一種利用廢紙製備吸附油及有機溶劑的碳泡沫的方法

2023-12-06 16:37:56 1

一種利用廢紙製備吸附油及有機溶劑的碳泡沫的方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用廢紙製備吸附油及有機溶劑的碳泡沫的方法，具體為將廢紙經紙漿、冷凍乾燥、高溫分解、退火處理後，得到憎水的碳泡沫。本發明提供的利用廢紙製備吸附油及有機溶劑的碳泡沫的方法，方法簡單、成本低、可大規模生產；本發明製備的碳泡沫具有非常好的機械性能及對有機溶劑或油脂具有很強的吸附能力，因此，可用於汙水處理或者液液分離的領域；並且該碳泡沫可利用分餾、擠壓的方法，實現對該碳泡沫的重複利用和對被吸附物的回收利用。
【專利說明】 一種利用廢紙製備吸附油及有機溶劑的碳泡沬的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種利用廢紙製備吸附油及有機溶劑的碳泡沫的方法。
【背景技術】
[0002]作為城市汙染的主要組成部分-廢紙(D.H.Vynios, D.A.Papaioannou, G.Filos, G.Karigiannis, T.Tziala, G.Lagios, BioResources2009, 4, 509),導致了 嚴重的環境問題(A.A.Zorpas, D.Arapoglou, K.Panagiotis, Waste Manage.2003, 23, 27)。
[0003]傳統的廢紙回收利用，主要是再將其轉化為新的紙產品(http: //en.wikipedia.0rg/wiki/Paper_recycling),但隨著循環利用次數的增加,越來越多的廢紙已不適合再製成紙產品，因此會導致大量的廢紙汙染。
[0004]為了能夠回收利用這些廢紙及減少其給環境帶來的汙染，人們開始利用廢紙來制乙醇(M.ffayman, S.Chen, K.Doan, Process Biochem.1992, 27, 239)、生物降解泡沫(S.H.Lee, Y.Teramoto, N.Shiraishi, J.Appl.Polym.Sc1.2002，83，1482)、甲烷(H.ff.Yen, D.E.Brune, Bioresource Technol.2007, 98, 130)等產品，但是隨著紙產品數量的急劇增加和人們環保意識的增強，急切需要尋找其它利用廢紙的途徑。
[0005]另外，原油及有機溶劑的洩露給環境造成了很大的汙染，為了除去這些汙染物，固態吸附劑得到了人們的廣泛研究。傳統的吸附劑包括:天然的產品(羊毛，沸石等)(H.M.Choi, R.M.Cloud, Environ.Sc1.Technol.1992, 26, 772 ；D.Bastani, A.A.Safekordi,A.Alihosseini,V.Taghikhani, Sep.Purif.Technol.2006, 52, 295)、膨脹石墨(X.P.Yan, Y.Y.Zhou, S.ff.Wang, K.N.Kim, J.H.Li, Talanta2006, 69，970 ；M.F.Zhao, P.Liu, Desalination2009, 249，331)、活性炭(S.D.Li, S.H.Ti an, Y.F.Feng, J.J.Lei, P.P.Wang, Y.Xiong, J.Hazard.Mater.2010, 183, 506)> 聚合物(A.M.Atta, R.A.M.El-Ghazawy, R.K.Farag, A.-A.A.Abdel-Azim, React.Funct.Polym.2006, 66, 931 ；A.M.Atta, S.H.El-Hamouly, A.M.AlSabagh, M.M.Gabr, J.Appl.Polym.Sc1.2007, 105, 2113)等。雖然它們各自都有自己的優點，但總體上，還是滿足不了實用化的需要，比如天然的產品雖然成本低，但它們不具有吸附選擇性，且吸附率非常低；膨脹石墨雖然吸附率較高但由於是顆粒狀，使用相當不便；多孔聚合物在使用過程中可能會存在二次汙染。
[0006]隨著新材料碳納米管及石墨烯的出現，基於這二者的固態吸附劑也得到了快速發展(X.C.Gui, J.Q.Wei, K.L.Wang, A.Y.Cao, H.ff.Zhu, Y.Jia, Q.K.Shu, D.H.ffu, Adv.Mater.2010, 22, 617 ；Y.Zhao, C.Hu, Y.Hu, H.Cheng, G.Shi, L.Qu, Angew.Chem.1nt.Ed.2012，51，11371)，由它們構成的吸附劑不僅具有很好的吸附選擇性，同時還具有很高的吸附率，但是這類吸附劑仍然還存在問題:製備的過程會產生汙染如製備氧化石墨會產生酸性汙染液；成本較高特別是採用化學氣相沉積方法來生產多孔吸附劑。

【發明內容】

[0007]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種利用廢紙製備吸附油及有機溶劑的碳泡沫的方法，以來源豐富、成本低廉的廢紙為原料，對其進行冷凍乾燥、高溫退火等處理以獲得吸附選擇性較好的碳泡沫，實現方法簡單、汙染小且可大批量生產，充分利用廢紙並有效減少廢紙帶來的環境問題。
[0008]技術方案:為實現上述目的，本發明採用的技術方案為:
[0009]一種利用廢紙製備吸附油及有機溶劑的碳泡沫的方法，具體為將廢紙經打漿、冷凍乾燥、高溫分解、退火處理後，得到憎水的碳泡沫。
[0010]該方法中，打漿即將廢紙製成紙漿，屬於現有技術；冷凍乾燥即先將紙漿凍成冰凍，然後在真空環境下讓冰凍升華的過程，屬於現有技術。本發明的發明點在於使用廢紙進行碳泡沫的製備，並且製備出的碳泡沫能夠用於吸附油及有機溶劑。
[0011]所述的廢紙為主要由纖維素製成的廢紙，包括生活用紙、辦公用紙、印刷用紙和紙
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[0012]優選的，所述高溫分解的溫度為400?1500°C。
[0013]優選的，所述高溫分解在真空或惰性氣體(比如氮氣或氬氣)環境中進行。
[0014]利用本發明方法獲得的碳泡沫，具有非常好的機械新能並對有機溶劑或油脂具有很強的吸附能力，可用於汙水處理或者液液分離的領域。所使用的廢紙包括紙箱、報紙、辦公用紙、住宅用紙等。所述有機溶劑或油脂包括植物油、原油、泵油、十二烷、正十烷、辛烷、己烷、苯酚、硝基苯、三氯甲烷、二氯苯、乙基苯、甲苯、苯、二甲基亞碸、四氫呋喃、二甲基甲醯胺、丙酮、乙醇、甲醇、煤油、蓖麻油、庚烷、柴油、汽油、菜子油、橄欖油、四氯化碳、十八烯、環己烷、異丙醇、苯甲醇等。另外，利用本發明方法獲得的碳泡沫可利用分餾、擠壓等方法實現循環利用。
[0015]有益效果:本發明提供的利用廢紙製備吸附油及有機溶劑的碳泡沫的方法，相比較現有技術具有如下優點:1、以廢紙為原料，製備方法簡單且產生的汙染少，因此成本低廉且能夠有效消除廢紙造成的環境汙染；2、獲得的碳泡沫具有很好的機械性能，對有機溶劑和油脂具有吸附能力強、吸附速度快的特點，所以將碳泡沫用於吸附有機溶劑和油脂具有性能上的優勢，可用於液液分離和汙水處理中的有機溶劑和油脂的吸附；3、獲得的碳泡沫具有非常好的熱穩定性及力學性能，可採用多種方法實現碳泡沫的循環使用及汙染物的回收利用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為紙漿凝膠的掃描電鏡圖片；
[0017]圖2為碳泡沫的掃描電鏡圖片；
[0018]圖3為碳泡沫對各種有機液體的吸附率圖；
[0019]圖4為利用分餾的方法對碳泡沫進行吸附、脫附循環實驗圖；
[0020]圖5為利用擠壓的方法對碳泡沫進行吸附、脫附循環實驗圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0022]如圖1所示為一種利用廢紙製備吸附油及有機溶劑的碳泡沫的方法，具體為將廢列印紙(辦公用紙)經打漿、冷凍乾燥、高溫分解、退火處理後，得到憎水的碳泡沫。一般來說，所述高溫分解的溫度為400~1500°C，並且所述高溫分解在真空或惰性氣體環境中進行。
[0023]下面結合實施例對本發明做進一步的說明。
[0024]實施例1
[0025]第一步:將回收來的廢紙粉碎成紙屑，至於水中浸泡24小時，接著加入稀鹽酸並繼續浸泡12小時，然後用水洗淨，接著再倒入水中並強力攪拌得到紙漿，然後利用冷凍乾燥得到紙漿凝膠。圖1為紙漿凝膠的掃描電鏡圖片，可以看到大量的纖維。
[0026]第二步:將紙漿凝膠置於加熱管中，並密封好加熱管，接著將加熱管中的空氣排淨，使紙漿凝膠處於真空狀態。
[0027]第三步:將加熱管加熱到850°C並維持2h，接著自然冷卻到室溫，即可得到所需的碳泡沫。圖2為碳泡沫的掃描電鏡圖片，可以看出，相對於圖1中的纖維，該圖中纖維明顯變細了，說明高溫導致了紙漿纖維表面一些物質的分解。
[0028]第四步:對碳泡沫的吸附性能進行一系列表徵。將碳泡沫作為吸附劑使用，用於液液分離或汙水分離領域，用於吸附有機溶劑或油脂，測試碳泡沫對各種有機溶劑或油脂的吸附率；所述吸附率的測試方式為:將碳泡沫切割成小塊，並稱取每小塊的質量，記為W〒，然後將小塊的碳泡沫放入待吸附的溶劑中，讓碳泡沫充分吸附，然後稱取充分吸附後的小塊碳泡沫的質量，記為Ws，則碳泡沫的吸附率由下式計算得出:
[0029]
【權利要求】
1.一種利用廢紙製備吸附油及有機溶劑的碳泡沫的方法，其特徵在於:將廢紙經打漿、冷凍乾燥、高溫分解、退火處理後，得到憎水的碳泡沫。
2.根據權利要求1所述的利用廢紙製備吸附油及有機溶劑的碳泡沫的方法，其特徵在於:所述的廢紙為主要由纖維素製成的廢紙，包括生活用紙、辦公用紙、印刷用紙和紙箱。
3.根據權利要求1所述的利用廢紙製備吸附油及有機溶劑的碳泡沫的方法，其特徵在於:所述高溫分解的溫度為400?1500°C。
4.根據權利要求1所述的利用廢紙製備吸附油及有機溶劑的碳泡沫的方法，其特徵在於:所述高溫分解在真空或惰性氣體環境中進行。
【文檔編號】C01B31/02GK103495397SQ201310472616
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月11日 優先權日:2013年10月11日
【發明者】孫立濤, 畢恆昌, 吳幸, 萬樹, 周奕龍 申請人:東南大學