酚醛树脂基保温废弃物制备活性炭及应用于吸附氨氮废水的研究1.1技术背景随着经济的发展、科技的进步，人们越来越注重生活质量。酚醛树脂基外墙保温板是在传统保温板的制作工艺上，经过改进形成的新型保温板，具有防寒保暖、阻燃、不易氧化、低烟、抗高温歧变等特点，酚醛树脂保温板不仅可以用于传统外墙外保温系统，还可以用于构筑传统EPS/XPS/PU外墙保温系统防火隔离带，用作幕墙内的防火保温隔热材料、防火门内隔热材料，以及低温或高温场合的防火保温隔热材料。在人们充分利用酚醛泡沫树脂给人们带来的优点的同时，也引起了废料处理的新问题，正因为其优良的阻燃性导致其废料处理困难，造成环境污染。活性炭的制备原料是含碳物质，外墙保温板废料是特殊工艺制备的优质炭材料，将其作为原料可以制备高性能活性炭，利用废弃的保温材料制备活性炭，属残料转化，变废为宝则是提升其价值的最佳方式，也解决污染问题。染料与人们生活息息相关,但是染料的生产与使用也给环境带来严重污染。仅就印染工业而言,有资料表明我国印染废水每年就有大约 6-7 亿吨印染废水排出。印染废水属于含有一定量有毒物质的有机废水,其成分复杂、色度高、难以生物降解,因此处理的难度大。亚甲基蓝是一种蓝色染料，化学式 C₁₆H₁₈ClN₃S，是一种吩噻嗪盐，是染料废水的主要成分之一。目前,国内外印染废水的处理方法主要有化学法、物理化学法和生物化学法、物理法等。在物理处理法中,吸附脱色法应用的最多。吸附法是利用多孔性固体(如活性炭、吸附树脂等)与染料废水接触，利用吸附剂表面活性，将染料废水中的有机物和金属离子吸附并浓集于其表面，达到净化水的目的。活性炭具有较强的吸附能力，对阳离子染料，直接染料，酸性染料、活性染料等水溶性染料具有较好的吸附功能，但活性炭价格昂贵，不易再生。芘为对称的四环缩合芳烃，是煤焦油中的重要组分（含量大于或等于 2%），在煤焦油初馏时富集于蒽油馏分中。芘不溶于水，但溶于苯、乙醚和乙醇。芘本身不具有遗传毒性，但它的醌类代谢物毒性很大，具有致突变性。所以在煤化工实验室中常常会涉及到混有乙醇、苯、甲苯清洗装有煤焦油或沥青的烧瓶、烧杯的混有水的清洗废液，这些废液必须要经过处理。当前人们对环境保护的要求越来越高，活性炭作为一种吸附剂正获得越来越广泛的应用。据统计，2017年我国活性炭总需求量为45万t，年均增速在10%以上，我国早在1995年就已超过美国，成为活性炭最大的出口国。当然，我国活性炭的生产不仅仅是产量的增加，还包括生产原扩展，生产工艺的不断提高，产品种类的增多及产品质量的不断提高。目前制备活性炭的原料有果壳类、树脂类、树干类等。制备活性炭的方法主要有水蒸气活化法，KOH活化法，硫酸活化法,其中水蒸汽活化法因消耗能源少且简单操作等优点,在工业化生产具有较明显的成本优势，已成为国际上工业化生产活性炭的主流方法。本次研究不仅可以将酚醛树脂基保温板废料转变成活性炭，还可以将其用于吸附亚甲基蓝、芘、酚类等废水。为实验室废水处理提供了方法，也为外墙保温板残料活性炭提供了应用领域，为解决外墙保温板废料污染及其再利用的问题提供了实践依据。该研究符合政府提倡建设资源节约型和环境友好型社会时代背景。1.2产品介绍活性炭表面带有很多表面氧化物和官能团，这些表面化合物的存在会影响活性炭的性能及应用。由于活性炭的结构和性能,在材料、化学、超导与半导体物理、生物等学科和激光防护、催化剂、燃料、量子计算机等工程领域具有重要的研究价值和应用前景。与已往的原料相比，酚醛树脂基外墙保温板废弃物是一种生活垃圾，我们的专项技术是将其作为碳源，采用水蒸气活化法制备高性能活性炭。并且能实现大规模连续化生产，大大降低生产成本，减小生活的排放。本产品研究的最大优势就是以下几点：（1）可以将不易处理的酚醛树脂废弃物得到有效利用；（2）酚醛树脂废弃物垃圾随处可见，这样会节约生产活性炭的成本，远比果壳类、煤类等活性炭研究成本低；（3）活性炭的制备工艺操作简单、能源消耗小，适合长久发展，符合可持续发展战略；1.3活性炭研究前景本产品-活性炭作为一种新型材料，在环保、气相吸附、液相吸附、医药、食品、化工、农业及生物等方面表现出优异的性能。1.水净化方面：饮用水及上水源水可用活性炭除去有机杂质、微量有毒成分、大肠杆菌及各种臭味。电子工业、化学工业、医药工业上所使用的高纯度水也需要活性炭来处理。当前活性炭又用于自来水净化中作为脱氯剂。活性炭和银或银化合物混合成杀菌剂可使净水净水器中离子交换树脂的微生物蔓延得到得到有效控制，活性炭还可用于生活污水及工业废水如印染废水、胶片厂废水、电镀废水、矿业废水等的处理。2.在空气净化及气相吸附方面：活性炭可用于大气污染的防治、烟气脱硫及吸附工业有毒物质，有一种涂溴活性炭适于除去气体中的烷基硫化物，而蜂窝状活性炭适于脱臭和臭氧分解。当前还研制出了氧气、二氧化碳存在下可高效脱除二硫化碳的超细碳粉剂，及脱除硫系恶臭的聚丙烯氰活性炭纤维。除此之外，活性炭当前越来越多用在室内空气净化上，最近的研究发现，活性炭与光催化剂配合使用可以相互增强净化能力。传统上，活性炭在气相吸附等许多药物等上主要用于气体净化、精制分离，目前它越来越多用在高能量物质的存储上，以纤维素为主要成分的原料制成活性炭用于甲烷存储上。2. 医药方面：注射针剂、磺胺类药物、生物碱、激素类药物均需经过活性炭处理。当前，扑热息痛等许多药物都用活性炭来精制提纯。另外，将活性炭纤维加到医用包扎用品、绷带、膏药内可以起到脱臭的作用。3.食品工业：食品中的糖类、食品添加剂、食用油、酒类、饮料等生产过程中一般都要经过活性炭处理已达到脱色、脱臭、改善口味等目的。4.电极方面：粒状酚醛树脂是制造高性能的原料，用它生产的活性炭，具有独特的微细孔，通过表面处理，可用于电池电极材料、净水器、氮气发生装置用碳分子筛等方面，表面积很大的活性炭用于电极，与锂离子电池具有相同大容量的蓄电能力。近年来，作为手机电池、手提情报端末的存储器保护电源的电极材料需求急速增长，可将用于主电源和燃料电池，开辟新途径。5.其它方面：农业上，现已制成了含活性炭和生物质的杂草抑制剂，矿业上，活性炭用于从氯化淤泥及矿业废水中提取黄金、银及其他贵金属。另外，用颗粒或粉末状活性炭黏胶在纸页的一面或两面，制成涂布纸张，具有吸臭、吸水。我国作为世界上重要的产业大国，在未来的现代化发展中，必将对这种活性炭核心材料有极大的需求。但是我国自主研发的生产高性能的活性炭料的技术却是很少，辽宁是东北重工业基地的摇篮，在这里有各种大型工厂，如素有中华人民共和国之长子之称的鞍山钢铁集团，每天在排放着大量的污水。该研究的目的就是要以酚醛树脂废弃物为碳源制备高性能活性炭，来处理全国大中型工厂所排放的废水。发展具有广阔的发展前景。研究成果本项研究提供了以酚醛树脂基外墙保温废弃物为碳源，采用水蒸气活化法制备高性能活性炭的方法，采用控制单因素变量法提高活性炭收率和吸附量。已发表EI论文一篇1.Lijuan Gao,Xuefei Zhao.Iinternation Conference on Materials Applications and Engineering 2017 Qingdao，China Aug.25-27.01005核心论文1篇1.高丽娟，吴红运，吴红霞，徐妍.碱活化法制备外墙保温板残料活性炭及表征[J].科技导报2015,33（9）35-39已投出待审核心论文2篇普通论文3篇1.张仕伟,高丽娟,修东超.外墙保温板废料活性炭处理含亚甲蓝废水的研究[J].化学工程与装备2016.6,260-2622.修东超,高丽娟,杨国明等.水蒸气活化法制备外墙保温板残料活性炭[J].化学工程与装备2016.4,13-14符鑫熙，高丽娟，修东超等。外墙保温板残料活性炭吸附碘的研究[J].化学工程与装备2016.5,1-2本项研究技术提供的以酚醛树脂基保温板废弃物为原料，采用水蒸气活化工艺制备高性能活性炭包括以下步骤：3.1原料: 酚醛树脂基保温板废弃物3.2设备及条件选择采用活化炉（SRJK-1-9）进行水蒸气活化工艺，该过程中还包括以下实验器材调温电热套（DTZW）、超级恒温水浴锅(CS501)、超声波震荡仪(KR-300）、高效液相色谱仪（HPLC）。3.3活性炭的制备工艺3.3.1预处理将外墙保温板残料研磨过 60 目筛，放入 120℃的电热恒温鼓风干燥箱中干燥 2h，降至室温备用。3.3.2炭化称取一定质量的预处理原料置于瓷舟中，然后把瓷舟在室温下放于管式炉 中，在 N2保护下，以 5℃/min 的升温速率从室温升至 650℃炭化 30min，自然降温到室温得炭化料。 3.3.3活化 称取一定质量的炭化料置于瓷舟中，然后把瓷舟在室温下放于管式炉中，在 N2保护下，以 5℃/min 的升温速率从室温升至活化温度650℃，此时，暂停通入 N2，通入30mg/h的水蒸汽，恒温 30min进行活化。当活化结束，停止通入水蒸汽，改通 N2，在 N2 保护下自然降至室温。待炉子完全冷却之后，取出活性炭装袋备用。工艺流程图如下：4 活性炭BET表征结果比表面积786.82 m3/g，孔容17.5px3/g，基于t图法的微孔体积0.13 cm3/g，基于BJH的微孔体积为0.6 cm3/g，微孔体积占总孔容的85.71%，孔径为3.54nm。5 活性炭吸附性能检测5.1活性炭对苯酚的吸附5.1.1配制双指示剂（a）甲基橙指示剂溶液：称取5.0g甲基橙固体置于烧杯中，向烧杯中加入20ml去离子水，搅拌使其固体溶解，备用。（b）溴甲酚绿指示剂溶液：称取5.0g溴甲酚绿固体置于烧杯中，向烧杯中加入50ml去离子水，搅拌使其固体溶解，备用。（c）双指示剂：量取10ml的甲基橙溶液和30ml的溴甲酚绿溶液充分混合，配制双指示剂。5.1.2配制1mg/ml的苯酚溶液称取0.25g苯酚固体置于烧杯中，向烧杯中加入一定量水溶解，待固体完全溶解之后，将溶液移入250ml容量瓶并进行定容。5.1.3色谱条件：色谱柱规格：SunFireTM-C 18(150mm×4.6mm，5um)流动相：甲醇水溶液（体积比为300：200）流速：1ml/min柱温：35℃检测器：waters2414示差折光检测器。5.1.4活性炭吸附苯酚（1）量取一定量的苯酚溶液放于烧杯中，加入20ml去离子水，加入一定量的活性炭在设置参数下进行吸附。（2）待吸附完成之后进行过滤并记录滤液体积。（3）滤液用针头过滤器，采取高效液相色谱仪法（HPLC）测苯酚浓度。吸附苯酚最优条件时间为90min，温度40℃，PH为4，浓度为0.78mg/mL最大吸附量606.88 mg/g。5.2活性炭吸附其它物质亚甲基蓝、芘、碘、氨氮等，吸附实验和苯酚相似最大吸附量亚甲蓝：544.57mg/g。最大吸附量芘：106mg/g。最大吸附量碘：839.2mg/g。最大吸附量氨氮为：788.6mg/g。5.3产品优势本项研究采用生活垃圾酚醛树脂保温废弃物为碳源，较之已有的果壳类、煤类等碳源相比，具有原料易得，价格便宜、效率高及大规模连续性生产的优点，这样就大大降低了生产成本 。从世界范围来看，全球市场对活性炭材料的需求量每年将以较快的速度增长；从国内来看，我国工业的发展对活性炭的需求量也在逐渐增长，而国内目前的工业产量尚不满足工业发展的需要，另外，为实现我国在新型化工材料方面的广泛应用，我国特别制定了《新型化工材料行业“十二五”规划》作为新型化工材料行业在规划的五年内发展的纲领性文件，这对研究活性炭的方向无疑是一个重要的战略机遇。6研究总结该研究符合政府提倡建设资源节约型和创新型社会时代背景，并且这项新的研究方向，在推动社会发展的同时也会给我们带来新的研究成果和社会意义，我们想通过我们的这项新技术，改善和提高现有相关生产企业的原材料问题，为我国的生产制造业的进一步发展做出贡献。