本發(fā)明涉及活性炭材料技術領域，尤其涉及一種香菇源泡沫活性炭材料及其制備方法。
背景技術：
活性炭是一種具有豐富孔隙結(jié)構(gòu)和巨大比表面積的多孔碳質(zhì)吸附材料，因其具有吸附能力強、物理化學穩(wěn)定性好、力學強度高、失效后再生等特點，而被廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、交通、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護等諸多領域，為社會的發(fā)展及人民生活質(zhì)量的提高作出了巨大貢獻，從最初發(fā)現(xiàn)木炭的吸附脫色作用到活性炭實現(xiàn)工業(yè)化工藝生產(chǎn)以及活性炭產(chǎn)品的多元化發(fā)展己經(jīng)歷了漫長的發(fā)展史。而泡沫活性炭是由孔泡和相互連結(jié)的孔泡壁組成的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔材料，這種獨特的結(jié)構(gòu)特征使其具有低密度、高比強度等特點，是一種輕質(zhì)多孔性材料。
傳統(tǒng)的泡沫活性炭在高溫炭化過程中容易破裂，導致泡沫活性炭的整體結(jié)構(gòu)難以控制。從現(xiàn)有技術文獻看，目前泡沫活性炭存在的主要問題是多以石油基原料為前驅(qū)體，加工工序復雜，制作成本高且泡沫活性炭難以降解，環(huán)境污染大。因此，研制一種孔徑均勻、形狀各異、結(jié)構(gòu)缺陷少且對環(huán)境無污染的泡沫活性炭復合材料迫在眉睫。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的一個目的是提供一種香菇源泡沫活性炭材料，具有非常好的重金屬吸附能力，對Cd具更佳的親和力，吸附率高，過濾效果好，使用壽命長。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種香菇源泡沫活性炭材料的制備方法，制備方法簡單，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
本發(fā)明要解決現(xiàn)有泡沫活性炭在高溫炭化過程中容易破裂，導致泡沫活性炭的整體結(jié)構(gòu)難以控制，且多以石油基原料為前驅(qū)體，加工工序復雜，制作成本高且泡沫活性炭難以降解，環(huán)境污染大的問題，而提供香菇源泡沫活性炭材料及其制備方法。
本發(fā)明提供的一種香菇源泡沫活性炭材料的制備方法，它是按以下步驟制備：
(1)稱量：按重量份數(shù)稱取5份～15份三聚氰胺、15份～20份37％甲醛溶液、2份～3.5份發(fā)泡劑、0.1份～0.2份硅油、0.1份～0.15份引發(fā)劑、4份～6份改性香菇腳、0.2份～0.4份交聯(lián)劑和4份～6份環(huán)氧樹脂；
(2)混合：首先將5份～15份三聚氰胺、15份～20份37％甲醛溶液、4份～6份改性香菇腳、0.2份～0.4份交聯(lián)劑和4份～6份環(huán)氧樹脂加入到1號模具中，攪拌均勻，得到混合料；
(3)發(fā)泡：將混合料加入到2號模具中，再加入2份～3.5份發(fā)泡劑、0.1份～0.2份硅油、0.1份～0.15份引發(fā)劑，攪拌至有氣泡產(chǎn)生，靜置發(fā)泡24h～48h，得到發(fā)泡后的混合物；
(4)固化：將發(fā)泡后的混合物加入到3號模具中，在室溫下固化30min～60min，然后在60℃～120℃下固化2～6h，得到泡沫改性香菇腳；
(5)活化：室溫下，將泡沫改性香菇腳浸漬于質(zhì)量百分數(shù)為10％～20％的K2CO3溶液中，反應15h～25h，得到浸漬后的泡沫材料，將浸漬后的泡沫材料置于馬弗爐中，將馬弗爐以3℃/min～5℃/min的升溫速率從室溫升溫至600℃～1000℃，然后在惰性氣體氣氛和溫度為600℃～1000℃的條件下，活化反應1h～2h，活化后自然冷卻至室溫，得到活化材料，以去離子水為洗滌液對活化材料進行水洗，直至洗滌液為中性，最后在溫度為80℃～100℃的條件下，對洗滌后的活化材料干燥1h～2h，得到香菇源泡沫活性炭材料；
所述的惰性氣體為氮氣和氬氣中的一種或兩種的混合氣體。
優(yōu)選地，步驟(1)中所述的改性香菇腳為氯化鈣改性香菇腳或氯化鎂改性香菇腳。
優(yōu)選地，步驟(1)中所述的引發(fā)劑為三亞乙基二胺、二月桂酸二丁基錫、辛酸亞錫、油酸鉀和辛酸鉀中的一種或其中兩種的混合物。
優(yōu)選地，步驟(1)中所述的引發(fā)劑為油酸鉀或辛酸鉀。
優(yōu)選地，步驟(1)中所述的交聯(lián)劑為三聚甲醛或戊二醛。
優(yōu)選地，所述的發(fā)泡劑為戊烷、環(huán)戊烷、正戊烷、異戊烷和鹵代烷烴中的一種或其中兩種的混合物。
進一步優(yōu)選地，所述的發(fā)泡劑為環(huán)戊烷和鹵代烷烴中的一種或其中兩種的混合物。
進一步優(yōu)選地，所述的發(fā)泡劑為3-氯代戊烷。
進一步優(yōu)選地，步驟(1)中所述的環(huán)氧樹脂為環(huán)氧樹脂E44或環(huán)氧樹脂E51。
本發(fā)明提供的一種香菇源泡沫活性炭材料，通過上述任意一種方法制備。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明制備的泡沫活性炭材料的結(jié)構(gòu)、成分和性能比較均勻，平均孔徑為3.6nm，網(wǎng)格較粗，而且可以加工成任何形態(tài)，材料的強度高，其壓縮模量近0.27MPa。對重金屬污染物的分離效率達到90％以上，尤其是對Cd的去除率達到98％，不易引起堵塞。
具體實施方案
實施例1：本實施例提供一種香菇源泡沫活性炭材料制備方法，按以下步驟制備：
(1)稱量：按重量份數(shù)稱取5份三聚氰胺、15份37％甲醛溶液、2份3-氯代戊烷、0.1份硅油、0.1份油酸鉀、3份氯化鈣改性香菇腳、0.2份戊二醛和4份環(huán)氧樹脂E51；
所述氯化鈣改性香菇腳是香菇腳去污、洗凈、干燥、粉碎后與0.5mol/L的氯化鈣溶液按1:5(W/V)的比例混合，調(diào)節(jié)pH到7，然后置于60℃、振蕩改性60min，105℃干燥，過80目篩制得；
(2)混合：首先將5份三聚氰胺、15份37％甲醛溶液、3份氯化鈣改性香菇腳、0.2份戊二醛和4份環(huán)氧樹脂E51加入到1號模具中，攪拌均勻，得到混合料；
(3)發(fā)泡：將混合料加入到2號模具中，再加入2份發(fā)泡劑、0.1份硅油、0.1份油酸鉀，攪拌至有氣泡產(chǎn)生，靜置發(fā)泡48h，得到發(fā)泡后的混合物；
(4)固化：將發(fā)泡后的混合物加入到3號模具中，在室溫下固化30min，然后在60℃下固化6h，得到泡沫氯化鈣改性香菇腳；
(5)活化：室溫下，將泡沫改性香菇腳浸漬于質(zhì)量百分數(shù)為10％的K2CO3溶液中，反應15h，得到浸漬后的泡沫材料，將浸漬后的泡沫材料置于馬弗爐中，將馬弗爐以3℃/min的升溫速率從室溫升溫至600℃，然后在氬氣氣氛和溫度為600℃的條件下，活化反應2h，活化后自然冷卻至室溫，得到活化材料，以去離子水為洗滌液對活化材料進行水洗，直至洗滌液為中性，最后在溫度為80℃的條件下，對洗滌后的活化材料干燥2h，得到香菇源泡沫活性炭材料。采用K2CO3代替磷酸等活化劑，由于K2CO3具有無毒、堿腐蝕性弱、易水洗去除、操作條件好等優(yōu)點。
實施例2：本實施例提供一種香菇源泡沫活性炭材料制備方法，按以下步驟制備：
(1)稱量：按重量份數(shù)稱取10份三聚氰胺、10份37％甲醛溶液、3份3-氯代戊烷、0.15份硅油、0.12份油酸鉀、4份氯化鈣改性香菇腳、0.3份戊二醛和5份環(huán)氧樹脂E51；
所述氯化鈣改性香菇腳是香菇腳去污、洗凈、干燥、粉碎后與0.5mol/L的氯化鈣溶液按1:5(W/V)的比例混合，調(diào)節(jié)pH到7，然后置于60℃、振蕩改性60min，105℃干燥，過80目篩制得；
(2)混合：首先將10份三聚氰胺、10份37％甲醛溶液、4份氯化鈣改性香菇腳、0.3份戊二醛和5份環(huán)氧樹脂E51加入到1號模具中，攪拌均勻，得到混合料；
(3)發(fā)泡：將混合料加入到2號模具中，再加入3份發(fā)泡劑、0.15份硅油、0.12份油酸鉀，攪拌至有氣泡產(chǎn)生，靜置發(fā)泡36h，得到發(fā)泡后的混合物；
(4)固化：將發(fā)泡后的混合物加入到3號模具中，在室溫下固化45min，然后在80℃下固化4h，得到泡沫氯化鈣改性香菇腳；
(5)活化：室溫下，將泡沫改性香菇腳浸漬于質(zhì)量百分數(shù)為10％～20％的K2CO3溶液中，反應20h，得到浸漬后的泡沫材料，將浸漬后的泡沫材料置于馬弗爐中，將馬弗爐以4℃/min的升溫速率從室溫升溫至800℃，然后在氬氣氣氛和溫度為800℃的條件下，活化反應1.5h，活化后自然冷卻至室溫，得到活化材料，以去離子水為洗滌液對活化材料進行水洗，直至洗滌液為中性，最后在溫度為90℃的條件下，對洗滌后的活化材料干燥1.5h，得到香菇源泡沫活性炭材料。
實施例3：本實施例提供一種香菇源泡沫活性炭材料制備方法，按以下步驟制備：
(1)稱量：按重量份數(shù)稱取15份三聚氰胺、15份37％甲醛溶液、3.5份3-氯代戊烷、0.2份硅油、0.15份油酸鉀、5份氯化鈣改性香菇腳、0.4份戊二醛和6份環(huán)氧樹脂E51；
所述氯化鈣改性香菇腳是香菇腳去污、洗凈、干燥、粉碎后與0.5mol/L的氯化鈣溶液按1:5(W/V)的比例混合，調(diào)節(jié)pH到7，然后置于60℃、振蕩改性60min，105℃干燥，過80目篩制得；
(2)混合：首先將15份三聚氰胺、15份37％甲醛溶液、5份氯化鈣改性香菇腳、0.4份戊二醛和6份環(huán)氧樹脂E51加入到1號模具中，攪拌均勻，得到混合料；
(3)發(fā)泡：將混合料加入到2號模具中，再加入3.5份發(fā)泡劑、0.2份硅油、0.15份油酸鉀，攪拌至有氣泡產(chǎn)生，靜置發(fā)泡24h，得到發(fā)泡后的混合物；
(4)固化：將發(fā)泡后的混合物加入到3號模具中，在室溫下固化60min，然后在120℃下固化2h，得到泡沫氯化鈣改性香菇腳；
(5)活化：室溫下，將泡沫改性香菇腳浸漬于質(zhì)量百分數(shù)為20％的K2CO3溶液中，反應15h，得到浸漬后的泡沫材料，將浸漬后的泡沫材料置于馬弗爐中，將馬弗爐以5℃/min的升溫速率從室溫升溫至1000℃，然后在氬氣氣氛和溫度為1000℃的條件下，活化反應1h，活化后自然冷卻至室溫，得到活化材料，以去離子水為洗滌液對活化材料進行水洗，直至洗滌液為中性，最后在溫度為100℃的條件下，對洗滌后的活化材料干燥1h，得到香菇源泡沫活性炭材料。
實施例4：本實施例提供一種香菇源泡沫活性炭材料制備方法，與實施例1的不同點是：所述油酸鉀替換為辛酸鉀，所述環(huán)氧樹脂E51替換為環(huán)氧樹脂E44。
實施例5：本實施例提供一種香菇源泡沫活性炭材料制備方法，與實施例2的不同點是：所述油酸鉀替換為辛酸鉀，所述環(huán)氧樹脂E51替換為環(huán)氧樹脂E44。
實施例6：本實施例提供一種香菇源泡沫活性炭材料制備方法，與實施例3的不同點是：所述油酸鉀替換為辛酸鉀，所述環(huán)氧樹脂E51替換為環(huán)氧樹脂E44。
實施例7：本實施例提供一種香菇源泡沫活性炭材料制備方法，與實施例1的不同點是：所述氯化鈣改性香菇腳替換為氯化鎂改性香菇腳；
所述氯化鈣改性香菇腳是香菇腳去污、洗凈、干燥、粉碎后與0.5mol/L的氯化鎂溶液按1:5(W/V)的比例混合，調(diào)節(jié)pH到7，然后置于60℃、振蕩改性60min，105℃干燥，過80目篩制得。
實施例8：本實施例提供一種香菇源泡沫活性炭材料制備方法，與實施例2的不同點是：所述氯化鈣改性香菇腳替換為氯化鎂改性香菇腳；
所述氯化鈣改性香菇腳是香菇腳去污、洗凈、干燥、粉碎后與0.5mol/L的氯化鎂溶液按1:5(W/V)的比例混合，調(diào)節(jié)pH到7，然后置于60℃、振蕩改性60min，105℃干燥，過80目篩制得。
實施例9：本實施例提供一種香菇源泡沫活性炭材料制備方法，與實施例3的不同點是：所述氯化鈣改性香菇腳替換為氯化鎂改性香菇腳；
所述氯化鎂改性香菇腳是香菇腳去污、洗凈、干燥、粉碎后與0.5mol/L的氯化鎂溶液按1:5(W/V)的比例混合，調(diào)節(jié)pH到7，然后置于60℃、振蕩改性60min，105℃干燥，過80目篩制得。
實施例10：本實施例提供一種香菇源泡沫活性炭材料制備方法，與實施例2的不同點是：所述發(fā)泡劑為戊烷和正戊烷的混合物。
實施例11：本實施例提供一種香菇源泡沫活性炭材料制備方法，與實施例2的不同點是：所述發(fā)泡劑為環(huán)戊烷和異戊烷的混合物。
實施例12：本實施例提供一種負載殼聚糖的泡沫活性炭材料制備方法，與實施例2的不同點是：所述戊二醛由三聚甲醛替代。
實施例13：本實施例提供一種香菇源泡沫活性炭材料制備方法，與實施例2的不同點是：所述氬氣替換為氮氣。
采用下述試驗驗證本發(fā)明效果：
將上述實施例1～13制得的香菇源泡沫活性炭材料進行性能測試，測定其壓縮模量、孔徑、吸附能力見下表。
表1
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。