[发明专利]一种阻燃二氧化硅和活性炭复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境保护、化工等技术领域，具体涉及二氧化硅包附制备活性炭工艺。

背景技术

活性炭材料是经过加工处理所得的无定形碳，具有很大的比表面积，对气体、溶液中的无机或有机物质及胶体颗粒等都有良好的吸附能力。活性炭材料作为一种性能优良的吸附剂，主要是由于其具有独特的吸附表面结构特性和表面化学性能所决定的。活性炭具有孔隙结构发达、比表面积大、表面性质可调及吸附能力强的特点，广泛应用于工业、农业、国防、航空、航天等各个领域。但是在大量储存、运输、使用的过程中若处理不当，活性炭会发生自燃，造成火灾、爆炸等危险。国内外科学家针对活性炭自燃现象和规律进行了大量的研究，但迄今为止，尚未形成一套完整的活性炭自燃规律体系。因此，通过科学的方法制备阻燃型活性炭对实际应用及自燃危险性具有重要的意义。

在针对活性炭自燃的问题处理上，有一些理论研究进行了动力学和热力学上的分析，大致分析出了引起活性炭自燃的原因。但是要从活性炭本身出发解决这些问题存在很大的难度，所以通过处理活性炭本身使其具备阻燃的特性是一种比较合理和简便的途径。在目前的一些产品和研究中有相应的阻燃活性炭的研究与探讨，但是没有达到非常好的效果。关于活性炭阻燃的技术应该具备简便、成本低、易于工业化的特点。

随着人们对生活品质和安全方面的重视，各种工业品的要求逐渐提高，特别是阻燃方面的要求尤其重视。在很多用品和行业中都制定了相应的国标或行标。在所有的阻燃剂中硅系阻燃剂因其种类多，价格低、效果好等得到行业的好评。目前含硅阻燃剂及其阻燃技术得到了广泛研究与开发。由于含硅阻燃剂的聚合物少烟无毒、燃烧热值低、火焰传播速度慢, 其发展潜力和应用前景十分巨大。纳米硅酸盐等作为无机硅系阻燃剂, 具有较好的阻燃效果。阻燃聚合物/无机物纳米复合材料正成为许多国家目前阻燃研究的一个重要方向。

发明内容

本发明的目的在于针对活性炭使用中自燃的缺点，提出一种可在阻燃效果与不损坏活性炭性能之间寻找最佳安全点的一种通用活性炭的制备方法。

本发明技术方案是：在将气相二氧化硅的水分散体系和活性炭粉末混合后加入胶黏剂，搅拌均匀后放入微波托盘中进行微波干燥处理，收集粉体，即为阻燃二氧化硅和活性炭的复合材料。

本发明以上活性炭的种类为木质活性炭、煤质活性炭等，通过气相二氧化硅或氧化铝与活性炭在溶剂的条件下混合均匀，通过加入特定的胶黏剂使得两者结合紧密，从而在使用的过程中使二氧化硅或氧化铝形成一种包裹层，取得阻燃特征的活性炭粉体，可降低活性炭与氧气的接触面积，达到阻止活性炭氧化和自燃的作用。

本发明工艺操作简便高效。与传统浸渍，喷淋等方法相比具有明显的优势：首先，本发明的方法能够精确控制阻燃物质与活性炭的比例；其次，本发明首创微波处理工艺，在没有降低效果的前提下大大缩短了工艺的处理时间，具有极大的经济效益；第三，本发明所提出的工艺适用于多种不同品质和种类活性炭的制备。

进一步地，本发明所述活性炭和气相二氧化硅的混合质量比为1.5～9∶1。混合比例的选取主要考虑到活性炭能否被二氧化硅充分混合以及确保二氧化硅起到降低活性炭之间的接触率，从而表现出优良的阻燃性能。

所述胶黏剂和活性炭的混合质量比为0.1～10∶100。采用该混合比例可确保胶黏剂的量能够起到固定活性炭和二氧化硅的作用，同时，能够减少胶黏剂的用量达到成本和性能的平衡。

所述气相二氧化硅的水分散体系中气相二氧化硅的质量百分数为10～30%。采用该浓度可以确保在一定复合率的条件下减少合成的时间。

所述微波干燥处理时，微波功率为800～24KW，处理时间≤10 min。微波功率的选择主要是根据生产量的不同时，保证处理时间不会过长，提高效率。而处理时间的选择主要归因于微波处理的效率本身较高，所以所需的时间不需要很长。

具体实施方式

一、制备工艺：

实施例1

（1）将二氧化硅和去离子水混合，配成20mL质量浓度为30%二氧化硅分散液。所选二氧化硅为气相二氧化硅，平均粒径为30nm。

（2）在搅拌的条件下加入14g的活性炭粉末，进行充分搅拌是两者混合均匀。

（3）再加入聚乙二醇6000胶黏剂，加入量1.4g，继续搅拌成糊状。

（4）搅拌均匀后将上述混合物放入微波托盘中进行微波处理，微波功率800w，处理时间在30s，去除水分。

（5）收集微波托盘上的粉体即为具备阻燃特征的活性炭粉体。

实施例2