一種碳/碳納米管復(fù)合泡沫吸附材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域，涉及材料，特別是水體污染物吸附材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]碳納米管的發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)、較大的比表面積、較高的比表面能決定了其優(yōu)良的吸附能力和解吸附能力，是一種吸附性能優(yōu)越的新型納米吸附劑，而且可以通過解吸再生循環(huán)使用，所以其在未來城市污廢水處理中，尤其是對含有重金屬離子的工業(yè)廢水的處理中，有著很大的應(yīng)用前景。水中有很多微量的重金屬元素或有機(jī)物對人體非常有害，常規(guī)的吸收劑很難滿足要求，碳納米管優(yōu)良的吸附能力為這一領(lǐng)域提供了新的前景。碳納米管優(yōu)良的吸附能力使其可以成為良好的微污染吸附劑，在環(huán)境保護(hù)中將有極大的應(yīng)用前景。
[0003]聚氨酯/碳納米管(PU/CNTs)復(fù)合材料近年來越來越受到重視。碳納米管與聚氨酯的復(fù)合可以實現(xiàn)組元材料的優(yōu)勢互補(bǔ)或加強(qiáng)，能經(jīng)濟(jì)有效地利用兩者的獨特性能。PU/CNTs復(fù)合材料在增強(qiáng)材料、智能材料、生物醫(yī)學(xué)材料、吸附材料等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0004]將PU/CNTs復(fù)合材料碳化活化后制得碳/碳納米管復(fù)合泡沫吸附材料，其包含大量碳納米管的介孔和源自聚氨酯泡沫的大孔，能保證液體在泡沫中暢通流動，并有效吸附中分子量的生化分子。這類介孔材料由于它具有較大的比表面積，孔徑極為均一、可調(diào)，并且具有維度有序等特點，因而在光化學(xué)、生物模擬、催化、分離以及功能材料等領(lǐng)域已經(jīng)體現(xiàn)出重要的應(yīng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是結(jié)合大量碳納米管的介孔和源自聚氨酯泡沫的大孔性能制備一種碳/碳納米管復(fù)合泡沫吸附材料，能保證液體在泡沫中暢通流動，使其可以成為良好的微污染吸附劑，并有效吸附中分子量的分子。
[0006]本發(fā)明包括以下步驟:
1)在超聲條件下，將酸化的碳納米管分散到乙醇和去離子水的混合溶劑中，形成碳納米管混合液；
2)在超聲條件下，將酚醛樹脂和固化劑六亞甲基四胺溶解在乙醇溶劑中，形成酚醛樹脂混合液；
3)以聚氨酯泡沫模板反復(fù)吸取上述碳納米管混合液和酚醛樹脂混合液，直至模板交聯(lián)固化，取得復(fù)合泡沫；
4)將所述復(fù)合泡沫置于熱解爐中在惰性氣體的保護(hù)下使酚醛樹脂碳化，降溫后，得到三維大孔碳/碳納米管復(fù)合泡沫吸附材料。
[0007]本發(fā)明結(jié)合大量碳納米管的介孔和源自聚氨酯泡沫的大孔性能制備一種碳/碳納米管復(fù)合泡沫吸附材料，能保證液體在泡沫中暢通流動，使其可以成為良好的微污染吸附劑，并有效吸附中分子量的生化分子。本發(fā)明采用聚氨酯泡沫材料(PU)作為模板，吸取一定量的碳納米管混合液和酚醛樹脂混合液，在惰性氣體保護(hù)下碳化，然后在活化得到碳/碳納米管復(fù)合泡沫吸附材料。本發(fā)明的制備方法簡便可靠，實驗周期較短，可望批量生產(chǎn)。
[0008]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟I)中，取得的碳納米管混合液中碳納米管含量為2wt%? 5wt%。碳納米管在碳納米管混合液中含量在這個范圍內(nèi)具有很好的分散性，為下一步在泡沫表面的分散做好了鋪墊。
[0009]乙醇和去離子水的混合體積比為I '2?3，在這個范圍內(nèi)的乙醇和水混合液能夠很好的分散酸化的CNTs，碳納米管可以起到有效的吸附作用。
[0010]所述步驟2)中，取得的酚醛樹脂混合液中酚醛樹脂含量為20wt%? 30wt%。
[0011]酚醛樹脂含量的多少直接影響到三維大孔材料的結(jié)構(gòu)性能和大孔材料的透光性。
[0012]所述步驟3)中，先以聚氨酯泡沫模板吸取碳納米管混合液，然后在60°C下烘干后，再吸取酚醛樹脂混合液，反復(fù)重復(fù)3至5次，這樣的次數(shù)剛剛好保持了泡沫材料良好的大孔性能，并且最后一次是吸取酚醛樹脂混合液，烘干后，取得復(fù)合泡沫。先吸取碳納米管混合液是保證聚氨酯泡沫模板表面及其內(nèi)部都均勻分布碳納米管，再吸取酚醛樹脂烘干的同時可以保證碳納米管可以牢靠的被酚醛樹脂交聯(lián)在聚氨酯泡沫模板上，反復(fù)多次吸取可以保證材料制備的均一性，最后一次是吸取酚醛樹脂混合液也是為了將碳納米管很好的交聯(lián)在聚氨酯泡沫模板。
[0013]所述步驟4)中，首先在氮氣保護(hù)下將溫度升至150°C，恒溫30min，烘干殘余的溶劑，然后經(jīng)30min升溫至250°C，恒溫90min，使酚醛樹脂充分固化交聯(lián)。然后再經(jīng)10min緩慢升溫至350°C，使聚氨酯熱解，去除聚氨酯泡沫模板。再經(jīng)過200min升溫至10001，恒溫30 min，使酚醛樹脂碳化，然后降溫。本發(fā)明碳化過程溫度控制和時間的控制直接影響其結(jié)構(gòu)性能。如果升溫速率過快，會導(dǎo)致三維大孔材料的塌陷，這樣的升溫過程可以使酚醛樹脂充分固化交聯(lián)，并且可以使聚氨酯緩慢的熱分解防止三維大孔材料的塌陷，然后是可以使酚醛樹脂碳化成型。
[0014]另外，在所述步驟4)后對碳/碳納米管復(fù)合泡沫吸附材料進(jìn)行活化處理，以取得活化后的產(chǎn)品。所述活化處理為:將碳/碳納米管復(fù)合泡沫吸附材料浸漬于濃硫酸中活化I小時，然后取出半制品，經(jīng)去離子水清洗干凈。浸漬用的所述濃硫酸的溫度為66°C，活化時間為一個小時。這個溫度和時間可以保證碳/碳納米管復(fù)合泡沫整體結(jié)構(gòu)的完整，并且可以使碳/碳納米管復(fù)合泡沫材料表面的部分活性碳被磺化并且使碳納米管裸露出來，使表面變成豐富的碳納米管介孔材料，有助于吸附效果。
【附圖說明】
[0015]圖1為酸化后的三維大孔碳/碳納米管(C/CNTs)復(fù)合材料的SEM圖。
[0016]圖2為三維大孔碳/碳納米管(C/CNTs)復(fù)合材料的碳壁表面的放大圖。
[0017]圖3為C/CNTs復(fù)合材料的光學(xué)照片。
[0018]圖4為C/CNTs復(fù)合材料的光學(xué)照片。
[0019]圖5為C/CNTs的N2吸附脫附等溫線和介孔孔徑分布。
[0020]圖6為碳/碳納米管復(fù)合泡沫對VB12的吸附等溫線。
【具體實施方式】
[0021]一、制備工藝:
實施例1:
(I)將購買的酸化的0.5g碳納米管分散到25g體積比為1:3的乙醇和水的混合溶劑中，在功率為400W的超聲條件下分散10分鐘，取得碳納米管混合液，碳納米管混合液中碳納米管的濃度為2wt%。
[0022](2)稱取1g的酚醛樹脂和Ig的固化劑六亞甲基四胺與40g的乙醇溶劑混合，在功率為400W的超聲條件下，經(jīng)過30分鐘，形成酚醛樹脂20被％混合液。
[0023](3)裁剪稱取Ig的厚度為4mm的聚氨酯泡沫模板，反復(fù)均勻地吸取上述兩種混合液:先吸取碳納米管混合液，然后在60°C下烘干后，再吸取酚醛樹脂混合液，反復(fù)重復(fù)3至5次，且保證最后一次