申請日2017.11.09
公開(公告)日2018.03.13
IPC分類號(hào)C02F1/28; B01J20/20; B01J20/28; B01J20/30
摘要
本發(fā)明公開了一種含油廢水吸附材料的制備方法，由聚鄰苯二甲酸丙二醇酯、雙酚A環(huán)氧樹脂、乙烯基芐基三甲基氯化銨、椰殼、苯酚、聚乙烯醇等原料制成，本發(fā)明以椰殼制備多孔碳纖維，經(jīng)多次改性工藝處理，得到高機(jī)械強(qiáng)度、高吸附性的多孔碳纖維，再與油脂具有優(yōu)良親和性的乙烯基芐基三甲基氯化銨結(jié)合，得到具有良好的物理化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度的油脂吸附洗脫材料，由于穩(wěn)定性強(qiáng)適合于多種復(fù)雜環(huán)境條件下應(yīng)用，具有很好的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益，且易于規(guī)�；a(chǎn)。
權(quán)利要求書
1.一種含油廢水吸附材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
(1)將聚鄰苯二甲酸丙二醇酯、雙酚A環(huán)氧樹脂按質(zhì)量比1：(3-4)混合后加熱至110-130℃，攪拌至分散完全，降溫至70-80℃后再向其中加入對枯基聚醚基磺酸鹽，攪拌40-50分鐘，得預(yù)混液備用;
(2)將紡絲液置于靜電紡絲儀中，使用鋁箔紙包裹接收器，使初紡纖維收集在鋁箔紙上，紡絲過程工藝參數(shù)為正壓15-16kV，負(fù)壓1.5-2kV，推進(jìn)速率0.04-0.05mm/min，接收速率30-32r/min，針頭與接收器之間距離為15-18cm，環(huán)境溫度30-40℃，紡絲完成后在室溫下靜置一天，得到初紡纖維，再將其置于烘箱中，升溫至160-170℃固化60-70分鐘，取出后再送入管式爐中，在氮?dú)鈿夥障乱?-10℃/min的升溫速率從室溫升至750-850℃，保溫1-2小時(shí)，自然冷卻后得到碳纖維備用;
(3)以步驟2所得碳纖維作為陽極，石墨為陰極，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8-10%的磷酸銨電解質(zhì)中，控制電流密度為0.3-0.35A/m2，陽極氧化處理1.5-2分鐘，收集碳纖維用清水沖洗凈，得到改性碳纖維備用;
(4)將步驟1所得預(yù)混液用水稀釋1.5-2倍后將步驟3所得改性碳纖維浸漬于其中，2-4分鐘后取出并干燥備用;
(5)將步驟4所得干燥產(chǎn)物與乙烯基芐基三甲基氯化銨、高錳酸鉀以及水按質(zhì)量比(8-10)：(10-12)：(0.5-1)：(25-28)混合后加熱至70-80℃，反應(yīng)4-5小時(shí)后冷卻至室溫，用水洗至濾液為中性，經(jīng)固液分離后在60-80℃下干燥，即得本發(fā)明吸附材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含油廢水吸附材料的制備方法，其特征在于，所述步驟1中對枯基聚醚基磺酸鹽加入量為混合液體系質(zhì)量的3-6%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含油廢水吸附材料的制備方法，其特征在于，所述步驟2中紡絲液的制備方法為將椰殼粉碎過100-120目篩，烘干后與苯酚、濃硫酸按質(zhì)量比(5-7)：(20-25)：(0.6-0.9)混合并攪拌均勻，置于140-160℃油浴鍋中反應(yīng)100-120分鐘，之后降至室溫，加入氫氧化鈉中和pH至中性，將產(chǎn)物與80%二惡烷水溶液按體積比1：(9-11)混合攪拌60-80分鐘，離心并過濾，除去殘?jiān)髮V液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在60-70℃下濃縮，除去二惡烷，得純液化物，再與聚乙烯醇按質(zhì)量比(45-46)：(4-5)混合后用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至10-11，之后加入甲醛溶液，升溫至80-85℃，反應(yīng)2-3小時(shí)后冷卻至室溫，得到紡絲液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含油廢水吸附材料的制備方法，其特征在于，所述步驟4中干燥過程使用熱風(fēng)在130-150℃下吹2-5分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含油廢水吸附材料的制備方法，其特征在于，所述步驟5中干燥產(chǎn)物、乙烯基芐基三甲基氯化銨、高錳酸鉀、水的質(zhì)量比為9：11：0.8：26。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紡絲液的制備方法，其特征在于，加入的甲醛和苯酚物質(zhì)的量之比為n(甲醛)：n(苯酚)=(1.4-1.5)：1。
說明書
一種含油廢水吸附材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及水體治理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種含油廢水吸附材料的制備方法。
背景技術(shù)
含油廢水是一種常見的工業(yè)廢水主要來源于石油工業(yè)的采油、煉油、貯油、運(yùn)輸以及石油化工生產(chǎn)等過程，具有污染物種類多、濃度高、難生物降解和高殘留性，油品進(jìn)入水體后，會(huì)在表層形成水膜，阻止氧氣溶入水體，從而導(dǎo)致水體缺氧、生物死亡、造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，特別是產(chǎn)生的惡臭嚴(yán)重污染環(huán)境并危害人類健康。目前，由于原油業(yè)產(chǎn)生的廢水量大、成分復(fù)雜、特別是其含高濃度的酚、硫化物、硫醇、環(huán)烷酸等物質(zhì)，惡臭、污染極其嚴(yán)重，使用常規(guī)的水處理技術(shù)處理后的含油廢水會(huì)殘余更難降解的物質(zhì)，這類物質(zhì)對人類的危害最大。所以，含油廢水的處理成為當(dāng)下石油化工產(chǎn)業(yè)和環(huán)境保護(hù)等多個(gè)領(lǐng)域亟待解決的問題。
目前，常用的含油廢水處理方法有電化學(xué)法、膜分離法、氣浮法、化學(xué)凝聚法等，但其在能耗、藥劑添加、運(yùn)行費(fèi)用、污泥脫水等方面均存在其各自缺陷。吸附法處理含油廢水是利用吸附劑的多孔性和高比表面積，對廢水中的油及有機(jī)物進(jìn)行吸附，從而達(dá)到油水分離的目的。吸附法在含油廢水處理領(lǐng)域得到了越來越廣泛的研究。但常用的活性炭吸附法存在藥劑費(fèi)用高、再生困難等不足，因此，國內(nèi)外對性能良好的廉價(jià)吸附材料的使用日益重視。通常，這類吸附材料不僅需要具備廉價(jià)易得、具有優(yōu)良的處理效能，而且操作簡單，運(yùn)行費(fèi)用低。
多孔碳纖維是一種新型的多孔纖維狀吸附材料，因其獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)和形態(tài)而具有較一般多孔炭更大的比表面積、更高的孔容、更快的吸附速率和更強(qiáng)的再生能力。自從上世紀(jì)七十年代問世以來，就被廣泛應(yīng)用于空氣凈化、廢氣廢水處理、軍事防護(hù)、金屬回收、電子器材等方面，其在含油吸附方面，也表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。目前，市場上的多孔碳纖維主要有聚丙烯腈基多孔碳纖維、瀝青基多孔碳纖維、粘膠基多孔碳纖維和酚醛基多孔碳纖維等，不同碳纖維在碳化速度、產(chǎn)碳率、孔隙率以及碳化后的韌性均不一樣。因此，需要結(jié)合傳統(tǒng)碳纖維制備方法，通過優(yōu)化改進(jìn)工藝，提供孔徑小、孔隙率高、纖維均一性好以及結(jié)合力強(qiáng)的多孔碳纖維。
與此同時(shí)，由于碳纖維的制備工藝包括碳化或石墨化，使得碳纖維表面的碳原子堆疊取向更一致，原子層間距更小，所以纖維表面表現(xiàn)為非極性和化學(xué)惰性，另外碳纖維表面有疏水、光滑、吸附性能低等缺點(diǎn)，導(dǎo)致碳纖維與其復(fù)合的材料間界面粘結(jié)性差。因此，需要對碳纖維表面進(jìn)行改性，提高其與復(fù)合材料的界面粘結(jié)強(qiáng)度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種含油廢水吸附材料的制備方法。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種含油廢水吸附材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)將聚鄰苯二甲酸丙二醇酯、雙酚A環(huán)氧樹脂按質(zhì)量比1：(3-4)混合后加熱至110-130℃，攪拌至分散完全，降溫至70-80℃后再向其中加入對枯基聚醚基磺酸鹽，攪拌40-50分鐘，得預(yù)混液備用;
(2)將紡絲液置于靜電紡絲儀中，使用鋁箔紙包裹接收器，使初紡纖維收集在鋁箔紙上，紡絲過程工藝參數(shù)為正壓15-16kV，負(fù)壓1.5-2kV，推進(jìn)速率0.04-0.05mm/min，接收速率30-32r/min，針頭與接收器之間距離為15-18cm，環(huán)境溫度30-40℃，紡絲完成后在室溫下靜置一天，得到初紡纖維，再將其置于烘箱中，升溫至160-170℃固化60-70分鐘，取出后再送入管式爐中，在氮?dú)鈿夥障乱?-10℃/min的升溫速率從室溫升至750-850℃，保溫1-2小時(shí)，自然冷卻后得到碳纖維備用;
(3)以步驟2所得碳纖維作為陽極，石墨為陰極，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8-10%的磷酸銨電解質(zhì)中，控制電流密度為0.3-0.35A/m2，陽極氧化處理1.5-2分鐘，收集碳纖維用清水沖洗凈，得到改性碳纖維備用;
(4)將步驟1所得預(yù)混液用水稀釋1.5-2倍后將步驟3所得改性碳纖維浸漬于其中，2-4分鐘后取出并干燥備用;
(5)將步驟4所得干燥產(chǎn)物與乙烯基芐基三甲基氯化銨、高錳酸鉀以及水按質(zhì)量比(8-10)：(10-12)：(0.5-1)：(25-28)混合后加熱至70-80℃，反應(yīng)4-5小時(shí)后冷卻至室溫，用水洗至濾液為中性，經(jīng)固液分離后在60-80℃下干燥，即得本發(fā)明吸附材料。
所述步驟1中對枯基聚醚基磺酸鹽加入量為混合液體系質(zhì)量的3-6%。
所述步驟2中紡絲液的制備方法為將椰殼粉碎過100-120目篩，烘干后與苯酚、濃硫酸按質(zhì)量比(5-7)：(20-25)：(0.6-0.9)混合并攪拌均勻，置于140-160℃油浴鍋中反應(yīng)100-120分鐘，之后降至室溫，加入氫氧化鈉中和pH至中性，將產(chǎn)物與80%二惡烷水溶液按體積比1：(9-11)混合攪拌60-80分鐘，離心并過濾，除去殘?jiān)髮V液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在60-70℃下濃縮，除去二惡烷，得純液化物，再與聚乙烯醇按質(zhì)量比(45-46)：(4-5)混合后用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至10-11，之后加入甲醛溶液，升溫至80-85℃，反應(yīng)2-3小時(shí)后冷卻至室溫，得到紡絲液。
所述步驟4中干燥過程使用熱風(fēng)在130-150℃下吹2-5分鐘。
所述步驟5中干燥產(chǎn)物、乙烯基芐基三甲基氯化銨、高錳酸鉀、水的質(zhì)量比為9：11：0.8：26。
所述的紡絲液的制備方法，加入的甲醛和苯酚物質(zhì)的量之比為n(甲醛)：n(苯酚)=(1.4-1.5)：1。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：
本發(fā)明采用苯酚液化的方法，將椰殼液化為多活性小分子，避免傳統(tǒng)木質(zhì)素因結(jié)構(gòu)復(fù)雜且含大量雜質(zhì)，直接用于紡絲效果不理想的缺陷，再以酚醛為單元連接為高聚物，具有更快的碳化速度、更高的產(chǎn)碳率和孔隙率，并且酚醛樹脂由于形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，所以碳化后仍可保持一定韌性，再結(jié)合靜電紡絲優(yōu)化的工藝參數(shù)處理，較傳統(tǒng)的熔融紡絲，使纖維直徑更細(xì)，達(dá)到納米級，從而具有更大的比表面積，得到的碳纖維再經(jīng)聚鄰苯二甲酸丙二醇酯、雙酚A環(huán)氧樹脂處理提高碳纖維材料整體強(qiáng)度，最后經(jīng)與油脂具有優(yōu)良親和性的乙烯基芐基三甲基氯化銨結(jié)合，得到具有良好的物理化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度的油脂吸附洗脫材料，由于穩(wěn)定性強(qiáng)適合于多種復(fù)雜環(huán)境條件下應(yīng)用，同時(shí)碳纖維本身極輕的質(zhì)量令材料可以在水中懸浮，從而更多的接觸油脂，提高油脂的吸附效率，具有很好的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益，且易于規(guī)�；a(chǎn)。
