[发明专利]一种烟气脱硫脱硝用改性多孔碳纤维的制备方法

说明书

本发明公开了一种烟气脱硫脱硝用改性多孔碳纤维的制备方法，由三羟甲基氨基甲烷、丙氨酸、氢氧化钠、椰壳、苯酚、聚乙烯醇等原料制成，本发明碳纤维以椰壳制备多孔碳纤维，经多次改性工艺处理，使碳纤维表面得到大量氨基修饰，同时保持了活性炭纤维高比表、多微孔的结构优势，其表面的高反应活性能表现出更大的饱和吸附容量，实现对烟气中氮氧化物、硫氧化物的大量吸附，同时制备方法简单，条件温和，适合于规模化生产使用。

技术领域

本发明涉及环境工程技术领域，尤其涉及一种烟气脱硫脱硝用改性多孔碳纤维的制备方法。

背景技术

煤炭在我国能源生产和消费结构中，占据着主导地位，其产量占全国能源产量的绝大部分，但是随着煤炭能源的不断开拓，使得以煤炭为能源的相应产业产出了大量废气，这些废气排放在环境中，造成了环境的污染，在燃煤造成污染的废气中，以氮氧化物、硫氧化物成分的含量居多，这就要求生产企业采取有效的脱硫脱硝方法来控制废气的污染程度。

在众多烟气脱硫脱硝技术中，湿法烟气脱硫作为一种相对较成熟、脱硫效率较高的脱硫技术得到了最广泛的应用。但是它也存在着初投资大、运行费用高以及设备容易结垢等不足，而且难以长周期稳定运行，且副产物几乎没有用途。鉴于此，在不对原有脱硫设备进行改造升级的前提下，应用更优质的脱硫脱硝材料来提高设备的脱硫效率，具有重要的现实意义。

多孔碳纤维是一种新型的多孔纤维状吸附材料，因其独特的孔隙结构和形态而具有较一般多孔炭更大的比表面积、更高的孔容、更快的吸附速率和更强的再生能力。自从上世纪七十年代问世以来，就被广泛应用于空气净化、废气废水处理、军事防护、金属回收、电子器材等方面，尤其在烟气脱硫脱硝方面，表现出了优异的性能。目前，市场上的多孔碳纤维主要有聚丙烯腈基多孔碳纤维、沥青基多孔碳纤维、粘胶基多孔碳纤维和酚醛基多孔碳纤维等，不同碳纤维在碳化速度、产碳率、孔隙率以及碳化后的韧性均不一样。因此，需要结合传统碳纤维制备方法，通过优化改进工艺，提供孔径小、孔隙率高、纤维均一性好以及结合力强的多孔碳纤维。

与此同时，由于碳纤维的制备工艺包括碳化或石墨化，使得碳纤维表面的碳原子堆叠取向更一致，原子层间距更小，所以纤维表面表现为非极性和化学惰性，另外碳纤维表面有疏水、光滑、吸附性能低等缺点，导致碳纤维与其复合的材料间界面粘结性差。因此，需要对碳纤维表面进行改性，提高其与复合材料的界面粘结强度。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种烟气脱硫脱硝用改性多孔碳纤维的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种烟气脱硫脱硝用改性多孔碳纤维的制备方法，包括以下步骤：

（1）将三羟甲基氨基甲烷、丙氨酸按质量比3-4：1混合后加入到6-8倍于混合物质量的水中，搅拌30-60分钟，得改性液备用；

（2）将纺丝液置于静电纺丝仪中，使用铝箔纸包裹接收器，使初纺纤维收集在铝箔纸上，纺丝过程工艺参数为正压15-16kV，负压1.5-2kV，推进速率0.04-0.05mm/min，接收速率30-32r/min，针头与接收器之间距离为15-18cm，环境温度30-40℃，纺丝完成后在室温下静置一天，得到初纺纤维，再将其置于烘箱中，升温至160-170℃固化60-70分钟，取出后再送入管式炉中，在氮气气氛下以5-10℃/min的升温速率从室温升至750-850℃，保温1-2小时，自然冷却后得到碳纤维备用；

（3）以步骤2所得碳纤维作为阳极，石墨为阴极，在质量分数为8-10%的磷酸铵电解质中，控制电流密度为0.3-0.35A/m²，阳极氧化处理1.5-2分钟，收集碳纤维用清水冲洗净，得到改性碳纤维备用；

（4）将步骤3所得改性碳纤维浸没于20-25%硝酸溶液中，氧化2-3小时后过滤取出，并用清水冲洗至中性，烘干备用；