[發明專利]一種聚酰亞胺絕緣粒子的制備方法

在審

• 申請號: 201710993308.4
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107935124A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 王耀斌
• 申請（專利權）人: 陜西盛邁石油有限公司
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/72
• 代理公司: 西安億諾專利代理有限公司61220
• 代理人: 康凱

技術領域

本發明屬于材料制備領域，尤其涉及一種聚酰亞胺絕緣粒子的制備方法。

背景技術

隨著科技的不斷發展，許多新的材料被應用于生活的方方面面。三維電極電催化氧化是一種新型的高級氧化技術，具有操作條件溫和、無二次污染、產生的·OH能將難降解有機污染物礦化等優點。復極性三維電極反應器中大都選用石英砂、玻璃珠、塑料等材料作為絕緣粒子，并按一定的體積比或質量比與粒子電極混合后作為床層填料，但由于石英砂、玻璃珠、塑料等絕緣粒子的材質、密度、形狀尺寸與粒子電極相差甚大，很難使之均勻分布在粒子電極中，不能有效減少短路電流，運行中產生電極材料與絕緣材料分層的現象，甚至導致絕緣失效，造成電流短路。

發明內容

本發明旨在解決上述問題，提供一種聚酰亞胺絕緣粒子的制備方法。

一種聚酰亞胺絕緣粒子的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

（1）將圓柱型活性炭用蒸餾水浸泡，沖洗后置于燒杯中，沸煮后靜置冷卻后濾去水分，放入烘箱中烘干后待用；

（2）將預處理后的活性炭浸漬在聚酰胺酸溶液中，輕微攪動后取出，平攤在玻璃平板上使活性炭表面形成聚酰胺酸薄膜，置入真空烘箱中，升溫至110℃并保溫50min脫除溶劑，繼續升溫至310℃并保溫60min后，熱亞胺化形成PI 薄膜；

（3）將涂膜絕緣粒子取出自然冷卻至室溫，重復上述步驟（2）一次即可制備得表面包覆均勻致密的PI 薄膜的絕緣粒子。

本發明所述的一種聚酰亞胺絕緣粒子的制備方法，其特征在于步驟（1）中所述圓柱型活性炭為4mm。

本發明所述的一種聚酰亞胺絕緣粒子的制備方法，其特征在于步驟（1）中所述浸泡時間為8~12h。

本發明所述的一種聚酰亞胺絕緣粒子的制備方法，其特征在于步驟（1）中所述沸煮時間為10~15min。

本發明所述的一種聚酰亞胺絕緣粒子的制備方法，其特征在于步驟（1）中所述沖洗次數為3次。

本發明所述的一種聚酰亞胺絕緣粒子的制備方法，通過對工藝的改進，浸漬涂膜、脫水環化制備了PI 絕緣粒子，使得所制備的粒子具有優異的電絕緣性能，有效減小了短路電流，提高了電流效率，提高了三維電極反應器對染料廢水的電解效果。本發明工藝簡單，易于操作，適合推廣。

具體實施方式

一種聚酰亞胺絕緣粒子的制備方法，包括如下步驟：

（1）將圓柱型活性炭用蒸餾水浸泡，沖洗后置于燒杯中，沸煮后靜置冷卻后濾去水分，放入烘箱中烘干后待用；

（2）將預處理后的活性炭浸漬在聚酰胺酸溶液中，輕微攪動后取出，平攤在玻璃平板上使活性炭表面形成聚酰胺酸薄膜，置入真空烘箱中，升溫至110℃并保溫50min脫除溶劑，繼續升溫至310℃并保溫60min后，熱亞胺化形成PI 薄膜；

（3）將涂膜絕緣粒子取出自然冷卻至室溫，重復上述步驟（2）一次即可制備得表面包覆均勻致密的PI 薄膜的絕緣粒子。

本發明所述的一種聚酰亞胺絕緣粒子的制備方法，步驟（1）中所述圓柱型活性炭為4mm。步驟（1）中所述浸泡時間為8~12h。步驟（1）中所述沸煮時間為10~15min。步驟（1）中所述沖洗次數為3次。通過改變床層填料中PI 絕緣粒子與活性炭粒子的不同體積比，考察其對電催化降解效果的影響，以確定床層填料中絕緣粒子與活性炭粒子的最佳體積比。當床層填料中絕緣粒子含量較小而活性炭過量時，活性炭直接接觸造成短路，使得床層中活性炭粒子受靜電感應成為粒子電極的比例低，因而體系的降解效率低。隨著絕緣粒子與活性炭粒子體積比的增加，脫色率和COD去除率不斷提高，當絕緣粒子與活性炭體積比達到1／3時，脫色率與COD去除率最高，說明PI絕緣粒子的加入有效減少了床層填料中粒子電極間的短路電流，提高了三維電極體系對染料廢水的降解效率。此后，繼續增加絕緣粒子，脫色率與COD去除率反而下降。這是因為絕緣粒子的功能是阻止床層中粒子電極間的直接接觸而導致的短路電流，絕緣粒子本身不能起到微電解池的作用，因此，隨著絕緣粒子與活性炭體積比的增加，絕緣效果提高，但活性炭粒子比例越來越小。在15～25 V 范圍內，脫色率和COD去除率均隨電壓的加大而提高，當電壓達到25V 時，COD去除率達到最高。這是由于外加電壓的增大，使得床層中因靜電感應而成為粒子電極的粒子數目的比例，即粒子電極的復極化率提高，同時外加電壓的增大增加了電化學反應的動力，若繼續加大電壓至30 V 時，雖然脫色率仍然提高，但提高的幅度已很小，而COD 去除率略微下降，這可能是因為過高的電壓加劇了活性炭表面上的水解或出現其它副反應所致，因此，電解電壓以25 V 為最佳。，在pH 值為2～5 的范圍內，染料廢水色度和COD 均能得到較好的去除，最佳初始pH 值為4。溶液pH 值不僅影響主電極和粒子電極對染料的吸附，也影響主電極和粒子電極表面的電荷，從而影響整個體系的電催化氧化效率；在堿性條件下析氧電位的降低，增加了副反應，降低了電流效率，從而影響電解效果。而在酸性環境中，染料氧化過程中的中間產物較容易被進一步降解，促進電極將其表面的水電解催化轉為過氧化氫，加快染料分子的氧化降解。此外，酸性條件下的羥基自由基有更強的氧化性，染料更容易被氧化。但pH 值越低，越有利于H⁺ 在陰極板和粒子電極的陰極端還原成H₂，減少了雙氧水產率從而減少了羥基自由基的產率。過大的曝氣量降低了染料在電極表面的吸附，并使電催化過程中產生的雙氧水和羥基自由基淬滅，從而降低降解效率。當pH 值大于13 時PI 薄膜開始出現溶解，并隨pH 值的加大而加大。但PI 絕緣粒子的耐酸堿腐蝕性能已遠好于乙酸纖維素涂膜活性炭，因而作為復極性三維電極反應器的絕緣粒子，其適用范圍將更為廣闊。