CN106019870A - 一种环保碳粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保碳粉，它是由下述重量份的原料组成的：磷酸二氢钾1‑2、聚乙烯亚胺2‑3、桉树木粉100‑120、苯酚50‑60、磷酸0.6‑1、乌洛托品0.03‑0.05、15‑17%的甲醛溶液17‑20、木质素2‑3、氢氧化钠0.1‑0.18、二甲基甲酰胺20‑30、木质素磺酸钠1.3‑2、硫酸铝铵1‑2、环氧化甘油三酸酯0.2‑0.4、海藻多糖1‑2、芥酸酰胺0.3‑0.4、丙酸纤维素3‑5、羊毛脂0.2‑0.5。本发明的碳粉吸附性强，具有有效的净化空气的效果，且本身无有毒有害物质挥发，耐高热性强，安全环保性好。

Description

一种环保碳粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及纳米碳技术领域，尤其涉及一种环保碳粉及其制备方法。

背景技术

活性碳纤维具有直径细小、微孔分布集中、快速吸附与脱附、能提供较大吸附容量以及高比表面积等特征,其孔隙结构和表面化学结构是决定其吸附、脱附性能的主要结构参数。碳纤维经过活化处理后,原有的纤维结构被破坏,局部形成类石墨微晶,碳原子以乱层堆叠的类石墨微晶片层形式存在由于微晶片层各平行层堆积不规则,缺乏三维有序排列,呈乱层结构,平均尺寸非常小,加上在炭化处理、活化处理工艺过程造成的各种缺陷,共同构筑了活性碳纤维相互交联的孔隙网络结构；活性碳纤维具有强度较高、耐高温、不宜粉化、加工成型性好等特点,可制成布、纸等不同的性状,以及耐酸和碱腐烛、可再生、对环境友好的特性,自问世以来,已被广泛的应用于化学工业、电子生产、医疗卫生、环境保护等各种领域。

活性碳纤维是以高聚物为原料,经高温碳化和活化而制成的一种纤维状高效吸附分离材料"依据原料的不同,人们将活性碳纤维分为粘胶基、聚丙烯腈基、沥青基、酚醛基等活性碳纤维,它们各有独特之处"粘胶纤维是最早被制备成活性碳纤维的主要原料,由于其价格低廉、资源丰富,制成产品性能优异,生产成本降低潜力较大"在相同碳化-活化时间下,活性碳纤维比其它原料的活性碳纤维容易获得更大的比表面积和吸附容量,性能价格比高"所以,粘胶基活性碳纤维也是至今为止被研究最多、应用最广泛的活性碳纤维之一；

目前国内外报道的活性碳纤维大多为微孔型与中孔型活性碳纤维,很少有研究人员报道大孔洞活性碳纤维的研究进展，本发明制备的碳纤维填补了这一空白，这种大孔洞活性碳纤维经过进一步改性后可被应用于医学领域，在吸附病毒蛋白质、肌酸酐、VB12的生物蛋白质等发面具有很好的利用价值。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种环保碳粉及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种环保碳粉，它是由下述重量份的原料组成的：

磷酸二氢钾1-2、聚乙烯亚胺2-3、桉树木粉100-120、苯酚50-60、磷酸0.6-1、乌洛托品0.03-0.05、15-17%的甲醛溶液17-20、木质素2-3、氢氧化钠0.1-0.18、二甲基甲酰胺20-30、木质素磺酸钠1.3-2、硫酸铝铵1-2、环氧化甘油三酸酯0.2-0.4、海藻多糖1-2、芥酸酰胺0.3-0.4、丙酸纤维素3-5、羊毛脂0.2-0.5。

一种所述的环保碳粉的制备方法，包括以下步骤：

（1）取上述苯酚重量的85-90%，与上述桉树木粉混合，搅拌均匀，送入油浴中，加入磷酸，搅拌条件下缓慢升高油浴温度，温度达到160-165℃时停止加热，保温搅拌2-3小时，出料，冷却至室温，过滤除去滤液，得液化产物；

（2）将上述木质素磺酸钠加入到其重量10-15倍去离子水中，加入丙酸纤维素，搅拌均匀，与上述液化产物混合，在70-80℃下加热至水干，得纤维素液化产物；

（3）将上述硫酸铝铵加入到其重量4-6倍的去离子水中，搅拌均匀，加入海藻多糖、芥酸酰胺，在50-60℃下保温搅拌10-16分钟，加入木质素，搅拌至常温，为木质素多糖溶液；

（4）将剩余的苯酚与上述15-17%的甲醛溶液混合，搅拌均匀，加入木质素多糖溶液、氢氧化钠，在90-95℃下搅拌反应110-120分钟，加入环氧化甘油三酸酯，搅拌均匀，得木质素酚醛树脂；

（5）将上述木质素酚醛树脂、羊毛脂混合，加入到二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，为木质素酚醛树脂溶液；

（6）将上述纤维素液化产物与乌洛托品混合，加入木质素酚醛树脂溶液，搅拌均匀，送入到加热罐中，以3-4℃/min的速率逐渐升高温度，至温度为165-170℃，保温搅拌16-20分钟，加入上述磷酸二氢钾、聚乙烯亚胺，搅拌均匀，得纺丝液；降低纺丝液温度，进行纺丝，得初始纤维；

（7）配制浸渍液：所述的浸渍液是由质量比为1：3-4的浓度为18-19%的甲醛、浓度为15-16%的盐酸混合组成；将上述初始纤维加入到浸渍液中，缓慢升高温度为86-90℃，保温120-130分钟，取出、水洗，干燥，得碳纤维原丝；

（8）将上述碳纤维原丝与剩余各原料混合，放入到炭化炉中，在氮气保护下以3-4℃/min升高温度为770-800℃，炭化70-80分钟，取出冷却，磨成细粉，即得。

本发明的优点是：

本发明的反应原理是：桉树木粉在苯酚的存在下进行酸性催化液化反应，木材中的高分子物质降解,苯酚与部分中间产物反应生成了酚类物质，纤维素中的葡萄糖单元通过开环后，可发生糖组分的裂解、脱氧和酚化等反应，产生了多种酚类物质,而木质素发生降解反应后生成了大量的酚类物质。液化反应生成的这些酚类物质可以制备成热塑性酚醛树脂，这种木质基酚醛树脂经过熔融状下纺丝后,再在甲醛和盐酸的混合液体中进行交联固化反应,最后进行炭化工艺处理，可以制备出木材液化物碳纤维。

本发明的木材液化碳纤维在水蒸气的环境中高温活化，C-0易断裂, 破坏了碳纤维芳环二维平面网状乱层类石墨结构，形成含氧官能团如羟基、醚基等, 使活性碳纤维生成了较多的孔隙结构使活性碳纤维吸附能力提高，本发明还加入了木质素，与苯酚、甲醛混合反应，使分子链段活动性适当提高，有利于大分子孔洞的形成，它的网状结构把形成的较大的小分子气体球切割分裂成为均匀大小的更小的小球, 限制了过大的孔洞形成，起到平均分布孔洞直径的作用，能在树脂体系中起到保护作用，从而提高了树脂的热稳定性能，使得木质素酚醛碳纤维内部的孔洞均匀化、致密化。本发明的碳粉吸附性强，具有有效的净化空气的效果，且本身无有毒有害物质挥发，耐高热性强，安全环保性好。

具体实施方式

一种环保碳粉，它是由下述重量份的原料组成的：

磷酸二氢钾1、聚乙烯亚胺2、桉树木粉100、苯酚50、磷酸0.6、乌洛托品0.03、15%的甲醛溶液17、木质素2、氢氧化钠0.1、二甲基甲酰胺20、木质素磺酸钠1.3、硫酸铝铵1、环氧化甘油三酸酯0.2、海藻多糖1、芥酸酰胺0.3、丙酸纤维素3、羊毛脂0.2。

一种所述的环保碳粉的制备方法，包括以下步骤：

（1）取上述苯酚重量的85%，与上述桉树木粉混合，搅拌均匀，送入油浴中，加入磷酸，搅拌条件下缓慢升高油浴温度，温度达到160℃时停止加热，保温搅拌2小时，出料，冷却至室温，过滤除去滤液，得液化产物；

（2）将上述木质素磺酸钠加入到其重量10倍去离子水中，加入丙酸纤维素，搅拌均匀，与上述液化产物混合，在70℃下加热至水干，得纤维素液化产物；

（3）将上述硫酸铝铵加入到其重量4倍的去离子水中，搅拌均匀，加入海藻多糖、芥酸酰胺，在50℃下保温搅拌10分钟，加入木质素，搅拌至常温，为木质素多糖溶液；

（4）将剩余的苯酚与上述15%的甲醛溶液混合，搅拌均匀，加入木质素多糖溶液、氢氧化钠，在90℃下搅拌反应110分钟，加入环氧化甘油三酸酯，搅拌均匀，得木质素酚醛树脂；

（5）将上述木质素酚醛树脂、羊毛脂混合，加入到二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，为木质素酚醛树脂溶液；

（6）将上述纤维素液化产物与乌洛托品混合，加入木质素酚醛树脂溶液，搅拌均匀，送入到加热罐中，以3℃/min的速率逐渐升高温度，至温度为165℃，保温搅拌16分钟，加入上述磷酸二氢钾、聚乙烯亚胺，搅拌均匀，得纺丝液；降低纺丝液温度，进行纺丝，得初始纤维；

（7）配制浸渍液：所述的浸渍液是由质量比为1：3的浓度为18%的甲醛、浓度为15%的盐酸混合组成；将上述初始纤维加入到浸渍液中，缓慢升高温度为86℃，保温120分钟，取出、水洗，干燥，得碳纤维原丝；

（8）将上述碳纤维原丝与剩余各原料混合，放入到炭化炉中，在氮气保护下以3℃/min升高温度为770℃，炭化70分钟，取出冷却，磨成细粉，即得。

性能测试：

比表面积为1169m²/g，平均孔容为0.862cm³/g，平均孔径为18-20nm。

Claims (2)

1.一种环保碳粉，其特征在于，它是由下述重量份的原料组成的：

磷酸二氢钾1-2、聚乙烯亚胺2-3、桉树木粉100-120、苯酚50-60、磷酸0.6-1、乌洛托品0.03-0.05、15-17%的甲醛溶液17-20、木质素2-3、氢氧化钠0.1-0.18、二甲基甲酰胺20-30、木质素磺酸钠1.3-2、硫酸铝铵1-2、环氧化甘油三酸酯0.2-0.4、海藻多糖1-2、芥酸酰胺0.3-0.4、丙酸纤维素3-5、羊毛脂0.2-0.5。

2.一种如权利要求1所述的环保碳粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）取上述苯酚重量的85-90%，与上述桉树木粉混合，搅拌均匀，送入油浴中，加入磷酸，搅拌条件下缓慢升高油浴温度，温度达到160-165℃时停止加热，保温搅拌2-3小时，出料，冷却至室温，过滤除去滤液，得液化产物；

（2）将上述木质素磺酸钠加入到其重量10-15倍去离子水中，加入丙酸纤维素，搅拌均匀，与上述液化产物混合，在70-80℃下加热至水干，得纤维素液化产物；

（3）将上述硫酸铝铵加入到其重量4-6倍的去离子水中，搅拌均匀，加入海藻多糖、芥酸酰胺，在50-60℃下保温搅拌10-16分钟，加入木质素，搅拌至常温，为木质素多糖溶液；

（4）将剩余的苯酚与上述15-17%的甲醛溶液混合，搅拌均匀，加入木质素多糖溶液、氢氧化钠，在90-95℃下搅拌反应110-120分钟，加入环氧化甘油三酸酯，搅拌均匀，得木质素酚醛树脂；

（5）将上述木质素酚醛树脂、羊毛脂混合，加入到二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，为木质素酚醛树脂溶液；

（6）将上述纤维素液化产物与乌洛托品混合，加入木质素酚醛树脂溶液，搅拌均匀，送入到加热罐中，以3-4℃/min的速率逐渐升高温度，至温度为165-170℃，保温搅拌16-20分钟，加入上述磷酸二氢钾、聚乙烯亚胺，搅拌均匀，得纺丝液；降低纺丝液温度，进行纺丝，得初始纤维；

（7）配制浸渍液：所述的浸渍液是由质量比为1：3-4的浓度为18-19%的甲醛、浓度为15-16%的盐酸混合组成；将上述初始纤维加入到浸渍液中，缓慢升高温度为86-90℃，保温120-130分钟，取出、水洗，干燥，得碳纤维原丝；

（8）将上述碳纤维原丝与剩余各原料混合，放入到炭化炉中，在氮气保护下以3-4℃/min升高温度为770-800℃，炭化70-80分钟，取出冷却，磨成细粉，即得。