[发明专利]一种聚酰亚胺绝缘粒子的制备方法

说明书

技术领域

    本发明属于材料制备领域，尤其涉及一种聚酰亚胺绝缘粒子的制备方法。

背景技术

    随着科技的不断发展，许多新的材料被应用于生活的方方面面。三维电极电催化氧化是一种新型的高级氧化技术，具有操作条件温和、无二次污染、产生的·OH能将难降解有机污染物矿化等优点。复极性三维电极反应器中大都选用石英砂、玻璃珠、塑料等材料作为绝缘粒子，并按一定的体积比或质量比与粒子电极混合后作为床层填料，但由于石英砂、玻璃珠、塑料等绝缘粒子的材质、密度、形状尺寸与粒子电极相差甚大，很难使之均匀分布在粒子电极中，不能有效减少短路电流，运行中产生电极材料与绝缘材料分层的现象，甚至导致绝缘失效，造成电流短路。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供一种聚酰亚胺绝缘粒子的制备方法。

一种聚酰亚胺绝缘粒子的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1） 将圆柱型活性炭用蒸馏水浸泡，冲洗后置于烧杯中，沸煮后静置冷却后滤去水分，放入烘箱中烘干后待用；

（2） 将预处理后的活性炭浸渍在聚酰胺酸溶液中，轻微搅动后取出，平摊在玻璃平板上使活性炭表面形成聚酰胺酸薄膜，置入真空烘箱中，升温至110℃并保温50min脱除溶剂，继续升温至310℃并保温60min后，热亚胺化形成PI 薄膜；

（3） 将涂膜绝缘粒子取出自然冷却至室温，重复上述步骤（2）一次即可制备得表面包覆均匀致密的PI 薄膜的绝缘粒子。

本发明所述的一种聚酰亚胺绝缘粒子的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述圆柱型活性炭为?4mm。

本发明所述的一种聚酰亚胺绝缘粒子的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述浸泡时间为8~12h。

本发明所述的一种聚酰亚胺绝缘粒子的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述沸煮时间为10~15min。

本发明所述的一种聚酰亚胺绝缘粒子的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述冲洗次数为3次。

本发明所述的一种聚酰亚胺绝缘粒子的制备方法，通过对工艺的改进，浸渍涂膜、脱水环化制备了PI 绝缘粒子，使得所制备的粒子具有优异的电绝缘性能，有效减小了短路电流，提高了电流效率，提高了三维电极反应器对染料废水的电解效果。本发明工艺简单，易于操作，适合推广。

具体实施方式

一种聚酰亚胺绝缘粒子的制备方法，包括如下步骤：

（1） 将圆柱型活性炭用蒸馏水浸泡，冲洗后置于烧杯中，沸煮后静置冷却后滤去水分，放入烘箱中烘干后待用；

（2） 将预处理后的活性炭浸渍在聚酰胺酸溶液中，轻微搅动后取出，平摊在玻璃平板上使活性炭表面形成聚酰胺酸薄膜，置入真空烘箱中，升温至110℃并保温50min脱除溶剂，继续升温至310℃并保温60min后，热亚胺化形成PI 薄膜；

（3） 将涂膜绝缘粒子取出自然冷却至室温，重复上述步骤（2）一次即可制备得表面包覆均匀致密的PI 薄膜的绝缘粒子。

本发明所述的一种聚酰亚胺绝缘粒子的制备方法，步骤（1）中所述圆柱型活性炭为?4mm。步骤（1）中所述浸泡时间为8~12h。步骤（1）中所述沸煮时间为10~15min。步骤（1）中所述冲洗次数为3次。通过改变床层填料中PI 绝缘粒子与活性炭粒子的不同体积比，考察其对电催化降解效果的影响，以确定床层填料中绝缘粒子与活性炭粒子的最佳体积比。当床层填料中绝缘粒子含量较小而活性炭过量时，活性炭直接接触造成短路，使得床层中活性炭粒子受静电感应成为粒子电极的比例低，因而体系的降解效率低。随着绝缘粒子与活性炭粒子体积比的增加，脱色率和COD去除率不断提高，当绝缘粒子与活性炭体积比达到1／3时，脱色率与COD去除率最高，说明PI绝缘粒子的加入有效减少了床层填料中粒子电极间的短路电流，提高了三维电极体系对染料废水的降解效率。此后，继续增加绝缘粒子，脱色率与COD去除率反而下降。这是因为绝缘粒子的功能是阻止床层中粒子电极间的直接接触而导致的短路电流，绝缘粒子本身不能起到微电解池的作用，因此，随着绝缘粒子与活性炭体积比的增加，绝缘效果提高，但活性炭粒子比例越来越小。在15～25 V 范围内，脱色率和COD去除率均随电压的加大而提高，当电压达到25V 时，COD去除率达到最高。这是由于外加电压的增大，使得床层中因静电感应而成为粒子电极的粒子数目的比例，即粒子电极的复极化率提高，同时外加电压的增大增加了电化学反应的动力，若继续加大电压至30 V 时，虽然脱色率仍然提高，但提高的幅度已很小，而COD 去除率略微下降，这可能是因为过高的电压加剧了活性炭表面上的水解或出现其它副反应所致，因此，电解电压以25 V 为最佳。，在pH 值为2～5 的范围内，染料废水色度和COD 均能得到较好的去除，最佳初始pH 值为4。溶液pH 值不仅影响主电极和粒子电极对染料的吸附，也影响主电极和粒子电极表面的电荷，从而影响整个体系的电催化氧化效率；在碱性条件下析氧电位的降低，增加了副反应，降低了电流效率，从而影响电解效果。而在酸性环境中，染料氧化过程中的中间产物较容易被进一步降解，促进电极将其表面的水电解催化转为过氧化氢，加快染料分子的氧化降解。此外，酸性条件下的羟基自由基有更强的氧化性，染料更容易被氧化。但pH 值越低，越有利于H⁺ 在阴极板和粒子电极的阴极端还原成H₂，减少了双氧水产率从而减少了羟基自由基的产率。过大的曝气量降低了染料在电极表面的吸附，并使电催化过程中产生的双氧水和羟基自由基淬灭，从而降低降解效率。当pH 值大于13 时PI 薄膜开始出现溶解，并随pH 值的加大而加大。但PI 绝缘粒子的耐酸碱腐蚀性能已远好于乙酸纤维素涂膜活性炭，因而作为复极性三维电极反应器的绝缘粒子，其适用范围将更为广阔。