[发明专利]一种利用含氯有机高分子废料制备氮掺杂活性炭的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用含氯有机高分子废料制备氮掺杂活性炭的方法，属于炭材料制备技术领域。

背景技术

含氯有机高分子废料是人工合成高分子材料废弃物中的重要组成部分，主要包括聚氯乙烯共聚物，氯化聚烯烃，氯化橡胶，聚氯乙烯，氯化聚乙烯，氯化聚氯乙烯，氯化聚丙烯，聚氯丁二烯，聚偏二氯乙烯等。其中聚氯乙烯(PVC)为五大通用塑料合成材料之一，具有产量大、用途广、成型性好等特点，从世界范围来看，PVC已经成为第二大合成树脂，消费量仅次于聚乙烯。

含氯有机高分子废弃物在常温下难以降解，主要的处理方法有填埋法、焚烧法和再生料法。填埋法会占用大量耕地，焚烧法会产生大量有害烟雾和HCl，再生料法会降低产品质量，应用范围受限，废弃物处理量也较少。我国每年废弃塑料量约为200万吨，数量庞大的高分子废弃物造成了严重的环境污染问题和自然资源的浪费。因此，有机高分子废料的回收与再利用具有重大的经济效益和社会效益。公开号CN101050372A的专利公开了一种流化床中含氯高分子废弃物资源化全组分利用的方法。此专利成功将含氯有机高分子废料裂解燃油与裂解过程中分解释放出的HCl转化为氯气两个过程耦合，解决了含氯有机高分子废料热解制燃油技术中氯元素利用不足的缺点。公开号CN101708842A的专利公开了一种聚氯乙烯制备高比表面积活性炭的方法，所制得的活性炭具有灰分含量低、比表面积大、孔径分布窄等特点。

活性炭具有孔隙结构发达、比表面积大、热和化学稳定性好等特点，是一种优质的吸附剂和催化剂载体，广泛应用于工业、农业、国防、医药卫生、环境保护等领域。但是活性炭的吸附作用不仅取决于孔隙结构，而且还取决于炭表面的化学结构。氮掺杂活性炭，不仅改善了活性炭表面基团，而且增加了活性炭表面的碱性位，这使得氮掺杂活性炭具有独特的催化和吸附特性。氮掺杂活性炭的制备方法主要有两种：一种是利用含氮前体材料经炭化活化制备得到氮掺杂活性炭；一种是对已得的活性炭氮化处理，如公开号CN1042481A和CN101352681A的专利公开了氮掺杂活性炭用于除去酒中的苦味和异味以及用作低温SCR催化剂载体。公开号CN1217394A的专利公开了一种高氮含量聚丙烯腈基活性炭纤维的制备方法，可用于硫系和氮系化合物的吸附。公开号CN10125996A的专利公开了含氮沥青基球形活性炭的制备方法。

本发明利用含氯有机高分子废料与胺类反应物制备含氮前体，经炭化活化制备氮掺杂活性炭，并为解决含氯有机高分子废料的利用问题提供了一种可行的方法。

发明内容

本发明提供了一种工艺简单，活化剂用量少，有效利用含氯有机高分子废料来制备高比表面积氮掺杂活性炭的方法。此方法利用有机胺在低温下对含氯有机高分子废料进行脱氯反应，降低了后续炭化过程中设备的耐腐性要求。

本发明解决问题的技术方案是：一种利用含氯有机高分子废料制备氮掺杂活性炭的方法，将含氯有机高分子废料与有机胺混合进行脱氯反应，将脱氯后的产物在惰性气氛下进行炭化处理后采用物理活化法或化学活化法对炭化产物进行活化处理，即得氮掺杂活性碳。

所述的含氯有机高分子废料与有机胺的质量比为1∶0.5～2，脱氯反应温度为100～300℃，反应时间为3～48h。

所述的含氯有机高分子废料是人工合成高分子材料废弃物，为聚氯乙烯共聚物、氯化聚烯烃、氯化橡胶、聚氯乙烯、氯化聚乙烯、氯化聚氯乙烯、氯化聚丙烯、聚氯丁二烯、聚偏二氯乙烯废料或其两种或两种以上的混合物，含氯有机高分子废料的粒径小于5mm。所述的有机胺为正丁胺、环己胺、苯胺、二乙胺、二乙醇胺、乙二胺、1，6-己二胺、哌嗪、邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺或多乙烯多胺。

将进行脱氯反应后的产物进行炭化处理，炭化处理温度为400～600℃，升温速率为2～10℃/min，炭化时间1～5h；所用的惰性气体为氮气、氩气或氦气，流量为50～300sccm。

将炭化处理的产物进行活化处理，活化反应可采用物理活化法或化学活化法，其中物理活化法的工艺步骤为：

将炭化产物在惰性气氛下加热至活化温度，活化温度为400～1000℃，升温速率为2～10℃/min；通入活化气体进行活化处理，所述的活化气体为水蒸气、二氧化碳、氧气、空气或其混合物，气体流量为50～300sccm；活化时间为0.5～6h；然后在惰性气氛下冷却至室温，即得氮掺杂活性炭。所用的惰性气体为氮气、氩气或氦气，流量为50～300sccm。

化学活化法的工艺步骤为：