專利名稱：膨脹石墨基復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于處理含苯酚工業(yè)污水的材料，特別是用于處理含苯酚工業(yè)污水的膨脹石墨基復(fù)合 材料及其制備方法，它適用于處理含苯酚污水，能大量、高效處理含苯酚污水，經(jīng)處理的含苯酚污水能夠 達到國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，且可有效回收污水中所含苯酚。
背景技術(shù)：
苯酚作為一種常見的工業(yè)污染物，具有極強的生物毒性，即便是在低濃度下對人體及微生物也有毒害 作用。含酚污水主要來自石油化工廠、樹脂廠、焦化廠和煉油化工廠，是工業(yè)有機污水中最普遍最有代表 性的一類；GB8978-1996規(guī)定的工廠污水含酚量排放標(biāo)準(zhǔn)為《.0mg/L， 一級標(biāo)準(zhǔn)為^).5mg/L。
當(dāng)前主要利用吸附法對含苯酚污水進行處理，而吸附劑則主要采用活性炭。盡管活性炭的吸附容量較 大，對高、低濃度含苯酚污水都有較好的去除效果,然而由于再生條件苛刻、高耗能，導(dǎo)致用活性炭處理含 苯酚污水的方法在經(jīng)濟上的可行性受到了質(zhì)疑，再加上由于孔徑偏小且主要為半通孔和封閉孔，通透性不 足，僅能進行實驗室階段的小批量靜態(tài)吸附，而無法滿足工業(yè)化動態(tài)吸附應(yīng)用的需要。因此，開發(fā)一種新 型的吸附材料，從而滿足去除并回收苯酚，以達到環(huán)境保護和苯酚回收利用的目的就迫在眉睫。
膨脹石墨是一種非常優(yōu)秀的碳質(zhì)吸附材料，它的微米級大孔及內(nèi)部連通孔結(jié)構(gòu)決定了它具有非常好的 工業(yè)化應(yīng)用前景，它滿足了含苯酚污水動態(tài)吸附處理的工業(yè)化需要，如日本專利特開平3-258029就應(yīng)用膨 脹石墨進行重油的吸附處理。然而由于其孔徑過大，并不能有效匹配苯酚的納米級小分子，因此也就不能 有效吸附苯酚分子。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述不足，本發(fā)明的目的旨在提供一種處理含苯酚工業(yè)污水的能力強、效果顯著的膨脹石墨基復(fù) 合材料及其制備方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是膨脹石墨基復(fù)合材料，其特征是它是由膨脹石墨、蔗糖 基活性炭組成，各組份所占質(zhì)量百分比為膨脹石墨10-50%、蔗糖基活性炭50-90%;其組織結(jié)構(gòu)為在以 膨脹石墨外部纏繞空間、蠕蟲外部孔和內(nèi)部孔為骨架的基體上覆蓋幾十納米到幾個微米厚的活性炭層，活 性炭層上密布納米級孔隙。
所述的膨脹石墨基復(fù)合材料，其具體制備工藝過程如下
稱取一定量膨脹石墨進行壓塊，之后將塊體浸于質(zhì)量濃度為20-70%的蔗糖溶液中，一段時間后取出進 行80-160'C的固化，再在200-600'C氮氣氣氛下，炭化1-6小時，然后將所得樣品置于活化劑溶液中進行 多次浸漬，而后在300-90(TC氮氣氣氛下，活化1-6小時，得到膨脹石墨基復(fù)合材料，其比表面積在1000m2/g 以上。通過選擇不同活化方式來改進制備工藝，如炭化后直接采用活化氣進行活化或者在初始浸漬工藝中 加入磷酸溶液來進行活化，不同活化工藝均可得到比表面積在1000m2/g以上的膨脹石墨基復(fù)合材料。蔗糖 經(jīng)炭化、活化后，其收率在10-40%,炭化材料與活化劑的質(zhì)量比為(1: 1~5)。其中活化劑溶液為KOH或
K2C03溶液，活化氣為C02或水蒸汽。
本發(fā)明利用孔隙豐富且主要為微米級的膨脹石墨與蔗糖基活性炭進行復(fù)合，利用膨脹石墨內(nèi)部微米級 連通孔和外部纏繞空間來提供骨架和通道，利用蔗糖基活性炭和經(jīng)過修飾的膨脹石墨內(nèi)部納米級小孔來選 擇性吸附工業(yè)污水中的苯酚小分子，不但滿足了處理效果，達到了工業(yè)含苯酚污水的排放標(biāo)準(zhǔn)，而且也實 現(xiàn)了對工業(yè)含苯酚污水的動態(tài)吸附，具有非常高的應(yīng)用價值。


圖1為所制備膨脹石墨基復(fù)合材料的表觀SEM圖
圖2為所制備膨脹石墨基復(fù)合材料的內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)SEM圖
圖3為所制備膨脹石墨基復(fù)合材料的XRD圖
圖4為所制備膨脹石墨基復(fù)合材料與其它材料對苯酚吸附效果的對比圖
具體實施例方式
本發(fā)明結(jié)合實例作進一步詳述
實施例l:以蔗糖為炭源，以KOH為活化劑。
1. 稱取0.2g膨脹石墨，置于模具中進行壓塊。
2. 將塊體浸于20%的蔗糖溶液中，2小時后取出，置于溫度為10(TC的烘箱中進行固化20小時。
3. 在600'C，氮氣氣氛下，將固化塊體置于管式爐中進行炭化，炭化時間為6小時。
4. 將炭化材料取出，浸于質(zhì)量濃度為40y。的KOH溶液中3小時，取出炭化材料在8(TC下烘干， 重復(fù)進行多次浸漬。
5. 在60(TC,氮氣氣氛下，將4中所得塊體置于管式爐中活化1小時。
6. 將所得復(fù)合材料置于流動水下沖洗20小時，然后在80。C下進行烘干，即得膨脹石墨基復(fù)合材料。
實施例2:以蔗糖為炭源，以K2C03為活化劑。
1. 稱取0.2g膨脹石墨，置于模具中進行壓塊。
2. 將塊體浸于40%的蔗糖溶液中，2小時后取出，置于溫度為12(TC的烘箱中進行固化20小時。
3. 在500'C，氮氣氣氛下，將固化塊體置于管式爐中進行炭化，炭化時間為5小時。
4. 將炭化材料取出，浸于質(zhì)量濃度為4Cm的KOH溶液中3小時，取出炭化材料在8(TC下烘干， 重復(fù)進行多次浸漬。
5. 在500'C,氮氣氣氛下，將4中所得塊體置亍管式爐中活化2小時。
6. 將所得復(fù)合材料置于流動水下沖洗20小時，然后在8(TC下進行烘干，即得膨脹石墨基復(fù)合材料。
實施例3:以蔗糖為炭源，以C02為活化氣。
1. 稱取0.2g膨脹石墨，置于模具中進行壓塊。
2. 將塊體浸于70%的蔗糖溶液中，l小時后取出，置于溫度為16(TC的烘箱中進行固化30小時。
3. 在300'C，氮氣氣氛下，將固化塊體置于管式爐中進行炭化，炭化時間為4小時。
4. 將4中所得塊體置于管式爐中，在卯(TC下通入C02氣體，進行活化6小時，得到膨脹石墨基 復(fù)合材料。
實施例4:以蔗糖為炭源，以磷酸為活化劑。
1. 稱取0.2g膨脹石墨，置于模具中進行壓塊。
2. 將塊體浸于磷酸蔗糖混合溶液(蔗糖溶液質(zhì)量濃度為60%、蔗糖與磷酸質(zhì)量比為l: 5)中，2 小時后取出，置于溫度為80'C的烘箱中進行固化30小時。
3. 在200'C,氮氣氣氛下，將固化塊體置于管式爐中進行炭化，炭化時間為l小時。
4. 在300'C，氮氣氣氛下，將4中所得塊體置于管式爐中活化3小時。
5. 將所得塊體置于質(zhì)量比為鹽酸氫氟酸=2: 3的混合酸中浸漬15小時。
6. 將所得塊體置于流動水下沖洗20小時，然后在8(TC下進行干燥，即得膨脹石墨基復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1. 膨脹石墨基復(fù)合材料，其特征是其由膨脹石墨、蔗糖基活性炭組成，各組份所占質(zhì)量百分比為膨脹石墨10-50％、蔗糖基活性炭50-90％；其組織結(jié)構(gòu)為在以膨脹石墨外部纏繞空間、蠕蟲外部孔和內(nèi)部孔為骨架的基體上覆蓋幾十納米到幾個微米厚的活性炭層，活性炭層上密布納米級孔隙。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹石墨基復(fù)合材料，其特征是所采用膨脹石墨為天然鱗片 石墨經(jīng)化學(xué)氧化、插層、水洗，并經(jīng)高溫膨化所得；天然鱗片石墨的粒徑范圍為20-50目，膨脹石墨的膨脹體積在350mL/g以上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的膨脹石墨基復(fù)合材料的制備方法，其特征是膨脹石墨基體在蔗糖溶液中經(jīng)浸漬一涂敷工藝后于80-160'C下進行固化，再在200-600。C氮氣氣氛下，炭化 1-6小時，然后將炭化材料置于活化劑溶液中多次浸漬后，在300-90(TC氮氣氣氛下，活化l-6 小時，最后將所得復(fù)合材料置于流動水下沖洗20小時再經(jīng)8(TC下干燥后得到膨脹石墨基復(fù) 合材料，其比表面積在1000m2/g以上，其中活化劑溶液為K0H或K2CO3溶液。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹石墨基復(fù)合材料的制備方法，其特征是膨脹石墨基體在 蔗糖溶液中經(jīng)浸漬一涂敷工藝后于80-160'C下進行固化，再在200-60(TC氮氣氣氛下，炭化 1-6小時，然后將炭化材料置于活化劑溶液中多次浸漬后，炭化材料在300-900'C，選用活化 氣進行活化1-6小時，得到膨脹石墨基復(fù)合材料，其比表面積在1000m2/g以上，其中活化氣為C02或水蒸汽。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹石墨基復(fù)合材料的制備方法，其特征是膨脹石墨基體在 磷酸蔗糖混合溶液中經(jīng)浸漬一涂敷工藝后在80-16(TC下進行固化，再在200-600'C氮氣氣氛 下，炭化l-6小時，然后在300-90(TC氮氣氣氛下，活化l-6小時，之后將所得塊體置于質(zhì)量 比為鹽酸氫氟酸=2: 3的混合酸中浸漬15小時，再置于流動水下沖洗20小時，最后在80°C 下進行干燥得到膨脹石墨基復(fù)合材料，其比表面積在1000m2/g以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于處理含苯酚工業(yè)污水的材料，其由膨脹石墨、蔗糖基活性炭組成，各組份所占質(zhì)量百分比為膨脹石墨10-50％、蔗糖基活性炭50-90％；其組織結(jié)構(gòu)為在以膨脹石墨外部纏繞空間、蠕蟲外部孔和內(nèi)部孔為骨架的基體上覆蓋幾十納米到幾個微米厚的活性炭層，活性炭層上密布納米級孔隙。制備過程是稱取一定量膨脹石墨進行壓塊，之后將塊體浸于質(zhì)量濃度為20-70％的蔗糖溶液中，一段時間后取出進行80-160℃的固化，再在200-600℃氮氣氣氛下，炭化1-6小時，然后將所得樣品置于活化劑溶液中進行多次浸漬，而后在300-900℃氮氣氣氛下，活化1-6小時，得到膨脹石墨基復(fù)合材料，其比表面積在1000m²/g以上。它具有處理含苯酚污水能力強、效果顯著的特點。
文檔編號B01J20/30GK101439280SQ200810243159
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日
發(fā)明者劉成寶, 程相樂, 陳志剛 申請人:江蘇工業(yè)學(xué)院