[發明專利]用于脫硫廢液催化氧化及脫色的超結構碳材料的制備方法

在審

• 申請號: 202211278002.8
• 申請日: 2022-10-19
• 公開（公告）號: CN115672369A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 張亞峰;安路陽;王宇楠;楊爽;裴振
• 申請（專利權）人: 中鋼集團鞍山熱能研究院有限公司
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J23/75;B01J21/18;B01J35/10;B01J37/00;B01J37/08;C02F1/72;C02F1/74;B01J20/20;B01J20/30;C02F101/10;C02F101/16;C02F103/18
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所(普通合伙) 21224
• 代理人: 佟寧

1.用于脫硫廢液催化氧化及脫色的超結構碳材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)脫色廢活性炭機械球磨：以焦化脫硫廢液提鹽工藝中脫色產生的廢活性炭為原料，采用機械球磨實現廢活性炭破碎、再生并重建微觀孔隙結構，獲得超結構碳；

2)聚酰亞胺基前驅體制備：將肼和3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐溶解于N,N-二甲基甲酰胺，加入磺化酞菁鈷，發生聚合反應并以聚合產物聚酰亞胺自組裝功能形成摻雜N、O、S雜原子并含鈷的聚酰亞胺基前驅體，洗滌并烘干，獲得聚酰亞胺基前驅體；

3)超結構碳與聚酰亞胺基前驅體復合：將超結構碳和聚酰亞胺基前驅體超聲分散在甲醇中，加入表面活性劑并攪拌，利用表面活性劑將聚酰亞胺基前驅體誘導進入活性炭孔隙結構，真空干燥，獲得超結構碳與聚酰亞胺基前驅體的復合體；

4)超結構碳與聚酰亞胺基前驅體的復合體熱解：將超結構碳與聚酰亞胺基前驅體的復合體進行熱解，以去除聚酰亞胺基前驅體中聚酰亞胺并形成超結構催化劑，同時使超結構催化劑組分牢固負載在超結構碳上，形成復合超結構碳材料。

2.根據權利要求1所述的用于脫硫廢液催化氧化及脫色的超結構碳材料的制備方法，其特征在于，上述步驟1)中，機械球磨根據其實現功能不同分為三階段：首先低速球磨破碎廢活性炭，球磨轉速為50～100r/min，球磨時間為0.5～1h；然后加乙腈中速球磨去除廢活性炭中污染物，球磨轉速為300～500r/min，球磨時間為4～5h，乙腈用量為0.5～1.2mL乙腈/g廢活性炭；最后高速球磨改變廢活性炭微觀孔隙結構，球磨轉速為800～1000r/min，球磨時間為3～5h，并通如25～35℃熱空氣，熱空氣流量為1～5L/min，吹走污染物和乙腈并干燥廢活性炭，實現從廢活性炭得到超結構碳。

3.根據權利要求1所述的用于脫硫廢液催化氧化及脫色的超結構碳材料的制備方法，其特征在于，上述步驟2)中：肼、3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐及磺化酞菁鈷的質量之比為1:2～5:0.5～1；N,N-二甲基甲酰胺作為溶劑保持固液比1:10～15，室溫下攪拌1～2h，再于150～180℃攪拌反應6～10h；自然冷卻至室溫，離心分離獲得沉淀物，用N,N-二甲基甲酰胺和甲醇洗滌2～4次沉淀物并在50～60℃下真空干燥，獲得摻雜N、O、S雜原子并含有鈷的聚酰亞胺基前驅體粉末。

4.根據權利要求1所述的用于脫硫廢液催化氧化及脫色的超結構碳材料的制備方法，其特征在于，上述步驟3)，摻雜N、O、S雜原子并含有鈷的聚酰亞胺基前驅體粉末質量為超結構碳質量的1％～10％，甲醇作為溶劑保持固液比1:1～2，表面活性劑用量為甲醇體積的10％～15％，攪拌并超聲分散處理1～5h，在100～120℃下干燥10～12h。

5.根據權利要求4所述的用于脫硫廢液催化氧化及脫色的超結構碳材料的制備方法，其特征在于，所述表面活性劑為聚氧乙烯十六烷基醇、聚氧乙烯十八醇、聚氧乙烯脂肪醇和聚氧乙烯脂肪酸中的一種或多種。

6.根據權利要求1所述的用于脫硫廢液催化氧化及脫色的超結構碳材料的制備方法，其特征在于，上述步驟4)是將超結構碳與聚酰亞胺基前驅體的復合體在惰性氣體保護氛圍下熱解，惰性氣體流速0.08～0.25L/min，熱解溫度600～800℃，熱解時間2～3h，升溫速率1～10℃/min，自然冷卻至室溫，即得兼具催化氧化和脫色功能的復合超結構碳材料。

7.根據權利要求6所述的用于脫硫廢液催化氧化及脫色的超結構碳材料的制備方法，其特征在于，所述惰性氣體為氮氣、氬氣。

8.根據權利要求1-7其中任意一項所述的用于脫硫廢液催化氧化及脫色的超結構碳材料的制備方法，其特征在于，所述復合超結構碳材料的比表面積為2500～3000m²/g、孔徑為0.5～6nm，鈷負載量為5～10％。