[发明专利]高分子树脂载铜法制备载铜固体炭的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种载铜固体炭的制备方法，特别是一种高分子树脂载铜法制备载铜固体炭的方法。

背景技术

载铜活性炭是一种通过对原活性炭进行负载铜改性处理的改性活性炭,目前发现它能够吸附及催化氧化降解废水中的有机污染物、抑制微生物的生长等，从而在水处理、气体过滤和微生物污染等方面具有应用前景，载铜活性炭的性能比原活性炭有显著提高，因此是一种非常有前景的新型材料。

但是以原活性炭为原料进行载铜改性处理，需要经过碱处理、水洗、酸处理、水洗、干燥、浸渍铜离子溶液、水洗、干燥、高温固化等一系列复杂的步骤，该制备过程本身对环境造成了污染，同时造成了资源与能源的浪费。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题提供一种高分子树脂载铜法制备载铜固体炭的方法。

本发明的主要思路是通过二价铜离子与聚合物中羧酸根阴离子之间的离子键结合，形成聚合物分子间的化学交联，从而实现铜离子在聚合物树脂上的有效固载；然后通过缺氧条件下的高温热处理，实现高分子树脂的碳化过程及固载二价铜离子向一价铜离子及单质铜的转化；从而一步法得到载铜固体碳材料。其中二价铜离子来自于硝酸铜、硫酸铜、氯化铜等可溶于水的铜盐化合物。含有羧酸根阴离子的高分子树脂包括海藻酸钠、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、羧甲基改性淀粉、阴离子型聚丙烯酰胺等水溶性高分子材料。

根据以上原理，本发明采用如下技术方案：

一种高分子树脂载铜法制备载铜固体炭的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

（a）将水溶性铜盐，溶解于水，形成浓度为0.1～0.5mol/L的水溶液；

（b）将含羧酸根阴离子的水溶性高分子树脂溶于水，在30～60℃温度下搅拌溶解，得到水溶性高分子树脂的质量百分比浓度为5～20%粘稠状高分子水溶液；

（c）将步骤b所得高分子水溶液滴加到步骤a的铜盐溶液中，形成凝胶球或凝胶块，过滤，干燥，得到载铜高分子凝胶；所述的高分子水溶液与铜盐溶液的体积比为：1:1。

（d）将步骤c所得载铜高分子凝胶在500～700℃，热处理5～15小时，自然冷却到常温，得到黑色固体，即载铜固体炭。

上述的水溶性铜盐为硫酸铜、硝酸铜或氯化铜。

上述的含羧酸根阴离子的水溶性高分子树脂为海藻酸钠、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、羧甲基改性淀粉和阴离子型聚丙烯酰胺中的至少一种。

上述的步骤c中的干燥温度为120～150℃，干燥时间为10～15小时。

本发明通过一步法得到载铜固体炭材料，制备过程安全环保，载铜率高。本发明制备的高分子树脂载铜固体炭具有与载铜活性炭相近的对废水中COD的去除能力，生产工艺简单，具有良好的应用前景。

具体实施方式

下面举例说明本发明的内容，但不限于实施例的范围。

实施例一：载铜固体炭S-1的制备

将5 g 海藻酸钠放入烧瓶中，加入100 mL水，在60℃条件下搅拌溶解，得到粘稠状物质。将该粘稠状物质滴加到100 mL 0.1mol/L 的Cu(NO₃)₂溶液中，得到凝胶状物质，过滤得到载铜高分子凝胶，将该凝胶在120℃的烘箱中干燥15小时，然后在马弗炉中，500℃条件下进行高温处理10 h ，得到黑色固体，即高分子树脂载铜固体炭S-1。

实施例二：载铜固体炭S-2的制备

将10 g 聚丙烯酸钠放入烧瓶中，加入100 mL水，在30℃条件下搅拌溶解，得到粘稠状物质。将该粘稠状物质滴加到100 mL 0.2 mol/L 的CuSO₄溶液中，得到凝胶状物质，过滤得到载铜高分子凝胶，将该凝胶在130℃的烘箱中干燥13小时，然后在马弗炉中，600℃条件下进行高温处理8 h ，得到黑色固体，即高分子树脂载铜固体炭S-2。

实施例三：载铜固体炭S-3的制备

将10 g 羧甲基纤维素钠放入烧瓶中，加入100 mL水，在50℃条件下搅拌溶解，得到粘稠状物质。将该粘稠状物质滴加到100 mL 0.3mol/L 的CuCl₂溶液中，得到凝胶状物质，过滤得到载铜高分子凝胶，将该凝胶在140℃的烘箱中干燥12小时，然后在马弗炉中，700℃条件下进行高温处理5 h ，得到黑色固体，即高分子树脂载铜固体炭S-3。

实施例四：载铜固体炭S-4的制备