[发明专利]一种聚苯乙烯树脂基球形活性炭的制备方法

说明书

本发明公开一种高强度球形活性炭的制备方法，其特征在于包括如下步骤：以苯乙烯、交联剂、引发剂、表面活性剂、去离子水为原料，采用共聚反应制得聚苯乙烯树脂球；其中，苯乙烯、交联剂、引发剂、表面活性剂的质量比为：20‑30％：10‑20％：0.05‑0.5％：0.5‑1.5％，余量为去离子水，原料总量为100％；再经过真空干燥、氧化不熔化处理、化处理制得聚苯乙烯树脂基球形活性炭。聚苯乙烯树脂球活性炭的制备过程中，是一个无造孔剂、无水蒸气或二氧化碳的活化过程。该发明为低成本、高强度球形活性炭提供了一种新的制备方法，也为苯乙烯的应用提供了一条新途径。

技术领域

本发明涉及一种球形活性炭的制备方法，尤其涉及一种以苯乙烯为原料抗振强度高于98％的球形活性炭制备方法。

背景技术

球形活性炭，是一种球径为0.01-2mm、球形结构、表面光滑、比表面积为800-1500m²/g、强度高、电导率高、导热系数高的新型碳质多孔材料。与常规市售活性炭相比，球形活性炭的优势在于：1)该材料为球形结构、强度高、装填密度高，且导电、导热性好，可采用电解吸的原理对气相介质进行吸附-脱附，因而能有效减少吸附材料的使用量、有效缩短吸脱附周期；2)该材料为球形结构、强度高，且表面光滑、生物相容性好，可用作血液、肠道等的吸附净化材料；3)利用该材料强度高、不脱粉、比表面积高的特点，可将球形活性炭用作污水、高纯水、针入水的净化材料。球形活性炭的上述特性使其在如下领域将具有广阔的应用前景：1)军事领域狭小空间的吸附材料，如宇宙飞船、核潜艇、航空母舰等；2)防化材料，如军事防化服、防化口罩的吸附材料；3)医药领域，如用作血液灌流器的血液净化材料、口服保健药、洗面奶中的去油脂吸附材料；4)VOCs有机废气净化；5)污水、高纯水和针入水的净化。

目前，按照原料的不同，球形活性炭可划分为沥青基球形活性炭、酚醛树脂基球形活性炭、聚苯乙烯树脂基球形活性炭三种。沥青基球形活性炭，是以高软化点沥青(软化点为230-280℃)为原料，以精萘作造孔剂，通过成球、氧化不熔化、炭化、活化而制得。精萘，不仅能够降低高软化点沥青的成球温度，而且含萘沥青球中精萘的脱除，可使得沥青球形成原始的孔隙，为后续氧化不熔化提供气体扩散通道。但是，精萘的添加导致沥青基球形活性炭的制备工艺十分复杂、最终造成沥青基球形活性炭的成品率低、制备成本高。例如，精萘的脱除、萃取、精萘/萃取剂的分离以及需要考虑精萘、萃取剂的安全等级等。酚醛树脂基球形活性炭，是以酚醛树脂或甲醛、苯甲酚为原料，在催化剂、固化剂、表面活性剂的共同作用下成为酚醛树脂球，再经硫酸磺化处理、氧化不熔化、炭化、活化而制得。固化剂是含氮类化学品，而硫酸又是含硫化学试剂，导致酚醛树脂基球形活性炭在制备过程中尾气的处理成本高。最为重要的是，硫酸磺化过程虽然能够提高酚醛树脂的分子量、交联度，但在后续氧化不熔化、炭化、水蒸气活化过程中最终转化成稀硫酸，对三个关键工序的设备腐蚀及其严重，这无疑增大设备维修或更换成本，造成酚醛树脂基球形活性炭的制备成本居高不下。

就球形活性炭的性能而言，目前制约球形活性炭实际应用的关键性能指标是强度。沥青基球形活性炭，1)在高软化点沥青/精萘颗粒成球过程中，因精萘易挥发，含萘沥青球容易出现微裂纹；2)精萘在萃取剂中的溶解度高，容易造成含萘沥青球在萃取过程中出现微裂纹；3)精萘与高软化点沥青的相容性高，即使采用有机溶剂萃取也不能完全脱除含萘沥青球中的精萘，沥青球中残留的精萘一部分会在后续氧化不熔化过程中快速溢出导致氧化沥青球出现微裂纹，另一部分在氧化不熔化过程中转化成沥青而在炭化过程中快速裂解造成沥青基球形活性炭出现微裂纹。因此，沥青基球形活性炭的微裂纹是影响其强度、成品率的关键因素。酚醛树脂基球形活性炭，虽然在制备过程中无需添加类似精萘类的造孔剂，但是固化剂容易造成酚醛树脂球的表面交联度高、而酚醛树脂球的内部交联度低，进而酚醛树脂球在后续氧化不熔化、炭化过程中，树脂球内部基体中的碳会存在裂解反应，造成树脂球内部出现大孔，甚至空壳。这无疑将影响酚醛树脂基球形活性炭的强度。