[发明专利]具有三维孔道结构的活性炭复合材料及其制法

说明书

本发明提供一种具有三维孔道结构的活性炭复合材料及其制法，所述复合材料中包括活性炭、无机氧化物复合土、4A分子筛和粘结剂组分；所述复合材料具有三维孔道，且三维孔道由交联互通孔道彼此连通。所述制备方法为将各种物料混合均匀，然后与氢氧化钠溶液处理，经分离干燥焙烧后得到复合材料。本发明制备方法得到的复合材料具有稳定的三维孔道结构，能够很好的吸附脱除有机污染物。

技术领域

本发明属于催化材料技术领域，特别是涉及一种具有三维孔道结构的复合材料及制备方法。

背景技术

工业生产过程中产生的大量有机污染物，严重影响了人类的生存状态和生态环境，已经成为一个日益严重的社会和经济问题，尤其是难以生物降解的有机废水处理起来更为困难，臭氧催化氧化技术是一种通过激发臭氧产生羟基自由基，然后与有机污染物进行系列自由基链反应，逐步将有机污染物降解为无害的低分子量的有机物，最后降解为CO₂、H₂O和其他矿物盐的技术，可以有效解决难生化污水降低COD的难题。

臭氧催化氧化工艺处理效果的关键在催化剂的反应活性。常规的催化剂主要是活性炭、陶粒、氧化铝的载体负载活性金属制备而成，单一的活性炭催化剂易磨损，使用过程中损耗率较高；陶粒催化剂比表面较低，活性不强；氧化铝催化剂孔结构单一，不适合处理复杂成分污染物。采用常规催化剂处理有机污染物时，由于对复杂分子成分的吸附效果不佳导致反应速率低下，驱动力不足，很难达到高浓度时污染物的去除效果，因此处理有机污染物的活性受到影响。开发催化新材料以提高对有机污染物高效吸附，提高污染物传质速率和催化处理反应物初始浓度，实现污染物原位、实时催化降解是十分必要的。

 CN103657736A公开了一种活性炭/氧化铝复合型催化剂载体及其制备和应用，所述载体制备方法包括如下步骤：（1）活性炭酸洗和氧化处理：活性炭首先采用盐酸处理，经过酸洗之后的活性炭采用去离子水洗完之后进行硝酸氧化处理；（2）混合：将活性炭与γ-Al2O3进行混合，加入复合助剂；（3）混捏：将活性炭、氧化铝、助剂在混捏机下混捏成饼状；（4）挤条：将混捏好的饼状物经挤条机挤压成型；（5）焙烧：将挤压成型的载体烘干，然后在氮气保护气氛中焙烧，制备出活性炭/氧化铝复合载体。催化剂表面为氧化铝和活性炭，强度及催化效率增强作用不明显。

CN201510296625.1公开了一种固相合成多级孔分子筛的方法，将固体硅源、铝源、活性炭、模板剂和碱源粉碎混合，在120～200℃下进行晶化反应，晶化反应时间至少为4小时，反应产物清洗烘干，并焙烧去除活性炭后即得多级孔分子筛。该方法不使用水，将混合的活性炭烧掉得到多级孔分子筛，且孔径绝大部分都分布在5nm之内。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明目的是提供一种具有三维孔道结构的活性炭复合材料及其制法，所述复合材料为具有交联互通微米孔道结构的含活性炭复合载体材料，具有稳定的三维孔道结构，能够很好的吸附脱除有机污染物。

本发明第一方面提供一种具有三维孔道结构的活性炭复合材料，所述复合材料中包括活性炭、无机氧化物复合土、4A分子筛和粘结剂组分，所述4A分子筛相对结晶度为30～60；所述复合材料具有三维孔道，且三维孔道由交联互通孔道彼此连通，其中一维孔道的孔直径为0.1～1.5nm，二维孔道的孔直径为1.5～5nm，三维孔道的孔直径为5～50nm，其中一维孔道的孔的孔容占总孔容的20%以上，优选为20%～45%，二维孔道的孔的孔容占总孔容的20%以上，优选为20%～35%，三维孔道的孔的孔容占总孔容的60%以下，优选为30%～50%。

上述具有三维孔道结构的活性炭复合材料中，以复合材料重量为基准，活性炭占10%～50%，优选为15%～30%；无机氧化物复合土占10%～60%，优选为30%～50%；4A分子筛占10%～50%，优选为25%～40%；粘结剂组分占2%～15%，优选为3%～8%。