[發明專利]一種利用PET廢料制備氮摻雜活性炭的方法

有效

• 申請號: 201210544564.2
• 申請日: 2012-12-14
• 公開（公告）號: CN103121678A
• 公開（公告）日: 2013-05-29
• 發明（設計）人: 周穎;邱介山;趙強;孫利;王春雷;劉哲;王道龍;侯雨辰;金新新
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C01B31/10
• 分類號: C01B31/10;C01B31/12
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明涉及一種利用PET廢料制備氮摻雜活性炭的方法，屬于化工以及環境保護技術領域。

背景技術

聚對苯二甲酸乙二酯（簡稱PET）是熱塑型聚酯中主要的品種之一，它是對苯二甲酸與乙二醇的縮聚物。PET因其具有優良的特性，如耐熱性、耐化學藥品性、強韌性、電絕緣性、安全性等，且價格便宜，故被廣泛應用，如制作纖維、薄膜、工程塑料、聚酯瓶等。隨之而來的是每年大量PET廢棄物的產生，造成環境污染和資源浪費。因此，PET廢料的回收利用得到了國內外相關人士的廣泛重視。

PET作為合成聚酯的主要成分，是一種高分子聚合物，通常具有碳含量高、雜質含量少的特點，因而可以作為制備高性能活性炭的優良原料。公開號CN101708843A的專利公開了一種利用PET礦泉水瓶制備高比表面積活性炭的方法，采用廢棄PET礦泉水瓶為原料，將原料堿性水解后再活化制得的活性炭，該活性炭的比表面積可達2831?m^2?g^-1以上，孔徑分布以2~5?nm中孔為主，具有良好的吸附性能。

活性炭因其特殊的物理化學性質，被廣泛用做吸附劑、電極材料、催化劑載體等。通過表面化學改性，如氧、氮、硫、磷等的摻雜，可以有效改善活性炭的浸潤性能，從而提高其比表面積的利用率，改善材料的吸附和電學性能。對活性炭進行氮摻雜是一種常用的活性炭化學改性手段，而氮的引入主要有兩種方法。一種是以富氮碳源為原料，進行原位摻雜。如公開號為CN101837969B的專利公開了一種制備超級電容器電極材料用含氮多孔炭材料的方法，以氨基葡萄糖鹽酸鹽或氨基葡萄糖硫酸鹽為原料，通過水熱法制備含氮多孔炭前軀體，并通過堿活化法制得多孔炭材料，制得的材料具有合適的比表面積和含氮量，是理想的電容器電極材料。另一種是通過對活性炭進行表面處理的方法獲得。如公開號為CN101352681B的專利公開了一種以氮摻雜活性炭為載體的低溫SCR催化劑，采用NH₃處理活性炭，對其進行氮摻雜改性，有效地增加了活性炭表面的堿性基團，從而提高活性炭的催化還原性能。

本發明以PET廢料為原料，以有機胺或無機銨鹽為氮源，制得氮摻雜活性炭材料。制備工藝過程簡單、摻氮量可控。為PET廢料的回收利用提供了一條新途徑。

發明內容

本發明旨在提供一種利用PET廢料制備氮摻雜活性炭的方法，所要解決的問題是以PET廢料為原料，以有機胺或無機銨鹽為氮源，制備氮摻雜活性炭。

本發明的技術方案：

一種利用PET廢料制備氮摻雜活性炭的方法，將空氣預氧化PET廢料與氮源混合后在惰性氣氛下進行炭化處理，采用物理活化法或化學活化法對炭化產物進行活化處理，即得氮摻雜活性炭。PET廢料預氧化溫度為250~400℃，預氧化時間為3~48?h。PET廢料預氧化物與氮源的混合比例為1:0.5~8。

所述的氮源為三聚氰胺、哌嗪、二氰二胺、醋酸銨、氯化銨或磷酸銨。所述的炭化處理溫度為400~600℃，升溫速率為2~10℃/min，炭化時間為1~5?h；使用氮氣、氬氣或氦氣等惰性氣體，流量為3~18?L/h。

所述物理活化法為：將炭化產物在惰性氣氛下加熱至活化溫度，通入活化氣體進行活化處理，然后在惰性氣氛下冷卻至室溫，即得氮摻雜活性炭。所述的活化溫度為400~1000℃，升溫速率為2~10℃/min，活化時間為0.5~6?h。所述的活化氣體為水蒸氣、二氧化碳、氧氣、空氣或其混合物；氣體流量為3~18?L/h；所用的惰性氣體為氮氣、氬氣或氦氣，流量為3~18?L/h；?

所述化學活化法為：將炭化后的產物與活化劑混合，在惰性氣氛下加熱至活化溫度進行活化處理，然后在惰性氣氛下冷卻至室溫，經酸洗，水洗至中性，過濾，干燥即得活性炭。所用的活化劑為磷酸、氯化鋅、氫氧化鉀或碳酸鉀；原料與活化劑的質量比1:0.5~6；所用惰性氣體為氮氣、氬氣或氦氣，流量為3~18?L/h；所述的活化溫度為400~1000℃，升溫速率為2~10℃/min，活化時間為0.5~6?h。

以磷酸為活化劑時，用去離子水洗至中性；以氯化鋅、氫氧化鉀、碳酸鉀為活化劑時，加入鹽酸洗滌，再用去離子水洗至中性。

本發明制備的氮摻雜活性炭材料，具有較高的比表面積、合理的孔徑分布以及適宜的氮含量。所制備的氮摻雜活性炭材料用作超級電容器電極材料，具有良好的電化學特性。

附圖說明

圖1是實施例1氮摻雜活性炭的吸附/脫附曲線。

圖2是實施例1氮摻雜活性炭的孔分布曲線。