CN101058419A - 一种改善活性炭前驱体亲水性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善活性炭前驱体亲水性的方法，具体来说是通过采用空气对含炭前驱体进行氧化的方法来提高含炭前驱体的亲水性以最终提高所得活性炭的性能的方法。通过在200－450℃下通入空气或添加了氧气的空气对含炭前驱体或其炭化料进行氧化的方法，可增加含炭前驱体或其炭化料表面的含氧官能团，从而促进KOH在其表面的润湿性，最终提高所得活性炭的比表面积。该方法简单易行，操作方便，成本较低，是一种可有效提高活性炭比表面积的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种改善活性炭前驱体亲水性的方法，具体来说是通过采用空气对含炭前驱体进行氧化的方法来提高含炭前驱体的亲水性以最终提高所得活性炭的性能的方法。
背景技术：
超级活性炭的制备是活性炭领域研究的热点。绝大部分研究工作是采用含炭前驱体如煤、石油焦、高分子树脂、植物壳、农作物秸秆以及一些其它的可炭化物直接与KOH反应，而未考虑含炭前驱体自身的性能。在很多情况下，含炭前驱体或其碳化物自身是疏水性的，也即其极性较小，不易被KOH一类的强碱所润湿，导致所得活性炭的比表面积较低或需要较大量的KOH才能得到较高的比表面积。
如果在与KOH反应前对含炭前驱体材料的表面化学性能进行改善，促进其与KOH的相容性，也即使KOH与含炭前驱体能够彼此相互充分接触并润湿的话，可望制得比表面积更高的活性炭，同时也可减少对KOH的用量，从而降低反应的成本。王大春等人(王大春，童仕唐，张海禄，范明霞，高硫煤基高比表面积活性炭的制备，环境科学与技术，2005年28卷1期，30-31)以高硫煤为原料，先采用KNO3进行预氧化、炭化处理，然后以KOH为活化剂制备活性炭，目的是采用KNO3作为催化剂，使得催化剂在与煤的混合过程中大部分渗透到煤的毛细孔内部，小部分吸附到煤粒的表面，使物料在炭化过程中，催化剂中的硝酸盐分解放出氧气，将煤分子上的烷基侧链氧化，在煤的大分子上形成含氧官能团，最终提高活性炭的性能，但该方法的成本较高。解强(解强.炭化过程控制及煤基活性炭制备的研究。中国矿业大学博士论文，1996.42，49)则采用空气对煤进行低温(150～270℃)氧化，但是他们针对的是常规活性炭的制备。
发明内容：
本发明的目的是通过采用气相氧化的方法来强化含炭前驱体表面对KOH的亲和性，从而在略微减少KOH用量的同时制得高比表面积的活性炭。本发明的特点就在于，经过氧化处理的含炭前驱体与KOH的接触较好，致使活化后所得活性炭的比表面积高于不经氧化处理的活性炭。
本发明的实施过程如下：
将10-150目的含炭前驱体放入旋转管式炉中，在氧化性气氛中于200-450℃下氧化0.5-4h。该氧化料再与为其重量2-4倍的KOH相混合，在惰性气氛中于450℃下预处理1h，再升温到800-900℃活化0.5-2h，之后降到室温，然后对活化料进行水洗干燥即得超级活性炭。
如上所述，本发明的含炭前驱体为煤、石油焦、高分子树脂、植物壳、农作物秸秆以及一些其它的可炭化物。
如上所述，氧化性气氛为空气和添加了氧气的空气。
如上所述，对添加了氧气的空气来说，二者的比例为5-30％(体积比)。
本发明的优点就在于，经过氧化处理的含炭前驱体于KOH的接触较好，致使活化后所得活性炭的比表面积高于不经氧化处理的活性炭。
具体实施例
实施例1
10-30目的煤粉在450℃下用空气氧化1h后，所得物料与其重量为3倍的KOH相混合后，在800℃下活化1h，制得的活性炭的比表面积为3050m2/g。
对比例1
10-30目的煤粉与其重量为3倍的KOH相混合后，在800℃下活化1h，制得的活性炭的比表面积为2820m2/g。
实施例2
50-100目的石油焦在200℃下用添加了10％氧气的空气氧化4h，所得物料与其重量为4倍的KOH相混合后，在850℃下活化1h，制得的活性炭的比表面积为3100m2/g。
对比例2
50-100目的石油焦与其重量为4倍的KOH相混合后，在850℃下活化1h，制得的活性炭的比表面积为2950m2/g。
实施例3
80-150目的椰壳炭化料在300℃下用空气氧化3h，所得物料与其重量为1倍的KOH相混合后，在900℃下活化1h，制得的活性炭的比表面积为2600m2/g。
对比例3
80-150目的椰壳炭化料与其重量为1倍的KOH相混合后，在900℃下活化1h，制得的活性炭的比表面积为2300m2/g。
实施例4
酚醛树脂的炭化料在250℃下用添加了20％氧气的空气氧化1h，所得物料与其重量为3倍的KOH相混合后，在850℃下活化2h，制得的活性炭的比表面积为2960m2/g。
对比例4
酚醛树脂的炭化料与其重量为3倍的KOH相混合后，在850℃下活化2h，制得的活性炭的比表面积为2680m2/g。
实施例5
10-60目的其它炭化料如橡胶轮胎的炭化物在350℃下用添加了30％氧气的空气氧化0.5h，所得物料与其重量为3倍的KOH相混合后，在800℃下活化1.5h，制得的活性炭的比表面积为2840m2/g。
对比例5
10-60目的其它炭化料如橡胶轮胎的炭化物与其重量为3倍的KOH相混合后，在800℃下活化1.5h，制得的活性炭的比表面积为2660m2/g。
Claims (4)
1一种改善活性炭前驱体亲水性的方法，其特征是将10-150目的含炭前驱体放入旋转管式炉中，在氧化性气氛中于200-450℃下氧化0.5-4h，氧化后的含炭前驱体再与为其重量2-4倍的KOH相混合，在惰性气氛中于450℃下预处理1h，再升温到800-900℃活化0.5-2h，之后降到室温，然后对活化料进行水洗干燥即得超级活性炭。
2如权利要求1所述的一种改善活性炭前驱体亲水性的方法，其特征是所述的含炭前驱体为煤、石油焦、高分子树脂、植物壳、农作物秸秆或其它可炭化物。
3如权利要求1所述的一种改善活性炭前驱体亲水性的方法，其特征是氧化性气氛为空气或添加了氧气的空气。
4如权利要求3所述的一种改善活性炭前驱体亲水性的方法，其特征是添加了氧气的空气中，氧气与空气的体积比为5-30％。
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