一种利用废弃膜材料制备孔径可调控活性炭的固体废物资源化方法及其产品技术

本发明专利技术提供了一种利用废弃膜材料制备孔径可调控活性炭的固体废物资源化方法及其产品，所述方法包括如下步骤：(1)将废弃膜材料与活化剂混合，干燥，得混合料；(2)将混合料在惰性气体保护下进行热解碳化，即得活性炭材料。本发明专利技术创造性地提出了一种将废弃膜材料资源化利用的方法，通过一步活化与高温碳化即可制得具有高比表面积、孔隙发达，孔径可调的活性炭吸附材料，且制备得到的活性炭材料在有机污染物去除方面具有优异的吸附性能。本发明专利技术资源化利用了废弃膜材料，有效减少了资源浪费，降低了废膜作为固体废物的处理成本。且该制备方法易于操作，容易实现大批量工业化生产，应用前景好。前景好。前景好。

【技术实现步骤摘要】
一种利用废弃膜材料制备孔径可调控活性炭的固体废物资源化方法及其产品


[0001]本专利技术属于于固废资源化领域，涉及一种利用废弃膜材料制备孔径可调控活性炭的固体废物资源化方法及其产品。

技术介绍

[0002]中空纤维膜、板式膜为代表的膜材料具有过滤面积大、制作成本相对较低等优点，已经成为膜分离领域规模最大、产值最高的膜产品。PVDF、PP等有机材质的膜材料在环境保护尤其是水处理领域有着极其广泛的应用。然而由于膜污染的不可避免性，膜组件在水处理过程中使用3
‑
5年后即面临退役成为固废的问题。因此每年数千万平方米膜组件退役产生的大量固体废物以及造成的极大资源浪费问题亟待解决。
[0003]活性炭是由木质、煤质和石油焦等含碳的原料经热解、活化加工制备而成，具有发达的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面化学基团，特异性吸附能力较强的碳材料的统称。活性炭由于其良好的吸附性能，目前已广泛应用于废水处理、催化或负载催化剂、临床医学(血液净化、癌症治疗等)、烟气治理等领域。
[0004]PVDF等有机聚合物材质的膜材料自身的聚合物骨架中含有丰富的碳元素，可作为活性炭材料前体。因此，若能将废弃中空纤维膜制备成具有附加价值的活性炭材料，将具有重要的应用价值，符合国家绿色、可持续发展的指导思想。
[0005]然而，目前现有技术中的活性炭一般由木质、煤质和石油焦等原料制成，从PVDF等废弃膜材料中制备活性炭的设想是否可行，以及具体如何制备均未可知，因此，如何提供一种将废弃中空纤维膜制备成具有附加价值的活性炭材料的废物资源化方法，成为了本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种利用废弃膜材料制备孔径可调控活性炭的固体废物资源化方法及其产品。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种利用废弃膜材料制备孔径可调控活性炭的固体废物资源化方法，所述方法包括如下步骤：
[0009](1)将废弃膜材料与活化剂混合，干燥，得混合料；
[0010](2)混合料在惰性气体保护下进行热解碳化，即得活性炭材料。
[0011]优选地，所述废弃膜材料包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚丙烯(PP)中的任意一种或至少两种的组合。所述至少两种的组合例如聚偏氟乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯的组合、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚丙烯的组合、聚偏氟乙烯和聚丙烯的组合等，其他任意的组合方式均可。
[0012]优选地，步骤(1)所述混合前还包括将废弃膜材料进行清洗，干燥。
[0013]优选地，所述清洗所用的溶剂包括无水乙醇和/或水。
[0014]优选地，所述清洗包括将废弃膜材料与无水乙醇混合，清洗后，再与水混合，进行清洗。
[0015]优选地，步骤(1)所述活化剂包括氢氧化钾、氢氧化钠、氯化铁或氯化锌中的任意一种或至少两种的组合。所述至少两种的组合例如氢氧化钾和氢氧化钠的组合、氢氧化钠和氯化铁的组合、氯化铁和氯化锌的组合等，其他任意的组合方式均可。
[0016]优选地，步骤(1)所述废弃膜材料与活化剂的质量比为1:(0.5
‑
4)。
[0017]所述(0.5
‑
4)中的具体数值例如0.5、0.7、1、1.2、1.5、1.7、2、2.2、2.5、2.7、3、3.2、3.5、3.7、4等。
[0018]优选地，步骤(1)所述混合在40
‑
120℃下进行，例如40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃等，所述混合的时间为8
‑
24h，例如8h、10h、12h、14h、16h、18h、20h、22h、24h等。
[0019]优选地，步骤(2)所述惰性气体包括氮气或氩气。
[0020]优选地，步骤(2)所述热解碳化的温度为600
‑
900℃，例如600℃、620℃、650℃、680℃、700℃、720℃、750℃、780℃、800℃、820℃、850℃、880℃、900℃等，热解碳化的时间为1
‑
4h，例如1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h等。
[0021]优选地，步骤(2)所述热解碳化包括程序升温，升温速率为2
‑
5℃/min，例如2℃/min、2.5℃/min、3℃/min、3.5℃/min、4℃/min、4.5℃/min、5℃/min等。
[0022]优选地，步骤(2)所述热解碳化后还包括步骤(3)：将热解碳化后的材料进行粉碎、洗涤、干燥。
[0023]优选地，所述粉碎的方式包括研磨。
[0024]优选地，所述洗涤包括酸洗和水洗。
[0025]优选地，所述酸洗时所用洗涤剂包括0.1
‑
1mol/L的酸溶液。
[0026]上述0.1
‑
1mol/L中的具体数值例如0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L、0.6mol/L、0.7mol/L、0.8mol/L、0.9mol/L、1mol/L等。
[0027]优选地，所述酸包括盐酸、硫酸或硝酸中的任意一种或至少两种的组合，所述至少两种的组合例如盐酸和硫酸的组合、硫酸和硝酸的组合、盐酸和硝酸的组合等，其他任意的组合方式均可。
[0028]优选地，步骤(3)所述干燥在40
‑
80℃下进行，例如40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃等，所述干燥的时间长于10h，例如10h、12h、14h、16h、18h、20h、24h、30h、36h、40h等。
[0029]第二方面，本专利技术提供一种活性炭材料，所述活性炭材料由如第一方面所述的利用废弃膜材料制备孔径可调控活性炭的固体废物资源化方法制备得到。
[0030]本专利技术所述的数值范围不仅包括上述列举的点值，还包括没有列举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
[0031]相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0032]本专利技术创造性地提出了一种将废弃膜材料资源化利用的方法，通过碱溶液或者金属盐的一步活化与高温碳化(高温碳化过程中废膜与活化剂反应同时完成活化，即碳化与
活化为同时进行，一步完成)即可制得具有高比表面积、孔径发达可调的活性炭吸附材料。所制得的活性炭材料在有机污染物去除方面具有优异的吸附性能。本专利技术资源化利用了废弃膜材料，有效减少了资源浪费，降低了废膜作为固体废物的处理成本。且该制备方法易于操作，容易实现大批量工业化生产，应用前景好。
[0033]在本专利技术的方法中，第一步废膜与活化剂混合，干燥，主要是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用废弃膜材料制备孔径可调控活性炭的固体废物资源化方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将废弃膜材料与活化剂混合，干燥，得混合料；(2)混合料在惰性气体保护下进行热解碳化，即得活性炭材料。2.如权利要求1所述的利用废弃膜材料制备孔径可调控活性炭的固体废物资源化方法，其特征在于，所述废弃膜材料包括聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚丙烯中的任意一种或至少两种的组合。3.如权利要求1或2所述的利用废弃膜材料制备孔径可调控活性炭的固体废物资源化方法，其特征在于，步骤(1)所述混合前还包括将废弃膜材料进行清洗，干燥；优选地，所述清洗所用的溶剂包括无水乙醇和/或水。4.如权利要求1
‑
3中任一项所述的利用废弃膜材料制备孔径可调控活性炭的固体废物资源化方法，其特征在于，步骤(1)所述活化剂包括氢氧化钾、氢氧化钠、氯化铁或氯化锌中的任意一种或至少两种的组合。5.如权利要求1
‑
4中任一项所述的利用废弃膜材料制备孔径可调控活性炭的固体废物资源化方法，其特征在于，步骤(1)所述废弃膜材料与活化剂的质量比为1:(0.5
‑
4)。6.如权利要求1
‑
5中任一项所述的利用废弃膜材料制备孔径可调控活性炭的固体废物资源化方法，其特征在于，步骤(1)所述混合在40
‑
120℃下进行，所述混合的时间为8
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：兰华春，候志昂，苗时雨，安晓强，刘会娟，曲久辉，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：