專利名稱：：導電聚合物改性活性炭的制備方法
技術領域：
：本發明涉及一種復合材料制備方法，特別涉及一種用于工業污水或染料水凈化處理的導電聚合物改性活性炭的制備方法。
背景技術：
：活性炭作為一種吸附材料被廣泛的應用，它具有較強的吸附性和催化性能，且耐酸堿、耐熱，不溶于水和有機溶劑，原料充足、易再生，是一種環境友好型吸附劑。活性炭廣泛用于工業三廢治理、溶劑回收、食品飲料提純、載體、醫藥、黃金提取、半導體應用、電池和電能貯存等。應用領域的拓寬對活性炭性能提出了更高的要求，從而進一步促進了活性炭在原料、制備方法等方面的發展，也促進了不同品種特殊性能活性炭的研究開發。常用的改性方法有表面結構特性、表面化學性質和電化學性質3種。表面結構特性改性主要是從增大比表面積和控制孔徑分布兩方面展開，從而增大吸附量；表面化學性質改性主要是通過氧化還原改變表面含氧酸性、堿性基團的相對含量以及負載金屬改性，從而改變對極性、極性較弱或非極性物質的吸附能力；電化學性質改性主要是通過加微電場改變活性炭表面的帶電性和由此而產生的化學性質的變化，從而改變吸附性能。近年來，很多學者越來越重視活性炭表面官能團的作用，并進行了大量的研究，如用強酸或強堿對活性炭材料的吸附表面化學性質改性。然而，不管是氧化改性還是還原改性，都只是改變活性炭表面的官能團，如果能將具有特殊功能或者具有特殊官能團的高分子功能性聚合物引入到活性炭孔道中，將會得到一種具有高選擇性的吸附材料，這種材料既可以發揮活性炭的孔結構優勢，還能利用聚合物的特有功能對廢水中污染物進行清除。例如，聚甲基丙烯酸一N，N—二甲氨基乙酷可與某些金屬離子形成穩定的鰲合物，從而去除水溶液中的金屬離子。而且與小分子有機物改性劑相比，一般來說，聚合物改性沒有毒性，本身比較安全，不會造成二次污染，而且提供豐富的官能團。經對現有技術的文獻檢索發現，在多孔碳的孔洞內直接加入聚合物制備用于吸附的復合材料己經得到很好的研究。這些復合材料以介孔碳為基體，直接將聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯等聚合物滲入到介孔碳的孔洞中，制得物理混合的復合材料，并利用這種復合材料吸附維生素或者水處理等，其不足在于介孔碳本身的制備比較復雜，不易批量生產。而且聚甲基丙烯酸甲酯是直接滲透進入基體，并沒有與基體有機結合成一體，存在穩定性較差等問題。
發明內容本發明的目的在于提供一種用于水處理的導電聚合物改性活性炭的制備方法，使其可成功實現導電聚合物原位聚合在活性炭表面，并且得到具有較大的比表面積的導電聚合物改性活性炭，同時，這種材料仍具有之前導電聚合物的功能性。本發明的目的是通過以下技術方案實現的導電聚合物改性活性炭的制備方法(1)采用超聲聚合法制備第一步，將活性炭分散于酸性溶液，進行超聲分散；第二步，加入導電聚合物單體，繼續分散，使其均勻分散粘附在活性炭表面；第三步，用滴液漏斗加入引發劑溶液，在超聲波振動下反應，反應結束后用蒸餾水清洗抽慮產物、干燥，得到導電聚合物改性活性炭；(2)采用固相合成法制備第一步，將活性炭和導電聚合物單體置于球磨機或研缽中，充分研磨混合；第二步，加入引發劑，繼續研磨，使反應充分進行；第三步，研磨產物在室溫條件下靜置，用蒸餾水清洗抽慮產物、干燥，得到導電聚合物改性活性炭。所述的導電聚合物改性活性炭的制備方法，引發劑為過硫酸銨、過硫酸鉀、三氯化鐵，濃度為2mol/L。所述的導電聚合物改性活性炭的制備方法，活性炭與導電聚合物質量比為5:1~5:5，其中最佳配比為5:1，導電聚合物單體與引發劑摩爾比為l:1~3:1，其中最佳配比為l:1。所述的導電聚合物改性活性炭的制備方法，導電聚合物單體為苯胺、吡咯、對苯二胺、間苯二胺、鄰苯二胺、吲哚；單體濃度為0.1g/L~5g/L，最佳范圍lg/L~20g/L，最佳為10g/L。所述的導電聚合物改性活性炭的制備方法，超聲聚合法的酸性溶液為硫酸、鹽酸、磷酸、硝酸類無機酸或甲酸、乙酸、草酸、對甲苯磺酸和樟腦酸的有機酸，其濃度范圍在0.1mol/L~2mol/L，最佳范圍為0.5mol/L~lmol/L，最佳為lmol/L。所述的導電聚合物改性活性炭的制備方法，超聲聚合法的活性炭在酸性溶液超聲分散0.5小時~3小時，最佳范圍0.5小時~1小時，最佳為0.5小時，加入苯胺繼續超聲分散0.5小時~3小時，最佳范圍0.5小時~1小時，最佳為0.5小時。所述的導電聚合物改性活性炭的制備方法，超聲聚合法的反應物充分分散后，繼續超聲波振動反應15小時反應完成，最佳范圍13小時，最佳2小時。所述的導電聚合物改性活性炭的制備方法，固相合成法的反應物充分研磨反應15小時反應完成，最佳范圍13小時，最佳2小時；反應結束后，產物室溫靜置624小時，最佳范圍615小時，最佳12小時。所述的導電聚合物改性活性炭的制備方法，所述得到的活性炭為煙氣脫硫活性炭、氣體凈化活性炭、水處理用活性炭、溶劑回收用活性炭、汽車用活性炭或氣體分離用活性炭。本發明的優點與效果是本發明利用活性炭的豐富孔道，將導電聚合物單體原位聚合在活性炭的表面和孔洞內部，從而得到兼具聚苯胺導電性優點和活性炭多孔性優點的活性炭/導電聚合物復合材料。利用本發明方法，可得到具有導電聚合物功能化的活性炭材料。與制備過程復雜的介孔碳材料相比，活性炭材料作為基體制備過程簡單且產量豐富，有利于此類材料的大量應用。制備得到的活性炭/導電聚合物復合材料不是聚合物和活性炭兩者的簡單物理混合，而是將聚合物單體原位聚合在經過改性的活性炭的孔洞中，有效地解決了復合材料的穩定性問題。同時，復合材料保持了來源于活性碳高比表面的物理吸附，更為重要的是聚苯胺的帶電性可以有效的吸附帶負電的染料，從而達到污水處理的目的，為材料的吸附提供化學吸附，在物理吸附和化學吸附兩種作用的協同作用下，可以提高復合材料的吸附性能。具體實施例方式下面對本發明進行詳細說明本發明制備的導電聚合物改性活性炭，通過物理吸附與化學吸附的協同作用，可用于有機物或重金屬污染的廢水處理，也可用于水處理裝置的水芯材料本發明從活性炭的吸附作用與導電聚合物的帶電性方面考慮，將兩者進行復合形成復合材料用于水中有機染料和重金屬離子的吸附。聚苯胺帶正電性，將其吸附在活性炭上，可以有效的吸附帶負電的染料，從而達到污水處理的目的。本發明各原料的配比和反應條件是經過發明人進行大量的摸索和試驗總結得出的，各原料在下述條件范圍內都具有較好的效果。實例一活性炭/聚苯胺復合材料吸附甲基橙稱取5g中孔活性炭，加入lmo1/1鹽酸溶液100ml，進行超聲波振動半小時。再加入lg苯胺，繼續振動半小時。配制2mo1/1的過硫酸銨溶液。用滴液漏斗緩慢加入與苯胺摩爾比為1:1的過硫酸銨溶液。加入完畢后繼續在超聲波振動中反應2小時。將所得產品清洗干凈并將其烘干。稱取0.5g所得產品，將其加入到50ml的12mg/l的甲基橙溶液中，在磁力攪拌器的攪拌作用下，每隔20分鐘取樣，在721分光光度計上測量溶液中甲基橙的吸光度，其吸光度大小代表了甲基橙在溶液中的含量，計算溶液中甲基橙的濃度。共測量8組。所得數據如下:表l改性活性炭在12mg/l甲基橙溶液中的吸附數據<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從實驗結果可以知道，改性材料對甲基橙的吸附效果明顯優于活性炭。通過吸附曲線可以知道，活性炭的吸附速率常數是0.0269，160分鐘脫色率95.3%，而活性炭/聚苯胺復合材料的吸附速率常數是0.0549，160分鐘脫色率99.6%明顯優于活性炭。實例二活性炭/聚苯胺復合材料吸附孔雀石綠孔雀石綠的高毒性導致其在廢水處理中很難被微生物降解。孔雀石綠是一種帶有金屬光澤的綠色結晶體，屬三苯甲垸類染料，是一種合成三芳基甲垸工業染料，過去常被用于制陶業紡織業、皮革業、食品顏色劑和細胞化學染色劑。本發明利用不同質量比的聚苯胺改性活性炭對孔雀石綠的吸附性能進行對比，從而得改性活性炭對工業染料污水的處理性能。實施辦法稱取lmo1/1鹽酸溶液100ml。稱取5g中孔活性炭，加入稱量好的鹽酸溶液，進行超聲波振動半小時。再加入lg苯胺，繼續振動半小時。配制2mo1/1的過硫酸銨溶液。用滴液漏斗緩慢加入與苯胺摩爾比為1:1的過硫酸銨溶液。加入完畢后繼續在超聲波振動中反應2小時。將所得產品清洗干凈并將其烘干。稱取0.5g所得產品，將其加入到50ml的8mg/1和32mg/l的孔雀石綠溶液中，在磁力攪拌器的攪拌作用下，每隔20分鐘取樣，在721分光光度計上測量溶液中孔雀石綠的吸光度，計算孔雀石綠在溶液中的濃度。所得數據如下表2改性活性炭在8mg/L孔雀石綠中的吸附數據時間10min20mn30min40min50min60min70min80min5:10.0160.0480.0290.0240.0210.0200.0190.018活性炭0.1600.1530.1310.1210.1010.1010.1010.101表3改性活性炭在32mg/L孔雀石綠中的吸附數據時間10min20mn30min40min50min60min70min80min5:10.0600.0400.0240.0300.0480.0360.0310.017活性炭0.3600.2600.2420.2130.2010.1990.1340.130將聚苯胺改性活性炭應用于孔雀石綠染料廢水的處理，在靜態吸附實驗中能夠得到很好的吸附效果，接觸時間為80min，活性炭與聚苯胺的最佳質量比為5:1，此時的聚苯胺改性活性炭擁有最優的吸附性能，較活性炭吸附效果明顯。以活性炭為原料，采用導電聚合無改性制備出性能良好的活性炭/導電聚合物復合材料，保留了了活性炭的孔道結構并且具備了導電聚合物的功能性，對工業廢水中的鵝有機染料有很好的去除效果。這不僅解決了工業和醫藥廢水處理問題，又可以有效的利用資源。權利要求1.導電聚合物改性活性炭的制備方法，其特征在于(1)采用超聲聚合法制備第一步，將活性炭分散于酸性溶液，進行超聲分散；第二步，加入導電聚合物單體，繼續分散，使其均勻分散粘附在活性炭表面；第三步，用滴液漏斗加入引發劑溶液，在超聲波振動下反應，反應結束后用蒸餾水清洗抽慮產物、干燥，得到導電聚合物改性活性炭；(2)采用固相合成法制備第一步，將活性炭和導電聚合物單體置于球磨機或研缽中，充分研磨混合；第二步，加入引發劑，繼續研磨，使反應充分進行；第三步，研磨產物在室溫條件下靜置，用蒸餾水清洗抽慮產物、干燥，得到導電聚合物改性活性炭。2.根據權利要求1所述的導電聚合物改性活性炭的制備方法，其特征在于引發劑為過硫酸銨、過硫酸鉀、三氯化鐵，濃度為2mol/L。3.根據權利要求1所述的導電聚合物改性活性炭的制備方法，其特征在于活性炭與導電聚合物質量比為5:1~5:5，其中最佳配比為5:1，導電聚合物單體與引發劑摩爾比為1:1~3:1，其中最佳配比為l:1。4.根據權利要求l所述的導電聚合物改性活性炭的制備方法，其特征在于導電聚合物單體為苯胺、吡咯、對苯二胺、間苯二胺、鄰苯二胺、吲哚；單體濃度為0.1g/L~5g/L，最佳范圍lg/L~20g/L，最佳為10g/L。5.根據權利要求1所述的導電聚合物改性活性炭的制備方法，其特征在于超聲聚合法的酸性溶液為硫酸、鹽酸、磷酸、硝酸類無機酸或甲酸、乙酸、草酸、對甲苯磺酸和樟腦酸的有機酸，其濃度范圍在0.1mol/L~2mol/L，最佳范圍為0.5mol/L~lmol/L，最佳為lmol/L。6.根據權利要求1所述的導電聚合物改性活性炭的制備方法，其特征在于超聲聚合法的活性炭在酸性溶液超聲分散0.5小時~3小時，最佳范圍0.5小時~1小時，最佳為0.5小時，加入苯胺繼續超聲分散0.5小時~3小時，最佳范圍0.5小時1小時，最佳為0.5小時。7.根據權利要求1所述的導電聚合物改性活性炭的制備方法，其特征在于超聲聚合法的反應物充分分散后，繼續超聲波振動反應1~5小時反應完成，最佳范圍13小時，最佳2小時。8.根據權利要求1所述的導電聚合物改性活性炭的制備方法，其特征在于固相合成法的反應物充分研磨反應1~5小時反應完成，最佳范圍1~3小時，最佳2小時；反應結束后，產物室溫靜置624小時，最佳范圍6~15小時，最佳12小時。9.根據權利要求1所述的導電聚合物改性活性炭的制備方法，其特征在于所述得到的活性炭為煙氣脫硫活性炭、氣體凈化活性炭、水處理用活性炭、溶劑回收用活性炭、汽車用活性炭或氣體分離用活性炭。全文摘要導電聚合物改性活性炭的制備方法，涉及一種復合材料制備方法。本發明公開兩種導電聚合物改性活性炭的制備方法及其在環境凈化料領域的應用。本發明制備方法的特征在于在超聲波振動或固相反應條件下，使導電聚合物單體在活性炭表面進行原位聚合反應，得到活性炭/導電聚合物復合材料。本發明方法制得的導電聚合物改性活性炭仍保持活性炭特有的較高比表面積，并具有來源于導電聚合物的功能性，對水溶液中的金屬離子和有機物具有優異的吸附性能，是一種水污染處理和環境凈化的新型復合材料。文檔編號B01J20/22GK101612554SQ20091001313公開日2009年12月30日申請日期2009年8月13日優先權日2009年8月13日發明者兵冷,宛彤昕,李艷花,峰許,谷亞新,馬健巖申請人:沈陽建筑大學