一種利用廢紙制備吸附油及有機溶劑的碳泡沫的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用廢紙制備吸附油及有機溶劑的碳泡沫的方法，具體為將廢紙經(jīng)紙漿、冷凍干燥、高溫分解、退火處理后，得到憎水的碳泡沫。本發(fā)明提供的利用廢紙制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(guī)模生產(chǎn)；本發(fā)明制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，可用于污水處理或者液液分離的領(lǐng)域；并且該碳泡沫可利用分餾、擠壓的方法，實現(xiàn)對該碳泡沫的重復(fù)利用和對被吸附物的回收利用。
【專利說明】 一種利用廢紙制備吸附油及有機溶劑的碳泡沬的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用廢紙制備吸附油及有機溶劑的碳泡沫的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為城市污染的主要組成部分-廢紙(D.H.Vynios, D.A.Papaioannou, G.Filos, G.Karigiannis, T.Tziala, G.Lagios, BioResources2009, 4, 509),導(dǎo)致了 嚴(yán)重的環(huán)境問題(A.A.Zorpas, D.Arapoglou, K.Panagiotis, Waste Manage.2003, 23, 27)。
[0003]傳統(tǒng)的廢紙回收利用，主要是再將其轉(zhuǎn)化為新的紙產(chǎn)品(http: //en.wikipedia.0rg/wiki/Paper_recycling),但隨著循環(huán)利用次數(shù)的增加,越來越多的廢紙已不適合再制成紙產(chǎn)品，因此會導(dǎo)致大量的廢紙污染。
[0004]為了能夠回收利用這些廢紙及減少其給環(huán)境帶來的污染，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(chǎn)品，但是隨著紙產(chǎn)品數(shù)量的急劇增加和人們環(huán)保意識的增強，急切需要尋找其它利用廢紙的途徑。
[0005]另外，原油及有機溶劑的泄露給環(huán)境造成了很大的污染，為了除去這些污染物，固態(tài)吸附劑得到了人們的廣泛研究。傳統(tǒng)的吸附劑包括:天然的產(chǎn)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(yōu)點，但總體上，還是滿足不了實用化的需要，比如天然的產(chǎn)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于是顆粒狀，使用相當(dāng)不便；多孔聚合物在使用過程中可能會存在二次污染。
[0006]隨著新材料碳納米管及石墨烯的出現(xiàn)，基于這二者的固態(tài)吸附劑也得到了快速發(fā)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(gòu)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:制備的過程會產(chǎn)生污染如制備氧化石墨會產(chǎn)生酸性污染液；成本較高特別是采用化學(xué)氣相沉積方法來生產(chǎn)多孔吸附劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種利用廢紙制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，對其進行冷凍干燥、高溫退火等處理以獲得吸附選擇性較好的碳泡沫，實現(xiàn)方法簡單、污染小且可大批量生產(chǎn)，充分利用廢紙并有效減少廢紙帶來的環(huán)境問題。
[0008]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0009]一種利用廢紙制備吸附油及有機溶劑的碳泡沫的方法，具體為將廢紙經(jīng)打漿、冷凍干燥、高溫分解、退火處理后，得到憎水的碳泡沫。
[0010]該方法中，打漿即將廢紙制成紙漿，屬于現(xiàn)有技術(shù)；冷凍干燥即先將紙漿凍成冰凍，然后在真空環(huán)境下讓冰凍升華的過程，屬于現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明的發(fā)明點在于使用廢紙進行碳泡沫的制備，并且制備出的碳泡沫能夠用于吸附油及有機溶劑。
[0011]所述的廢紙為主要由纖維素制成的廢紙，包括生活用紙、辦公用紙、印刷用紙和紙
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[0012]優(yōu)選的，所述高溫分解的溫度為400?1500°C。
[0013]優(yōu)選的，所述高溫分解在真空或惰性氣體(比如氮氣或氬氣)環(huán)境中進行。
[0014]利用本發(fā)明方法獲得的碳泡沫，具有非常好的機械新能并對有機溶劑或油脂具有很強的吸附能力，可用于污水處理或者液液分離的領(lǐng)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、二甲基亞砜、四氫呋喃、二甲基甲酰胺、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(huán)己烷、異丙醇、苯甲醇等。另外，利用本發(fā)明方法獲得的碳泡沫可利用分餾、擠壓等方法實現(xiàn)循環(huán)利用。
[0015]有益效果:本發(fā)明提供的利用廢紙制備吸附油及有機溶劑的碳泡沫的方法，相比較現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點:1、以廢紙為原料，制備方法簡單且產(chǎn)生的污染少，因此成本低廉且能夠有效消除廢紙造成的環(huán)境污染；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，所以將碳泡沫用于吸附有機溶劑和油脂具有性能上的優(yōu)勢，可用于液液分離和污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(wěn)定性及力學(xué)性能，可采用多種方法實現(xiàn)碳泡沫的循環(huán)使用及污染物的回收利用。
【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(huán)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(huán)實驗圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0022]如圖1所示為一種利用廢紙制備吸附油及有機溶劑的碳泡沫的方法，具體為將廢打印紙(辦公用紙)經(jīng)打漿、冷凍干燥、高溫分解、退火處理后，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，并且所述高溫分解在真空或惰性氣體環(huán)境中進行。
[0023]下面結(jié)合實施例對本發(fā)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，至于水中浸泡24小時，接著加入稀鹽酸并繼續(xù)浸泡12小時，然后用水洗凈，接著再倒入水中并強力攪拌得到紙漿，然后利用冷凍干燥得到紙漿凝膠。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:將紙漿凝膠置于加熱管中，并密封好加熱管，接著將加熱管中的空氣排凈，使紙漿凝膠處于真空狀態(tài)。
[0027]第三步:將加熱管加熱到850°C并維持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，相對于圖1中的纖維，該圖中纖維明顯變細了，說明高溫導(dǎo)致了紙漿纖維表面一些物質(zhì)的分解。
[0028]第四步:對碳泡沫的吸附性能進行一系列表征。將碳泡沫作為吸附劑使用，用于液液分離或污水分離領(lǐng)域，用于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，并稱取每小塊的質(zhì)量，記為W〒，然后將小塊的碳泡沫放入待吸附的溶劑中，讓碳泡沫充分吸附，然后稱取充分吸附后的小塊碳泡沫的質(zhì)量，記為Ws，則碳泡沫的吸附率由下式計算得出:
[0029]
【權(quán)利要求】
1.一種利用廢紙制備吸附油及有機溶劑的碳泡沫的方法，其特征在于:將廢紙經(jīng)打漿、冷凍干燥、高溫分解、退火處理后，得到憎水的碳泡沫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用廢紙制備吸附油及有機溶劑的碳泡沫的方法，其特征在于:所述的廢紙為主要由纖維素制成的廢紙，包括生活用紙、辦公用紙、印刷用紙和紙箱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用廢紙制備吸附油及有機溶劑的碳泡沫的方法，其特征在于:所述高溫分解的溫度為400?1500°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用廢紙制備吸附油及有機溶劑的碳泡沫的方法，其特征在于:所述高溫分解在真空或惰性氣體環(huán)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(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】孫立濤, 畢恒昌, 吳幸, 萬樹, 周奕龍 申請人:東南大學(xué)