[发明专利]一种蜂窝状多层孔结构活性碳膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及多孔材料领域，具体说涉及一种蜂窝状多层孔结构活性碳膜的制备方法。

背景技术

活性碳是一类多孔性材料，具有非常大的比表面积和孔容量，极强的表面反应性。由于吸附质极易扩散进入孔内及活性表面，因而活性碳具有广泛吸附性能和高吸附容量。它被广泛应用于电子、水处理、溶剂回收，空气净化、除臭氧、除湿等环境和资源回收领域。工业上常用的染料废水处理方法有絮凝沉淀法、电化学法、吸附法、电解、化学氧化、生物处理方法及多种方法的联用等，吸附法用于处理工业废水效果显著。常用的吸附剂有活性碳 ( AC )、水滑石、硅藻土、膨润土、沸石、分子筛和有机吸附剂等。其中，活性碳因具有很大的比表面积、无毒、价格低廉和良好的吸附性能而被广泛采用（Suhas等，Lignin-from natural adsorbent to activated carbon: A review，Bioresource technology，2007，98(12):2301）。

1994年，Francois等首次利用水蒸气凝结成的水滴为模板制备了蜂窝状有序结构的多孔薄膜（Widawski G等，Self-organized honeycomb morphology of star-polymer polystyrene films. Nature，1994，369: 387）。后来人们把这种方法称为水蒸气辅助法，这种方法实质上就是一种模板化的自组装方法。这种方法与传统制备有序多孔膜的方法相比具有两大突出的优点：1）以无毒、无害的水（介质）为模板，2）它是一种动态的自组装过程，可以通过调整各种参数，如环境湿度、溶剂、溶液浓度等因素，控制多孔膜的形貌及其孔径大小，即可控性（Peng J等，The influencing factors on the macroporous formation in polymer films by water droplet templating，Polymer，2004，45(2): 447）。目前人们已通过水蒸气辅助法制备了单层结构三醋酸纤维素膜（Kasai W等，Fabrication of honeycomb-patterned cellulose films，Macromolecular Bioscience，2004，4(1): 17），而以性能优良、价格更低的二醋酸纤维素为原料的蜂窝状多层孔结构的醋酸纤维素膜却未见报道。目前制备活性碳的材料一般为木屑、木炭、煤、纸浆废液和许多含碳的工业废品，这些材料制备的活性碳大部分以粒状或块状为主，而对于多层孔结构膜状的活性碳却鲜有报道。本发明以蜂窝状多层孔结构纤维素为原材料，后通过活化和碳化法制备了蜂窝状多层孔结构活性炭膜，与传统法制备的活性碳相比由于具有蜂窝状多层孔结构，其比表面积大大增加。而且以膜的形式存在，更易于回收重复利用。

发明内容

本发明利用水蒸气辅助法和活化碳化法相结合制备具有染料吸附性、可重复回收利用的蜂窝状多层孔结构活性碳膜。利用本方法制备的蜂窝状多层孔结构活性碳膜蜂窝孔大小为1.5～3.5 μm。蜂窝孔的大小可以通过控制铸膜液浓度、环境湿度和环境温度等条件来实现。

为实现本发明目的采用的技术方案是：

1）以醋酸纤维素为膜材质，以低沸点有机溶剂_-为溶剂，在磁力搅拌下配制成铸膜液，在高湿环境中利用水蒸汽辅助法在玻璃基板上制备蜂窝状多层孔结构的醋酸纤维素膜。

所述的低沸点有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、四氯化碳或二硫化碳中的一种。

2）将上一步制备的醋酸纤维素膜经过0.1 mol/L NaOH/乙醇溶液水解10～24h，得到蜂窝状多层孔结构纤维素膜。

3）将蜂窝状多层孔结构纤维素膜浸泡在质量浓度为1～5%的无机盐溶液溶液中，置于50-80℃水浴震荡器中震荡3～10 h，然后取出并于60 ℃真空干燥24h。

所述无机盐溶液为氯化锌溶液、氯化氨溶液或氯化铝溶液中的一种。

4）将步骤（3）的蜂窝状多层孔结构纤维素膜置于炭化炉中先进行稳定化后进行碳化处理。

所述的稳定化是指温度从室温逐步上升到400 ℃，400 ℃后保持30～100 min，升温速率为10 ℃/min。

所述的碳化处理是指经稳定化处理后温度继续从400℃逐步上升到850℃，并保持40～100 min，升温速率为10℃ /min。