種。表面結(jié)構(gòu)特性改性主要是從增大比表面積和控制孔徑分布兩方面展開(kāi)，從而增大吸附量；表面化學(xué)性質(zhì)改性主要是通過(guò)氧化還原改變表面含氧酸性、堿性基團(tuán)的相對(duì)含量以及負(fù)載金屬改性，從而改變對(duì)極性、極性較弱或非極性物質(zhì)的吸附能力；電化學(xué)性質(zhì)改性主要是通過(guò)加微電場(chǎng)改變活性炭表面的帶電性和由此而產(chǎn)生的化學(xué)性質(zhì)的變化，從而改變吸附性能。近年來(lái)，很多學(xué)者越來(lái)越重視活性炭表面官能團(tuán)的作用，并進(jìn)行了大量的研究，如用強(qiáng)酸或強(qiáng)堿對(duì)活性炭材料的吸附表面化學(xué)性質(zhì)改性。然而，不管是氧化改性還是還原改性，都只是改變活性炭表面的官能團(tuán)，如果能將具有特殊功能或者具有特殊官能團(tuán)的高分子功能性聚合物引入到活性炭孔道中，將會(huì)得到一種具有高選擇性的吸附材料，這種材料既可以發(fā)揮活性炭的孔結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，還能利用聚合物的特有功能對(duì)廢水中污染物進(jìn)行清除。例如，聚甲基丙烯酸一N，N—二甲氨基乙酷可與某些金屬離子形成穩(wěn)定的鰲合物，從而去除水溶液中的金屬離子。而且與小分子有機(jī)物改性劑相比，一般來(lái)說(shuō)，聚合物改性沒(méi)有毒性，本身比較安全，不會(huì)造成二次污染，而且提供豐富的官能團(tuán)。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，在多孔碳的孔洞內(nèi)直接加入聚合物制備用于吸附的復(fù)合材料己經(jīng)得到很好的研究。這些復(fù)合材料以介孔碳為基體，直接將聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯等聚合物滲入到介孔碳的孔洞中，制得物理混合的復(fù)合材料，并利用這種復(fù)合材料吸附維生素或者水處理等，其不足在于介孔碳本身的制備比較復(fù)雜，不易批量生產(chǎn)。而且聚甲基丙烯酸甲酯是直接滲透進(jìn)入基體，并沒(méi)有與基體有機(jī)結(jié)合成一體，存在穩(wěn)定性較差等問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種用于水處理的導(dǎo)電聚合物改性活性炭的制備方法，使其可成功實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電聚合物原位聚合在活性炭表面，并且得到具有較大的比表面積的導(dǎo)電聚合物改性活性炭，同時(shí)，這種材料仍具有之前導(dǎo)電聚合物的功能性。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的導(dǎo)電聚合物改性活性炭的制備方法(1)采用超聲聚合法制備第一步，將活性炭分散于酸性溶液，進(jìn)行超聲分散；第二步，加入導(dǎo)電聚合物單體，繼續(xù)分散，使其均勻分散粘附在活性炭表面；第三步，用滴液漏斗加入引發(fā)劑溶液，在超聲波振動(dòng)下反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后用蒸餾水清洗抽慮產(chǎn)物、干燥，得到導(dǎo)電聚合物改性活性炭；(2)采用固相合成法制備第一步，將活性炭和導(dǎo)電聚合物單體置于球磨機(jī)或研缽中，充分研磨混合；第二步，加入引發(fā)劑，繼續(xù)研磨，使反應(yīng)充分進(jìn)行；第三步，研磨產(chǎn)物在室溫條件下靜置，用蒸餾水清洗抽慮產(chǎn)物、干燥，得到導(dǎo)電聚合物改性活性炭。所述的導(dǎo)電聚合物改性活性炭的制備方法，引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀、三氯化鐵，濃度為2mol/L。所述的導(dǎo)電聚合物改性活性炭的制備方法，活性炭與導(dǎo)電聚合物質(zhì)量比為5:1~5:5，其中最佳配比為5:1，導(dǎo)電聚合物單體與引發(fā)劑摩爾比為l:1~3:1，其中最佳配比為l:1。所述的導(dǎo)電聚合物改性活性炭的制備方法，導(dǎo)電聚合物單體為苯胺、吡咯、對(duì)苯二胺、間苯二胺、鄰苯二胺、吲哚；單體濃度為0.1g/L~5g/L，最佳范圍lg/L~20g/L，最佳為10g/L。所述的導(dǎo)電聚合物改性活性炭的制備方法，超聲聚合法的酸性溶液為硫酸、鹽酸、磷酸、硝酸類(lèi)無(wú)機(jī)酸或甲酸、乙酸、草酸、對(duì)甲苯磺酸和樟腦酸的有機(jī)酸，其濃度范圍在0.1mol/L~2mol/L，最佳范圍為0.5mol/L~lmol/L，最佳為lmol/L。所述的導(dǎo)電聚合物改性活性炭的制備方法，超聲聚合法的活性炭在酸性溶液超聲分散0.5小時(shí)~3小時(shí)，最佳范圍0.5小時(shí)~1小時(shí)，最佳為0.5小時(shí)，加入苯胺繼續(xù)超聲分散0.5小時(shí)~3小時(shí)，最佳范圍0.5小時(shí)~1小時(shí)，最佳為0.5小時(shí)。所述的導(dǎo)電聚合物改性活性炭的制備方法，超聲聚合法的反應(yīng)物充分分散后，繼續(xù)超聲波振動(dòng)反應(yīng)15小時(shí)反應(yīng)完成，最佳范圍13小時(shí)，最佳2小時(shí)。所述的導(dǎo)電聚合物改性活性炭的制備方法，固相合成法的反應(yīng)物充分研磨反應(yīng)15小時(shí)反應(yīng)完成，最佳范圍13小時(shí)，最佳2小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物室溫靜置624小時(shí)，最佳范圍615小時(shí)，最佳12小時(shí)。所述的導(dǎo)電聚合物改性活性炭的制備方法，所述得到的活性炭為煙氣脫硫活性炭、氣體凈化活性炭、水處理用活性炭、溶劑回收用活性炭、汽車(chē)用活性炭或氣體分離用活性炭。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是本發(fā)明利用活性炭的豐富孔道，將導(dǎo)電聚合物單體原位聚合在活性炭的表面和孔洞內(nèi)部，從而得到兼具聚苯胺導(dǎo)電性?xún)?yōu)點(diǎn)和活性炭多孔性?xún)?yōu)點(diǎn)的活性炭/導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料。利用本發(fā)明方法，可得到具有導(dǎo)電聚合物功能化的活性炭材料。與制備過(guò)程復(fù)雜的介孔碳材料相比，活性炭材料作為基體制備過(guò)程簡(jiǎn)單且產(chǎn)量豐富，有利于此類(lèi)材料的大量應(yīng)用。制備得到的活性炭/導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料不是聚合物和活性炭?jī)烧叩暮?jiǎn)單物理混合，而是將聚合物單體原位聚合在經(jīng)過(guò)改性的活性炭的孔洞中，有效地解決了復(fù)合材料的穩(wěn)定性問(wèn)題。同時(shí)，復(fù)合材料保持了來(lái)源于活性碳高比表面的物理吸附，更為重要的是聚苯胺的帶電性可以有效的吸附帶負(fù)電的染料，從而達(dá)到污水處理的目的，為材料的吸附提供化學(xué)吸附，在物理吸附和化學(xué)吸附兩種作用的協(xié)同作用下，可以提高復(fù)合材料的吸附性能。具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明制備的導(dǎo)電聚合物改性活性炭，通過(guò)物理吸附與化學(xué)吸附的協(xié)同作用，可用于有機(jī)物或重金屬污染的廢水處理，也可用于水處理裝置的水芯材料本發(fā)明從活性炭的吸附作用與導(dǎo)電聚合物的帶電性方面考慮，將兩者進(jìn)行復(fù)合形成復(fù)合材料用于水中有機(jī)染料和重金屬離子的吸附。聚苯胺帶正電性，將其吸附在活性炭上，可以有效的吸附帶負(fù)電的染料，從而達(dá)到污水處理的目的。本發(fā)明各原料的配比和反應(yīng)條件是經(jīng)過(guò)發(fā)明人進(jìn)行大量的摸索和試驗(yàn)總結(jié)得出的，各原料在下述條件范圍內(nèi)都具有較好的效果。實(shí)例一活性炭/聚苯胺復(fù)合材料吸附甲基橙稱(chēng)取5g中孔活性炭，加入lmo1/1鹽酸溶液100ml，進(jìn)行超聲波振動(dòng)半小時(shí)。再加入lg苯胺，繼續(xù)振動(dòng)半小時(shí)。配制2mo1/1的過(guò)硫酸銨溶液。用滴液漏斗緩慢加入與苯胺摩爾比為1:1的過(guò)硫酸銨溶液。加入完畢后繼續(xù)在超聲波振動(dòng)中反應(yīng)2小時(shí)。將所得產(chǎn)品清洗干凈并將其烘干。稱(chēng)取0.5g所得產(chǎn)品，將其加入到50ml的12mg/l的甲基橙溶液中，在磁力攪拌器的攪拌作用下，每隔20分鐘取樣，在721分光光度計(jì)上測(cè)量溶液中甲基橙的吸光度，其吸光度大小代表了甲基橙在溶液中的含量，計(jì)算溶液中甲基橙的濃度。共測(cè)量8組。所得數(shù)據(jù)如下:表l改性活性炭在12mg/l甲基橙溶液中的吸附數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以知道，改性材料對(duì)甲基橙的吸附效果明顯優(yōu)于活性炭。通過(guò)吸附曲線(xiàn)可以知道，活性炭的吸附速率常數(shù)是0.0269，160分鐘脫色率95.3%，而活性炭/聚苯胺復(fù)合材料的吸附速率常數(shù)是0.0549，160分鐘脫色率99.6%明顯優(yōu)于活性炭。實(shí)例二活性炭/聚苯胺復(fù)合材料吸附孔雀石綠孔雀石綠的高毒性導(dǎo)致其在廢水處理中很難被微生物降解?？兹甘G是一種帶有金屬光澤的綠色結(jié)晶體，屬三苯甲垸類(lèi)染料，是一種合成三芳基甲垸工業(yè)染料，過(guò)去常被用于制陶業(yè)紡織業(yè)、皮革業(yè)、食品顏色劑和細(xì)胞化學(xué)染色劑。本發(fā)明利用不同質(zhì)量比的聚苯胺改性活性炭對(duì)孔雀石綠的吸附性能進(jìn)行對(duì)比，從而得改性活性炭對(duì)工業(yè)染料污水的處理性能。實(shí)施辦法稱(chēng)取lmo1/1鹽酸溶液100ml。稱(chēng)取5g中孔活性炭，加入稱(chēng)量好的鹽酸溶液，進(jìn)行超聲波振動(dòng)半小時(shí)。再加入lg苯胺，繼續(xù)振動(dòng)半小時(shí)。配制2mo1/1的過(guò)硫酸銨溶液。用滴液漏斗緩慢加入與苯胺摩爾比為1:1的過(guò)硫酸銨溶液。加入完畢后繼續(xù)在超聲波振動(dòng)中反應(yīng)2小時(shí)。將所得產(chǎn)品清洗干凈并將其烘干。稱(chēng)取0.5g所得產(chǎn)品，將其加入到50ml的8mg/1和32mg/l的孔雀石綠溶液中，在磁力攪拌器的攪拌作用下，每隔20分鐘取樣，在721分光光度計(jì)上測(cè)量溶液中孔雀石綠的吸光度，計(jì)算孔雀石綠在溶液中的濃度。所得數(shù)據(jù)如下表2改性活性炭在8mg/L孔雀石綠中的吸附數(shù)據(jù)時(shí)間10min20mn30min40min50min60min70min80min5:10.0160.0480.0290.0240.0210.0200.0190.018活性炭0.1600.1530.1310.1210.1010.1010.1010.101表3改性活性炭在32mg/L孔雀石綠中的吸附數(shù)據(jù)時(shí)間10min20mn30min40min50min60min70min80min5:10.0600.0400.0240.0300.0480.0360.0310.017活性炭0.3600.2600.2420.2130.2010.1990.1340.130將聚苯胺改性活性炭應(yīng)用于孔雀石綠染料廢水的處理，在靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)中能夠得到很好的吸附效果，接觸時(shí)間為80min，活性炭與聚苯胺的最佳質(zhì)量比為5:1，此時(shí)的聚苯胺改性活性炭擁有最優(yōu)的吸附性能，較活性炭吸附效果明顯。以活性炭為原料，采用導(dǎo)電聚合無(wú)改性制備出性能良好的活性炭/導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料，保留了了活性炭的孔道結(jié)構(gòu)并且具備了導(dǎo)電聚合物的功能性，對(duì)工業(yè)廢水中的鵝有機(jī)染料有很好的去除效果。這不僅解決了工業(yè)和醫(yī)藥廢水處理問(wèn)題，又可以有效的利用資源。權(quán)利要求1.導(dǎo)電聚合物改性活性炭的制備方法，其特征在于(1)采用超聲聚合法制備第一步，將活性炭分散于酸性溶液，進(jìn)行超聲分散；第二步，加入導(dǎo)電聚合物單體，繼續(xù)分散，使其均勻分散粘附在活性炭表面；第三步，用滴液漏斗加入引發(fā)劑溶液，在超聲波振動(dòng)下反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后用蒸餾水清洗抽慮產(chǎn)物、干燥，得到導(dǎo)電聚合物改性活性炭；(2)采用固相合成法制備第一步，將活性炭和導(dǎo)電聚合物單體置于球磨機(jī)或研缽中，充分研磨混合；第二步，加入引發(fā)劑，繼續(xù)研磨，使反應(yīng)充分進(jìn)行；第三步，研磨產(chǎn)物在室溫條件下靜置，用蒸餾水清洗抽慮產(chǎn)物、干燥，得到導(dǎo)電聚合物改性活性炭。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電聚合物改性活性炭的制備方法，其特征在于引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀、三氯化鐵，濃度為2mol/L。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電聚合物改性活性炭的制備方法，其特征在于活性炭與導(dǎo)電聚合物質(zhì)量比為5:1~5:5，其中最佳配比為5:1，導(dǎo)電聚合物單體與引發(fā)劑摩爾比為1:1~3:1，其中最佳配比為l:1。4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的導(dǎo)電聚合物改性活性炭的制備方法，其特征在于導(dǎo)電聚合物單體為苯胺、吡咯、對(duì)苯二胺、間苯二胺、鄰苯二胺、吲哚；單體濃度為0.1g/L~5g/L，最佳范圍lg/L~20g/L，最佳為10g/L。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電聚合物改性活性炭的制備方法，其特征在于超聲聚合法的酸性溶液為硫酸、鹽酸、磷酸、硝酸類(lèi)無(wú)機(jī)酸或甲酸、乙酸、草酸、對(duì)甲苯磺酸和樟腦酸的有機(jī)酸，其濃度范圍在0.1mol/L~2mol/L，最佳范圍為0.5mol/L~lmol/L，最佳為lmol/L。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電聚合物改性活性炭的制備方法，其特征在于超聲聚合法的活性炭在酸性溶液超聲分散0.5小時(shí)~3小時(shí)，最佳范圍0.5小時(shí)~1小時(shí)，最佳為0.5小時(shí)，加入苯胺繼續(xù)超聲分散0.5小時(shí)~3小時(shí)，最佳范圍0.5小時(shí)1小時(shí)，最佳為0.5小時(shí)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電聚合物改性活性炭的制備方法，其特征在于超聲聚合法的反應(yīng)物充分分散后，繼續(xù)超聲波振動(dòng)反應(yīng)1~5小時(shí)反應(yīng)完成，最佳范圍13小時(shí)，最佳2小時(shí)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電聚合物改性活性炭的制備方法，其特征在于固相合成法的反應(yīng)物充分研磨反應(yīng)1~5小時(shí)反應(yīng)完成，最佳范圍1~3小時(shí)，最佳2小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物室溫靜置624小時(shí)，最佳范圍6~15小時(shí)，最佳12小時(shí)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電聚合物改性活性炭的制備方法，其特征在于所述得到的活性炭為煙氣脫硫活性炭、氣體凈化活性炭、水處理用活性炭、溶劑回收用活性炭、汽車(chē)用活性炭或氣體分離用活性炭。全文摘要導(dǎo)電聚合物改性活性炭的制備方法，涉及一種復(fù)合材料制備方法。本發(fā)明公開(kāi)兩種導(dǎo)電聚合物改性活性炭的制備方法及其在環(huán)境凈化料領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明制備方法的特征在于在超聲波振動(dòng)或固相反應(yīng)條件下，使導(dǎo)電聚合物單體在活性炭表面進(jìn)行原位聚合反應(yīng)，得到活性炭/導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料。本發(fā)明方法制得的導(dǎo)電聚合物改性活性炭仍保持活性炭特有的較高比表面積，并具有來(lái)源于導(dǎo)電聚合物的功能性，對(duì)水溶液中的金屬離子和有機(jī)物具有優(yōu)異的吸附性能，是一種水污染處理和環(huán)境凈化的新型復(fù)合材料。文檔編號(hào)B01J20/22GK101612554SQ20091001313公開(kāi)日2009年12月30日申請(qǐng)日期2009年8月13日優(yōu)先權(quán)日2009年8月13日發(fā)明者兵冷,宛彤昕,李艷花,峰許,谷亞新,馬健巖申請(qǐng)人:沈陽(yáng)建筑大學(xué)