重金屬吸附用的碳泡沫體的制造方法
【專利摘要】揭露一種重金屬吸附用的碳泡沫體的制造方法，包括：混合物制備步驟，將聚乙烯醇水溶液混入苯酚樹脂以制備混合物；發(fā)泡步驟，將發(fā)泡劑混入通過混合物制備步驟所制備的混合物以進(jìn)行發(fā)泡；固化步驟，將硬化劑混入通過發(fā)泡步驟所發(fā)泡的混合物以進(jìn)行固化；模塑步驟，將通過固化步驟所固化的混合物置入模具以進(jìn)行模塑；以及碳化步驟，將通過模塑步驟所模塑的模塑物置入碳化爐，在加熱的同時(shí)注入惰性氣體以進(jìn)行碳化。通過上述步驟所制造的碳泡沫體具有低表面電阻值，因此，當(dāng)所述碳泡沫體應(yīng)用于電解裝置時(shí)，可以顯現(xiàn)優(yōu)良的重金屬吸附性能。
【專利說明】
重金屬吸附用的碳泡沬體的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種重金屬吸附用的碳泡沫體的制造方法，更具體地，涉及一種重金 屬吸附用的碳泡沫體的制造方法，其中，將苯酚樹脂發(fā)泡后顯出高比表面積，且通過碳化工 藝后具有低電阻值，從而當(dāng)所述重金屬吸附用的碳泡沫體應(yīng)用于電解裝置時(shí)，對(duì)重金屬可 以顯現(xiàn)優(yōu)良的吸附性能。
【背景技術(shù)】
[0002] 本發(fā)明涉及一種重金屬吸附用的碳泡沫體的制造方法，更具體地，涉及一種重金 屬吸附用的碳泡沫體的制造方法，其中，將苯酚樹脂發(fā)泡后顯出高比表面積，且通過碳化工 藝后具有低電阻值，從而當(dāng)所述重金屬吸附用的碳泡沫體應(yīng)用于電解裝置時(shí)，對(duì)重金屬可 以顯現(xiàn)優(yōu)良的吸附性能。
[0003] 碳泡沫體為一種顯現(xiàn)高強(qiáng)度且重量輕的碳材料，其廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域， 但由于傳統(tǒng)的碳泡沫體一般是單獨(dú)來使用煤瀝青，或是將瀝青與活性碳混合，并將作為粘 結(jié)劑的多種面材用于這些混合物所制造而成，因此存在制造工藝復(fù)雜、難以形成具有所需 形狀的模塑物、低比表面積、高表面電阻值以及不適合用作為導(dǎo)電材料的問題。
[0004] 另一方面，傳統(tǒng)上為了去除廢水或地下水中所含的重金屬離子，通常利用的是使 用氫氧化物或硫化物的化學(xué)絮凝法、使用離子交換樹脂或活性碳的吸附法、使用薄膜的過 濾法以及使用金屬材料作為電極的電吸附法。
[0005] 然而，上述記載的處理方法存在處理期間會(huì)產(chǎn)生泥漿，屬于不可逆的方法而難以 多次重復(fù)利用，或是在高濃度酸性或堿性條件下難以使用的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 技術(shù)問題
[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種重金屬吸附用的碳泡沫體的制造方法，其中，所述重 金屬吸附用的碳泡沫體顯現(xiàn)高比表面積、低表面電阻值，因此當(dāng)應(yīng)用于電解裝置時(shí)，對(duì)重金 屬可以顯現(xiàn)優(yōu)良的吸附性能。
[0008] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種重金屬吸附用的碳泡沫體的制造方法，其中，所 述方法提供低制造成本，并且被加工成各種密度及形狀的碳泡沫體。
[0009] 技術(shù)方案
[0010] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種重金屬吸附用的碳泡沫體的制造方法，其特 征在于，包括:混合物制備步驟，將聚乙烯醇水溶液混入苯酚樹脂以制備混合物;發(fā)泡步驟， 將發(fā)泡劑混入通過所述混合物制備步驟所制備的混合物以進(jìn)行發(fā)泡；固化步驟，將硬化劑 混入通過所述發(fā)泡步驟所發(fā)泡的混合物以進(jìn)行固化;模塑步驟，將通過所述固化步驟所固 化的混合物置入模具以進(jìn)行模塑；以及碳化步驟，將通過所述模塑步驟所模塑的模塑物置 入碳化爐，并在加熱的同時(shí)注入惰性氣體以進(jìn)行碳化。
[0011] 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述混合物制備步驟是將1~20重量份的聚乙烯醇水 溶液混入100重量份的苯酸樹脂。
[0012] 在本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施例中，所述苯酚樹脂具有110~430000的重均分子量。
[0013] 在本發(fā)明的特別優(yōu)選實(shí)施例中，所述發(fā)泡步驟是將0.2~5重量份的發(fā)泡劑混入 100重量份通過所述混合物制備步驟所制備的混合物。
[0014] 在本發(fā)明的特別優(yōu)選實(shí)施例中，所述固化步驟是將3~15重量份的固化劑混入100 重量份通過所述發(fā)泡步驟的混合物。
[0015] 在本發(fā)明的特別優(yōu)選實(shí)施例中，所述固化劑為選自于由硫酸、硝酸、磷酸、芳香族 磺酸以及烷基磺酸所組成的群組中的一種以上。
[0016] 在本發(fā)明的特別優(yōu)選實(shí)施例中，所述碳化步驟是將通過所述模塑步驟所制造的模 塑物進(jìn)行切割并置入碳化爐，以2~30°C/min的升溫條件加熱至800~1100°C的溫度并注入 惰性氣體所完成的。
[0017]有益效果
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的重金屬吸附用的碳泡沫體的制造方法，有益效果在于提供一種具有 高比表面積、低表面電阻值，且當(dāng)應(yīng)用于電解裝置時(shí)，對(duì)重金屬可以顯現(xiàn)優(yōu)良的吸附性能的 重金屬吸附用的碳泡沫體。
[0019] 此外，有益效果還提供低制造成本，并且被加工成各種密度和形狀的碳泡沫體。
【附圖說明】
[0020] 圖1為顯示根據(jù)本發(fā)明的重金屬吸附用的碳泡沫體的制造方法的流程圖；
[0021] 圖2為顯示使用根據(jù)本發(fā)明的重金屬吸附用的碳泡沫體的電解裝置的相片；
[0022]圖3為顯示在顯微鏡下拍攝根據(jù)本發(fā)明的重金屬吸附用的碳泡沫體在重金屬吸附 前的狀態(tài)的相片；以及
[0023]圖4為顯示在顯微鏡下拍攝根據(jù)本發(fā)明的重金屬吸附用的碳泡沫體在重金屬吸附 后的狀態(tài)的相片。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 以下將詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例和各個(gè)組分的性質(zhì)，其僅僅詳細(xì)說明至本發(fā) 明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠容易實(shí)施發(fā)明的程度，但是這并不意味著限制本發(fā)明的技 術(shù)精神和范圍。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的重金屬吸附用的碳泡沫體的制造方法，包括:將聚乙烯醇水溶液混 入苯酚樹脂以制備混合物的混合物制備步驟(S101);將發(fā)泡劑混入通過所述混合物制備步 驟(S101)所制備的混合物以進(jìn)行發(fā)泡的發(fā)泡步驟(S103);將硬化劑混入通過所述發(fā)泡步驟 (S103)所發(fā)泡的混合物以進(jìn)行固化的固化步驟(S105);將通過所述固化步驟(S105)所固化 的混合物置入模具以進(jìn)行模塑的模塑步驟(S107);以及將通過所述模塑步驟(S107)所模塑 的模塑物置入碳化爐，并在加熱的同時(shí)注入惰性氣體以進(jìn)行碳化的碳化步驟(S109)。
[0026]所述混合物制備步驟(S101)是在將聚乙烯醇水溶液混入苯酚樹脂以制備混合物 的步驟中，將1~20重量份的聚乙烯醇水溶液混入100重量份的苯酚樹脂。
[0027]所述苯酚樹脂優(yōu)選地通過在苯酚或苯酚類化合物與甲醛或甲醛類之間的縮合反 應(yīng)來合成。更具體地，所述苯酚樹脂是包含苯酚、苯酚類化合物、醛、醛類化合物以及堿性催 化劑的液態(tài)苯酚樹脂。
[0028]所述苯酚類化合物包含烷基苯酚類、烯苯酚類、炔苯酚類以及如間苯二酚等的苯 酚同系物或者包含一種以上的這些化合物的混合物。與苯酚及苯酚化合物反應(yīng)的醛及醛類 化合物包含甲醛、乙醛、其他醛類以及這些化合物的混合物。
[0029]此外，也可以使用會(huì)產(chǎn)生醛的材料，例如還可以使用如多聚甲醛或三聚甲醛會(huì)分 解成甲醛的化合物以及這些化合物的混合物。為了引起苯酚化合物與甲醛化合物的反應(yīng)而 使用了堿性催化劑，堿性催化劑主要為單價(jià)或二價(jià)堿性材料，例如可包含一種以上的氫氧 化鈉、氫氧化銨、氫氧化鈣、氨、如三乙胺的胺類以及添加了如碳酸鈉和碳酸氫鈉等的堿性 碳酸鹽而具有堿性的材料。
[0030] 然而，由于苯酚類化合物與除甲醛或其復(fù)合物之外的醛類的反應(yīng)慢于苯酚與甲醛 的反應(yīng)，因此使用由苯酚與甲醛反應(yīng)所生成的苯酚樹脂是高度優(yōu)選的。
[0031] 此外，所述苯酚樹脂優(yōu)選地具有110~43000的重均分子量。如果苯酚樹脂的重均 分子量小于110時(shí)，在所述固化步驟中使用的固化劑的反應(yīng)性會(huì)過高，因此難以控制密度。 如果重均分子量超過43000時(shí)，粘性可能會(huì)過度地增加，使得攪拌困難、反應(yīng)性降低，發(fā)泡步 驟的效率因而降低。
[0032] 此外，所述聚乙稀醇水溶液優(yōu)選地使用濃度為20%、重均分子量為4400~44000的 聚乙烯醇。所述聚乙烯醇水溶液除聚乙烯醇之外，也可進(jìn)一步包含選自于由非離子型表面 活性劑、硅酮類表面活性劑以及離子型表面活性劑中所組成的群組中的一種以上的表面活 性劑。
[0033] 所述發(fā)泡步驟(S103)是在將發(fā)泡劑混入通過所述混合物制備步驟(S101)所制備 的混合物以進(jìn)行發(fā)泡的步驟中，將0.2~5重量份的發(fā)泡劑混入100重量份通過所述混合物 制備步驟(S101)所制備的混合物。
[0034]此刻，發(fā)泡劑在室溫下是液態(tài)，并且具有30~100°C的沸點(diǎn)，且優(yōu)選使用碳原子數(shù) 為2~8的發(fā)泡劑。當(dāng)使用上述成分組成的發(fā)泡劑時(shí)，可以穩(wěn)定進(jìn)行發(fā)泡。當(dāng)調(diào)節(jié)所述發(fā)泡劑 的用量時(shí)，可以控制碳泡沫體的密度。
[0035] 所述固化步驟(S105)是在將固化劑混入通過所述發(fā)泡步驟(S103)所發(fā)泡的混合 物以進(jìn)行固化的步驟中，將3~15重量份的固化劑混入100重量份通過所述發(fā)泡步驟(S103) 所發(fā)泡的混合物。
[0036] 此刻，所述固化劑優(yōu)選地選自于由硫酸、硝酸、磷酸、芳香族磺酸以及烷基磺酸所 組成的群組中的一種以上，也可將作為固化助劑的磺化樹酯混入所述固化劑。所述固化助 劑作為誘使發(fā)泡體可以形成預(yù)定形狀的形狀保持材料，以及作為使全部組分可以起化學(xué)相 互作用以產(chǎn)生發(fā)泡，從而形成孔隙的催化劑。也就是當(dāng)添加所述固化助劑時(shí)，會(huì)發(fā)生放熱反 應(yīng)并且溫度上升，從而促進(jìn)聚合化的化學(xué)反應(yīng)。
[0037] 所述模塑步驟(S107)是在將通過所述固化步驟(S105)所固化的混合物置入模具 以進(jìn)行模塑的步驟中，可以不在所述模具中模塑而實(shí)施連續(xù)生產(chǎn)的方式。將通過所述固化 步驟(S105)的混合物置入后模塑成塊狀，可控制在模塑工藝中的溫度從而控制模塑物的密 度。
[0038] 所述碳化步驟(S109)是在將通過所述模塑步驟(S107)所模塑的模塑物置入碳化 爐，并在加熱的同時(shí)注入惰性氣體以進(jìn)行碳化的步驟中，將通過所述模塑步驟所模塑的模 塑物進(jìn)行切割并置入碳化爐，以2~30°C/min的升溫條件加熱至800~1100°C的溫度并注入 惰性氣體所完成的。更具體地，將通過所述模塑步驟所模塑的模塑物進(jìn)行切割并置入碳化 爐，再注入惰性氣體使碳化爐的內(nèi)部充滿惰性氣體，同時(shí)，在800~1100 °C的溫度范圍內(nèi)操 作。此刻，所述惰性氣體優(yōu)選為氮?dú)饣驓鍤?，升溫條件為從室溫以2~30°C/min的速率緩慢 地增加。當(dāng)碳化爐的體積為1L時(shí)，優(yōu)選地以10~600mL/min的流量注入惰性氣體。
[0039] 此外，冷卻時(shí)優(yōu)選地，通過相對(duì)于1L的碳化爐而以10~600mL/min的流量注入氮?dú)?的同時(shí)緩慢地降至室溫的緩冷卻方式來進(jìn)行，當(dāng)以緩冷卻方式降低溫度時(shí)，施加于碳化物 的熱沖擊可以被減至最低程度。
[0040] 當(dāng)通過所述碳化步驟(S109)時(shí)可提供碳泡沫體，其表面電阻值降低，且細(xì)微氣孔 的數(shù)量增加、比表面積增加，從而改善了重金屬的吸附性能。
[0041] 若通過如上述工藝所制造的碳泡沫體借助于電解裝置而放入含有重金屬的水溶 液中，并且施加弱電流(小于10伏特)時(shí)，重金屬則被吸附至碳泡沫體。若將碳泡沫體連接至 負(fù)(_)電極并且施加電流時(shí)，水溶液中所含有的重金屬則被吸附至碳泡沫體的內(nèi)部。
[0042]此刻，正(+ )電極可以與碳泡沫體連接，也可以與一般的金屬連接，雖然水溶液中 含有的重金屬的數(shù)量會(huì)略有差異，但在重金屬被吸附至碳泡沫體并經(jīng)過約30分鐘后，重金 屬被吸附至碳泡沫體的整個(gè)表面。
[0043] 此外，根據(jù)本發(fā)明，所制造的碳泡沫體由于其材料穩(wěn)定性，因此也可以在強(qiáng)酸或強(qiáng) 堿的水溶液中使用。當(dāng)吸附有重金屬的碳泡沫體再次連接至正(+ )電極時(shí)，所吸附的重金屬 則會(huì)解吸附。
[0044] 以下通過列舉的示例來說明根據(jù)本發(fā)明中重金屬吸附用的碳泡沫體的制造方法 以及使用所述制造方法所制造的重金屬吸附用的碳泡沫體的性質(zhì)。
[0045] 〈比較例1>
[0046]將100重量份的苯酚樹脂與3重量份的濃度20%的聚乙烯醇水溶液混合以制備混 合物。然后將4重量份、沸點(diǎn)為30~100°C的烴類發(fā)泡劑混入上述混合物以進(jìn)行發(fā)泡。隨后， 將8重量份的烷基磺酸混入發(fā)泡的混合物以進(jìn)行固化。接著將所述固化的混合物置入模具 中以進(jìn)行模塑。將塑模完成后的模塑物切割成適于碳化爐的尺寸并置入碳化爐，碳化爐的 溫度以2~30°C/min的升溫條件升溫至500°C的同時(shí)，也以500cc/min的流量注入氮?dú)庖赃M(jìn) 行碳化。以300cc/min的流量將氮?dú)庾⑷胍呀?jīng)碳化完成的碳化爐的同時(shí)，將碳化物緩慢地冷 卻至室溫，從而制造出重金屬吸附用的碳泡沫體。
[0047] 〈比較例2>
[0048] 以與比較例1相同的方法制造重金屬吸附用的碳泡沫體，但是將碳化爐的溫度升 溫至600°C。
[0049] 〈比較例3>
[0050] 以與比較例1相同的方法制造重金屬吸附用的碳泡沫體，但是將碳化爐的溫度升 溫至700°C。
[0051] 〈實(shí)施例1>
[0052] 以與比較例1相同的方法制造重金屬吸附用的碳泡沫體，但是將碳化爐的溫度升 溫至800°C。
[0053] 〈實(shí)施例2>
[0054] 以與比較例1相同的方法制造重金屬吸附用的碳泡沫體，但是將碳化爐的溫度升 溫至900°C。
[0055] 〈實(shí)施例3>
[0056] 以與比較例1相同的方法制造重金屬吸附用的碳泡沫體，但是將碳化爐的溫度升 溫至 1000 °C。
[0057] 〈實(shí)施例4>
[0058] 以與比較例1相同的方法制造重金屬吸附用的碳泡沫體，但是將碳化爐的溫度升 溫至 1100°C。
[0059] 通過比較例1和實(shí)施例1-6所制造的重金屬吸附用的碳泡沫體顯示200~800kg/m3 的密度。測(cè)量其表面電阻值，其結(jié)果顯示在下表1中。
[0060] (然而，重金屬吸附用碳泡沫體的表面電阻值是使用GW Instek制造的G0M-802微 歐姆計(jì)來測(cè)量的。）
[0061] 〈表 1>
[0062]
[0063]~如上述表1所示，以800°C以上的熱處理時(shí)，通過根據(jù)本發(fā)明的重金屬吸附用的碳 泡沫體的制造方法所制造的碳泡沫體顯現(xiàn)小于100 Ω的低表面電阻值。特別是在900~1100 °C的熱處理的范圍中，顯現(xiàn)0~5 Ω的低表面電阻值。
[0064]因此，通過根據(jù)本發(fā)明的重金屬吸附用的碳泡沫體的制造方法所制造的碳泡沫體 經(jīng)由發(fā)泡工藝后，具有高比表面積、低表面電阻值，并且顯現(xiàn)對(duì)重金屬優(yōu)良的吸附性能。此 外，所述碳泡沫體制造成本低并且可被加工為各種密度和形狀。
[0065]【符號(hào)說明】
[0066] S101:混合物制備步驟
[0067] S103:發(fā)泡步驟
[0068] S105:固化步驟
[0069] S107:模塑步驟 [0070] S109:碳化步驟
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種重金屬吸附用的碳泡沫體的制造方法，其特征在于，包括： 混合物制備步驟，將聚乙烯醇水溶液混入苯酚樹脂以制備混合物； 發(fā)泡步驟，將發(fā)泡劑混入通過所述混合物制備步驟所制備的混合物以進(jìn)行發(fā)泡； 固化步驟，將硬化劑混入通過所述發(fā)泡步驟所發(fā)泡的混合物以進(jìn)行固化； 模塑步驟，將通過所述固化步驟所固化的混合物置入模具以進(jìn)行模塑；以及 碳化步驟，將通過所述模塑步驟所模塑的模塑物置入碳化爐，并在加熱的同時(shí)注入惰 性氣體以進(jìn)行碳化。2. 如權(quán)利要求1所述的重金屬吸附用的碳泡沫體的制造方法，其特征在于，所述混合物 制備步驟是將1~20重量份的聚乙烯醇水溶液混入100重量份的苯酚樹脂。3. 如權(quán)利要求1或2所述的重金屬吸附用的碳泡沫體的制造方法，其特征在于，所述苯 酚樹脂具有110~430000的重均分子量。4. 如權(quán)利要求1所述的重金屬吸附用的碳泡沫體的制造方法，其特征在于，所述發(fā)泡步 驟是將0.2~5重量份的發(fā)泡劑混入100重量份通過所述混合物制備步驟所制備的混合物。5. 如權(quán)利要求1所述的重金屬吸附用的碳泡沫體的制造方法，其特征在于，所述固化步 驟是將3~15重量份的固化劑混入100重量份通過所述發(fā)泡步驟的混合物。6. 如權(quán)利要求1或5所述的重金屬吸附用的碳泡沫體的制造方法，其特征在于，所述固 化劑為選自于由硫酸、硝酸、磷酸、芳香族磺酸以及烷基磺酸所組成的群組中的一種以上。7. 如權(quán)利要求1所述的重金屬吸附用的碳泡沫體的制造方法，其特征在于，所述碳化步 驟是將通過所述模塑步驟所制造的模塑物進(jìn)行切割并置入碳化爐，以2~30°C/min的升溫 條件加熱至800~1100°C的溫度并注入惰性氣體所完成的。
【文檔編號(hào)】B01J6/00GK105960279SQ201480072409
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2014年11月14日
【發(fā)明人】樸相鉉, 千英鎮(zhèn), 金大云
【申請(qǐng)人】韓國史密夫-奧賽斯株式會(huì)社