一種高分子改性碳粉及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種高分子改性碳粉，它是由下述重量份的原料組成的：氫氧化鈉0.1?0.18、聚磷酸銨2?3、硫酸錳0.3?1、桉樹木粉100?120、苯酚50?60、磷酸0.6?1、烏洛托品0.03?0.05、15?17%的甲醛溶液17?20、木質素2?3、二甲基甲酰胺20?30、乙酰丙酮鈣0.7?1、三硬脂酸甘油酯0.1?0.2、β?羥烷基酰胺0.7?1、聚丙烯酰胺2.5?3、聚乳酸0.8?1、季戊四醇2?3、8?羥基喹啉0.1?0.2。本發明的碳粉中加入了高分子溶液，可以有效的提高木質素酚醛樹脂的穩定性，進一步提高碳粉孔洞的致密性。
【專利說明】
一種高分子改性碳粉及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及納米碳技術領域，尤其涉及一種高分子改性碳粉及其制備方法。
【背景技術】
[0002]活性碳纖維具有直徑細小、微孔分布集中、快速吸附與脫附、能提供較大吸附容量以及高比表面積等特征，其孔隙結構和表面化學結構是決定其吸附、脫附性能的主要結構參數。碳纖維經過活化處理后，原有的纖維結構被破壞，局部形成類石墨微晶，碳原子以亂層堆疊的類石墨微晶片層形式存在由于微晶片層各平行層堆積不規則，缺乏三維有序排列，呈亂層結構，平均尺寸非常小，加上在炭化處理、活化處理工藝過程造成的各種缺陷，共同構筑了活性碳纖維相互交聯的孔隙網絡結構;活性碳纖維具有強度較高、耐高溫、不宜粉化、加工成型性好等特點，可制成布、紙等不同的性狀，以及耐酸和堿腐燭、可再生、對環境友好的特性，自問世以來，已被廣泛的應用于化學工業、電子生產、醫療衛生、環境保護等各種領域。
[0003]活性碳纖維是以高聚物為原料，經高溫碳化和活化而制成的一種纖維狀高效吸附分離材料〃依據原料的不同，人們將活性碳纖維分為粘膠基、聚丙烯腈基、瀝青基、酚醛基等活性碳纖維，它們各有獨特之處〃粘膠纖維是最早被制備成活性碳纖維的主要原料，由于其價格低廉、資源豐富，制成產品性能優異，生產成本降低潛力較大"在相同碳化-活化時間下，活性碳纖維比其它原料的活性碳纖維容易獲得更大的比表面積和吸附容量，性能價格比高〃所以，粘膠基活性碳纖維也是至今為止被研究最多、應用最廣泛的活性碳纖維之一；
目前國內外報道的活性碳纖維大多為微孔型與中孔型活性碳纖維，很少有研究人員報道大孔洞活性碳纖維的研究進展，本發明制備的碳纖維填補了這一空白，這種大孔洞活性碳纖維經過進一步改性后可被應用于醫學領域，在吸附病毒蛋白質、肌酸酐、VB12的生物蛋白質等發面具有很好的利用價值。
【發明內容】
[0004]本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種高分子改性碳粉及其制備方法。
[0005]本發明是通過以下技術方案實現的:
一種高分子改性碳粉，它是由下述重量份的原料組成的:
氫氧化鈉0.1-0.18、聚磷酸銨2-3、硫酸錳0.3-1、桉樹木粉100-120、苯酚50-60、磷酸0.6-1、烏洛托品0.03-0.05、15-17%的甲醛溶液17-20、木質素2-3、二甲基甲酰胺20-30、乙酰丙酮鈣0.7-1、三硬脂酸甘油酯0.1-0.2、β-羥烷基酰胺0.7-1、聚丙烯酰胺2.5-3、聚乳酸0.8-1、季戊四醇2-3、8_羥基喹啉0.1-0.2。
[0006]—種所述的高分子改性碳粉的制備方法，包括以下步驟:
(I)取上述苯酚重量的85-90%，與上述桉樹木粉混合，攪拌均勻，送入油浴中，加入磷酸，攪拌條件下緩慢升高油浴溫度，溫度達到160-165Γ時停止加熱，保溫攪拌2-3小時，出料，冷卻至室溫，過濾除去濾液，得液化產物；
(2)將上述聚磷酸銨加入到其重量5-8倍的去離子水中，攪拌均勻，加入β-羥烷基酰胺，40-50 0C下保溫攪拌3-6分鐘，得高分子溶液；
(3)將上述8-輕基喹啉加入到其重量17-20倍的無水乙醇中，攪拌均勻，加入季戊四醇、乙酰丙酮鈣，在60-67 °C下保溫攪拌4-5分鐘，得復合醇溶液；
(4)將上述聚丙烯酰胺加入到其重量3-4倍的去離子水中，加入木質素，攪拌均勻，得高分子木質素溶液；
(5)將剩余的苯酚與上述15-17%的甲醛溶液混合，攪拌均勻，加入高分子木質素溶液、氫氧化鈉，在90-95 °C下攪拌反應110-120分鐘，得木質素酚醛樹脂；
(6)將上述木質素酚醛樹脂加入到二甲基甲酰胺中，加入復合醇溶液，攪拌均勻，為木質素酚醛樹脂溶液；
(7)將上述液化產物與烏洛托品混合，加入木質素酚醛樹脂溶液，攪拌均勻，送入到加熱罐中，以3-4°C/min的速率逐漸升高溫度，至溫度為165-170°C，保溫攪拌16-20分鐘，加入上述高分子溶液，攪拌均勻，得紡絲液;降低紡絲液溫度，進行紡絲，得初始纖維；
(8)配制浸漬液:所述的浸漬液是由質量比為1:3-4的濃度為18-19%的甲醛、濃度為15-16%的鹽酸混合組成;將上述初始纖維加入到浸漬液中，緩慢升高溫度為86-90°C，保溫120-130分鐘，取出、水洗，干燥，得碳纖維原絲；
(9)將上述碳纖維原絲與剩余各原料混合，放入到炭化爐中，在氮氣保護下以3-4°C/min升高溫度為770-800°C，炭化70-80分鐘，取出冷卻，磨成細粉，即得。
[0007]本發明的優點是:
本發明的反應原理是:桉樹木粉在苯酚的存在下進行酸性催化液化反應，木材中的高分子物質降解，苯酚與部分中間產物反應生成了酚類物質，纖維素中的葡萄糖單元通過開環后，可發生糖組分的裂解、脫氧和酚化等反應，產生了多種酚類物質，而木質素發生降解反應后生成了大量的酚類物質。液化反應生成的這些酚類物質可以制備成熱塑性酚醛樹月旨，這種木質基酚醛樹脂經過熔融狀下紡絲后，再在甲醛和鹽酸的混合液體中進行交聯固化反應，最后進行炭化工藝處理，可以制備出木材液化物碳纖維。
[0008]本發明的木材液化碳纖維在水蒸氣的環境中高溫活化，C-O易斷裂，破壞了碳纖維芳環二維平面網狀亂層類石墨結構，形成含氧官能團如羥基、醚基等，使活性碳纖維生成了較多的孔隙結構使活性碳纖維吸附能力提高，本發明還加入了木質素，與苯酚、甲醛混合反應，使分子鏈段活動性適當提高，有利于大分子孔洞的形成，它的網狀結構把形成的較大的小分子氣體球切割分裂成為均勻大小的更小的小球，限制了過大的孔洞形成，起到平均分布孔洞直徑的作用，能在樹脂體系中起到保護作用，從而提高了樹脂的熱穩定性能，使得木質素酚醛碳纖維內部的孔洞均勻化、致密化。本發明的碳粉中加入了高分子溶液，可以有效的提尚木質素酸酸樹脂的穩定性，進一步提尚碳粉孔洞的致密性。
【具體實施方式】
[0009]—種高分子改性碳粉，它是由下述重量份的原料組成的:
氫氧化鈉0.1、聚磷酸銨2、硫酸錳0.3、桉樹木粉100、苯酚50、磷酸0.6、烏洛托品0.03、15%的甲醛溶液17、木質素2、二甲基甲酰胺20、乙酰丙酮鈣0.7、三硬脂酸甘油酯0.1 4羥烷基酰胺0.7、聚丙烯酰胺2.5、聚乳酸0.8、季戊四醇2、8羥基喹啉0.1。
[0010]—種所述的高分子改性碳粉的制備方法，包括以下步驟:
(1)取上述苯酚重量的85%，與上述桉樹木粉混合，攪拌均勻，送入油浴中，加入磷酸，攪拌條件下緩慢升高油浴溫度，溫度達到160°C時停止加熱，保溫攪拌2小時，出料，冷卻至室溫，過濾除去濾液，得液化產物；
(2)將上述聚磷酸銨加入到其重量5倍的去離子水中，攪拌均勻，加入β羥烷基酰胺，400C下保溫攪拌3分鐘，得高分子溶液；
(3 )將上述8羥基喹啉加入到其重量17倍的無水乙醇中，攪拌均勻，加入季戊四醇、乙酰丙酮鈣，在60 V下保溫攪拌4分鐘，得復合醇溶液；
(4)將上述聚丙烯酰胺加入到其重量3倍的去離子水中，加入木質素，攪拌均勻，得高分子木質素溶液；
(5)將剩余的苯酚與上述15%的甲醛溶液混合，攪拌均勻，加入高分子木質素溶液、氫氧化鈉，在90°C下攪拌反應110分鐘，得木質素酚醛樹脂；
(6)將上述木質素酚醛樹脂加入到二甲基甲酰胺中，加入復合醇溶液，攪拌均勻，為木質素酚醛樹脂溶液；
(7)將上述液化產物與烏洛托品混合，加入木質素酚醛樹脂溶液，攪拌均勻，送入到加熱罐中，以3°C/min的速率逐漸升高溫度，至溫度為165°C，保溫攪拌16分鐘，加入上述高分子溶液，攪拌均勻，得紡絲液;降低紡絲液溫度，進行紡絲，得初始纖維；
(8)配制浸漬液:所述的浸漬液是由質量比為1:3的濃度為18%的甲醛、濃度為15%的鹽酸混合組成;將上述初始纖維加入到浸漬液中，緩慢升高溫度為86°C，保溫120分鐘，取出、水洗，干燥，得碳纖維原絲；
(9)將上述碳纖維原絲與剩余各原料混合，放入到炭化爐中，在氮氣保護下以:TC/min升高溫度為7700C，炭化70分鐘，取出冷卻，磨成細粉，即得。
[0011]性能測試:
比表面積為1177m2/g，平均孔容為0.868cm3/g，平均孔徑為18-20nm。
【主權項】
1.一種高分子改性碳粉，其特征在于，它是由下述重量份的原料組成的: 氫氧化鈉0.1-0.18、聚磷酸銨2-3、硫酸錳0.3-1、桉樹木粉100-120、苯酚50-60、磷酸0.6-1、烏洛托品0.03-0.05、15-17%的甲醛溶液17-20、木質素2-3、二甲基甲酰胺20-30、乙酰丙酮鈣0.7-1、三硬脂酸甘油酯0.1-0.2、β-羥烷基酰胺0.7-1、聚丙烯酰胺2.5-3、聚乳酸0.8-1、季戊四醇2-3、8_羥基喹啉0.1-0.2。2.—種如權利要求1所述的高分子改性碳粉的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)取上述苯酚重量的85-90%，與上述桉樹木粉混合，攪拌均勻，送入油浴中，加入磷酸，攪拌條件下緩慢升高油浴溫度，溫度達到160-165Γ時停止加熱，保溫攪拌2-3小時，出料，冷卻至室溫，過濾除去濾液，得液化產物； (2)將上述聚磷酸銨加入到其重量5-8倍的去離子水中，攪拌均勻，加入β-羥烷基酰胺，40-50 0C下保溫攪拌3-6分鐘，得高分子溶液； (3)將上述8-羥基喹啉加入到其重量17-20倍的無水乙醇中，攪拌均勻，加入季戊四醇、乙酰丙酮鈣，在60-67 °C下保溫攪拌4-5分鐘，得復合醇溶液； (4)將上述聚丙烯酰胺加入到其重量3-4倍的去離子水中，加入木質素，攪拌均勻，得高分子木質素溶液； (5)將剩余的苯酚與上述15-17%的甲醛溶液混合，攪拌均勻，加入高分子木質素溶液、氫氧化鈉，在90-95 °C下攪拌反應110-120分鐘，得木質素酚醛樹脂； (6)將上述木質素酚醛樹脂加入到二甲基甲酰胺中，加入復合醇溶液，攪拌均勻，為木質素酚醛樹脂溶液； (7)將上述液化產物與烏洛托品混合，加入木質素酚醛樹脂溶液，攪拌均勻，送入到加熱罐中，以3-4°C/min的速率逐漸升高溫度，至溫度為165-170°C，保溫攪拌16-20分鐘，加入上述高分子溶液，攪拌均勻，得紡絲液;降低紡絲液溫度，進行紡絲，得初始纖維； (8)配制浸漬液:所述的浸漬液是由質量比為1:3-4的濃度為18-19%的甲醛、濃度為15-16%的鹽酸混合組成;將上述初始纖維加入到浸漬液中，緩慢升高溫度為86-90°C，保溫120-130分鐘，取出、水洗，干燥，得碳纖維原絲； (9)將上述碳纖維原絲與剩余各原料混合，放入到炭化爐中，在氮氣保護下以3-4°C/min升高溫度為770-800°C，炭化70-80分鐘，取出冷卻，磨成細粉，即得。
【文檔編號】B01J20/20GK106000305SQ201610398292
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月7日
【發明人】王建平
【申請人】上海活性炭廠有限公司