1.一种用于吸附挥发性有机物的活性炭/膨胀石墨复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)通过水洗和酸液浸渍预处理活性炭和膨胀石墨两种粉末,备用;
(2)配制磷酸‑氢氧化铝‑壳聚糖胶状溶液用作粘结剂,制作复合材料微球;
(3)活性炭和膨胀石墨在磷酸‑氢氧化铝‑壳聚糖胶状溶液中浸渍处理,得到含有两种粉末的胶状物,经由湿法制球、烘干工序,制得活性炭/膨胀石墨复合材料;
所述步骤(2)具体包括:
D1:采用质量浓度为85%的磷酸、去离子水、氢氧化铝粉末、壳聚糖,物质用量有如下质量比例关系:磷酸:去离子水:氢氧化铝粉末:壳聚糖=1:1:2:3;
D2:将所述磷酸和水按比例混合,搅拌均匀配制磷酸水溶液,然后将氢氧化铝粉末加入到所述磷酸水溶液中,搅拌10‑15min得到均一乳浊液,之后将所述壳聚糖加到所述乳浊液中,充分搅拌20‑30min,得到淡黄色的胶状溶液;
所述步骤(3)具体包括:
E1:将所述活性炭颗粒和所述膨胀石墨粉末加入到所述磷酸‑氢氧化铝‑壳聚糖胶状溶液中,室温下充分搅拌20‑30min,使所述活性炭颗粒和所述膨胀石墨粉末均匀分散、且充分浸渍,得到混合均匀的糊状物;
E2:将所述含有活性炭颗粒和膨胀石墨糊状浸渍物置于制球机中制得球状颗粒,球状颗粒的平均粒径为0.85cm,制得球状颗粒;
E3:将制得的所述球状颗粒置于马弗炉高温热处理,热处理温度为550℃、热处理时间为3‑5h,待马弗炉炉膛温度自然冷却至室温后即得到球状活性炭/膨胀石墨复合吸附材料;
所述活性炭、所述膨胀石墨、所述磷酸‑氢氧化铝粉末‑壳聚糖胶状溶液用量关系为1‑
3g:1‑3g:2‑5mL;
所述活性炭/膨胀石墨复合材料吸附饱和后,将其从吸附柱中取出进行微波辐照再生。
2.根据权利要求1所述一种用于吸附挥发性有机物的活性炭/膨胀石墨复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中,所述膨胀石墨的制备方法,包括以下步骤:A1:应用电化学阳极氧化插层工序制备所述膨胀石墨,所用主要设备为直流稳压电源、用作电解液池的250mL烧杯、功率为500W的微波炉;
A2:所述膨胀石墨制备所用的电化学反应器由直流稳压电源、电解池、天然石墨鳞片和不锈钢条组成的复合阳极、环状铜网阴极;
A3:天然石墨鳞片进行电化学插层和微波膨化处理。
3.根据权利要求2所述一种用于吸附挥发性有机物的活性炭/膨胀石墨复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤A1中,所述膨胀石墨制备所用主要材料有天然石墨鳞片、硝酸钠、冰醋酸、规格为20cm×1cm×0.3cm不锈钢阳极条、铜网弯折成长度为20cm、宽度为8cm的环状铜网阴极。
4.根据权利要求2所述一种用于吸附挥发性有机物的活性炭/膨胀石墨复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤A2中,所述复合阳极的处理为:在1.5cm×6cm的布袋装满天然石墨鳞片,然后将1根不锈钢条插入其中并使得天然石墨鳞片均匀分布在不锈钢电极周围,所述环状铜网阴极在阳极四周环绕方式布设。
5.根据权利要求2所述一种用于吸附挥发性有机物的活性炭/膨胀石墨复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤A3中,所述天然石墨鳞片进行电化学插层和微波膨化处理的具体方法,包括以下步骤:B1:配制浓度为45‑50g/L的硝酸钠溶液,向所述硝酸钠溶液中加入100‑120mL食用醋精,将其充分搅拌均匀,即配制了硝酸钠‑醋精水溶液;
B2:将体积为125mL的所述硝酸钠‑醋精水溶液加入到用作电解液池的250mL烧杯中,开启直流稳压电源开关,控制反应电流和反应时间分别为1‑1.5A和1‑2h,室温下进行石墨鳞片的电化学插层反应;
B3:所述石墨鳞片电化学插层反应结束后关闭电源,首先取出所述复合阳极,将盛有石墨鳞片布袋的超声处理3min,之后对其充分水洗,除去表面残留的硝酸钠和醋精物质,待洗涤水为中性时将插层后的石墨鳞片从袋中取出,并放入烘箱烘干,烘干温度为80℃、时间为
5‑8h,即制得了膨胀石墨;
B4:将0.5g所述膨胀石墨置于功率为500W的微波炉内,开启微波炉开关室温下对所述膨胀石墨进行微波膨化处理,微波膨化时间控制为15‑20s,微波膨化结束后即制得结构蓬松、形貌为蠕虫状的膨胀石墨。
6.根据权利要求1所述一种用于吸附挥发性有机物的活性炭/膨胀石墨复合材料的制备方法,其特征在于,所述膨胀石墨的吸附位点通过水洗去除活性炭和膨胀石墨粉末表面灰分,通过酸浸渍去除两种粉末内部的无机盐类、重金属以及吸附的其他各种杂质,具体方法包括以下步骤:C1:水洗过程:将平均粒径为0.3mm的椰壳活性炭颗粒放入烧杯中,去离子水煮沸水洗
3‑5min除去表面灰分,抽滤后再次沸水煮洗,此过程重复3次,水洗后放入烧瓶中备用;
C2:酸浸渍过程:在温度为40‑50℃、浓度为2‑3mol/L的盐酸水溶液中振荡浸渍10min,抽滤后再次进行酸洗浸泡,此过程重复3次,然后水洗至pH=6‑7,水洗后置于烘箱中于120℃烘干处理8‑12h,干燥后密封保存备用。
7.根据权利要求1‑6所述一种用于吸附挥发性有机物的活性炭/膨胀石墨复合材料的应用,其特征在于,所述活性炭/膨胀石墨复合吸附材料用于挥发性有机物的吸附处置,应用方法具体包括以下步骤:H1:在VOCs发生器内通过加热装置和空气泵鼓风作用使VOCs气体随气流流出加热发生装置,加热装置温度调控范围为25‑50℃、空气泵鼓风流速为0.2‑1.0mL/min;为控制VOCs进入吸附柱的浓度,设计另一空气管路通过空气泵鼓风作用将空气鼓入管路内,使其与VOCs气体在气体混合室混合,气体混合室内设计有挡板,吸附柱进口处VOCs浓度控制为140‑3
170mg/m;
H2:吸附柱前设有三通采样口,吸附柱内填充质量为10g的所述活性炭/膨胀石墨复合材料;VOCs气体进入吸附柱下方入口处时,进行采样测定其初始进口浓度,随着所述活性炭/膨胀石墨复合材料吸附作用的进行,进入吸附柱的VOCs气体被吸附材料吸附捕集;当吸附柱出口VOCs监测浓度不再为零时,出口处的气体引入尾气处理装置,采用质量浓度为10%的次氯酸钠水溶液对尾气进行吸收处理。
8.根据权利要求7所述一种用于吸附挥发性有机物的活性炭/膨胀石墨复合材料的应用,其特征在于,所述活性炭/膨胀石墨复合吸附材料废弃后用于甲基橙废水吸附处置,具体过程包括以下步骤:S1:将所述活性炭/膨胀石墨复合材料吸附失效后的废弃物加入到1wt%的聚合氯化铝溶液中,室温浸渍24h,之后将所述废弃物从溶液中取出并放置于60℃烘箱烘干24h;
S2:配制浓度为12‑18g/L甲基橙水溶液,将质量为3‑5g吸附饱和废弃后的所述活性炭/膨胀石墨复合材料加入到100mL甲基橙溶液中,室温下缓慢摇动溶液;
S3:所述活性炭/膨胀石墨废弃复合材料吸附工艺控制条件为:所述甲基橙初始浓度为
15g/L、溶液pH值控制为3‑5、所述活性炭/膨胀石墨废弃复合材料加入量为4g/100mL、吸附温度为室温、吸附时间为20min。