CN101293197A - 一种吸附co2用超级活性炭粉体的成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在0～50℃温度条件下对粉体超级活性炭的成型方法。其特征在于，在以热固性酚醛树脂作粘结剂，采用油压成型技术制备成型超级活性炭时，通过添加羧甲基纤维素、甲基纤维素、纤维素、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、六次甲基四胺、焦油等辅助粘结剂，实现了对超级活性炭在0～50℃条件下的直接成型。本方法通过辅助粘结剂的添加，相应降低了热固性酚醛树脂粘结剂的含量，使得超级活性炭的表面积利用率提高；辅助粘结剂在最后的炭化过程中裂解，形成了良好的气体扩散通道，提高了CO₂分子的扩散、吸脱附速率。

Description

一种吸附CO2用超级活性炭粉体的成型方法

技术领域：

本发明涉及一种超级活性炭粉体的成型方法。属于一种用于CO₂吸附的成型超级活性炭的制备方法。

背景技术：

联合国环境署的政府间气候变化专门委员会(IPCC)在2007年初发表的第四份报告指出，气候变暖已经是“毫无争议”的事实，90％以上的可能性是人类活动导致了气候变暖。其中燃煤电厂、钢铁和水泥等行业大量排放的CO₂是导致气候变化的最重要的温室气体之一。2005年我国是仅次于美国的CO₂排放大国，预计可能很快将超过美国。作为《联合国气候变化框架公约》签约方之一，我国在该公约生效后所面临的减少CO₂排放的压力十分严峻。除了采用新技术以节能降耗、开发可再生能源等达到减排目的以外，CO₂捕集和封存技术(CCS)是目前国际公认的有效解决途径之一。

超级活性炭是一种新型的炭质多孔吸附材料，具有其它多孔材料不可比拟的超高表面积(最高可达4000m²/g)，通过后期的化学气相沉积(CVD)技术修饰，不但孔径可在0～2nm范围内可控，而且可针对CO₂的分子结构特征修饰其表面化学环境，从而在具有高吸附容量的同时具有高的选择性吸附能力。虽然超级活性炭对这类线性分子特别地具有吸脱附速度快、再生条件温和、使用温度广谱等显著特性，但因其为超细粉体(粒径在5～50μm)物质，在实际应用场合(如燃煤电厂等工业过程产生的CO₂混合气)必须将其制成型体物质，否则气体通过床层会产生很大的压降，甚至沟流或吸附剂被吹出等不利现象。热固性酚醛树脂是一种常规的粘结剂，当以之为粘结剂时，必须在180～350℃先对超级活性炭/粘结剂混合物进行热处理，然后再进行成型。该方法操作难度大，超级活性炭的比表面积利用率低，且具有一定的能耗。对此，如果能在常温(0～50℃)条件下，以热固性酚醛树脂为粘结剂，添加辅助粘结剂直接对超级活性炭进行成型，且比表面积利用率较高，则具有非常大的实际意义。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种在0～50℃条件下的超级活性炭粉体的成型技术。该方法工艺简单、粘结剂含量低，且超级活性炭比表面积的利用率高并具有良好的气体扩散通道结构。

本发明是通过下述方案实现的，其特征在于包括以下过程：

(1)将易裂解的辅助粘结剂溶于沸水并搅拌，冷却至20～70℃后与超级活性炭混合制成浆体，超级活性炭占浆体质量的5～20％；

(2)将热固性酚醛树脂溶于醇类或醚类有机溶剂，并与上述浆体物质混合、辊撵，其中热固性酚醛树脂占超级活性炭质量的5～60％；

(3)将步骤(2)得到的混合物于100～200℃下干燥1～5h，然后进行研磨，制得超级活性炭/辅助粘结剂/酚醛树脂粉体物质，使其粒径为3～100μm；

(4)将上述粉体物质于0～50℃，采用油压成型技术，在3～30MPa的压强下制成所需尺寸的超级活性炭成型体；

(5)对步骤(4)所得成型体置于炭化炉中，然后以2～10℃/min的升温速率先后升温至120～250℃、500～1000℃，并均恒温1～3h，自然冷却至20～50℃后，即制得成型的超级活性炭，用于吸附CO₂。

上述的辅助粘结剂为羧甲基纤维素、甲基纤维素、纤维素、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、六次甲基四胺、焦油中的一种或几种。

上述工艺中，是将制得的超级活性炭/辅助粘结剂/酚醛树脂混合物，先制成粒径为3～100μm的粉体物质，然后进行成型。

上述超级活性炭为比表面积大于2000m²/g的活性炭

有益效果

本发明的优点在于：以热固性酚醛树脂作粘结剂，通过辅助粘结剂的添加，实现了对超级活性炭在0～50℃条件下的直接成型，降低能耗；辅助粘结剂的添加，相应降低了热固性酚醛树脂粘结剂的含量，使得超级活性炭的表面积利用率提高；辅助粘结剂在炭化过程中的裂解，形成了良好的气体扩散通道，提高了CO₂分子的扩散、吸脱附速率。

具体实施方式

【对比例一】

将40g热固性酚醛树脂与200g超级活性炭(粒径为20μm，比表面积为3000m²/g)进行机械混合，然后称取10g混合物置于柱状热压成型容器(内径15mm，高40mm，外加热)中，再将热压容器置于油压成型设备上，以3℃/min的升温速率升温至250℃并恒温3h进行固化热处理，自然冷却至30℃后，取料，得到柱状超级活性炭成型体，但机械强度较低。再将柱状超级活性炭置于炭化炉中，以5℃/min的升温速率升温至800℃并恒温3h进行炭化热处理，自然冷却至30℃后，制得φ15×9.7mm的柱状超级活性炭，其比表面积为1200m²/g，压缩强度为9MPa，常压下对CO₂(CO₂气体的浓度为6.5％)的平衡吸附量为0.23mmol/g。

【对比例二】

将40g热固性酚醛树脂溶于150ml乙醇溶液中，与200g超级活性炭(粒径为20μm，比表面积为3000m²/g)进行搅拌混合。将所得混合物置于100℃的真空烘箱中，干燥2h，冷却至30℃后取出并研磨至20μm，称取10g混合物置于柱状成型容器(内径15mm，高40mm)中，再将热压容器置于油压成型设备上，在20MPa下恒压10min，泄压取料，所得混合物仍为粉体物质。可见，由于未键入加入辅助粘结剂，所以在0～50℃常温下，无法得到成型的活性炭。

【实施例】

称取10g甲基纤维素，溶于150ml的沸水中并搅拌30min，等溶液温度降至30℃后，将200g将超级活性炭(粒径为20μm，比表面积为3000m²/g)逐步加入所制甲基纤维素溶液中，并进行机械混合。将40g热固性酚醛树脂溶于150ml乙醇溶液中，搅拌10min后，将热固性酚醛树脂溶液加入超级活性炭/甲基纤维素混合物中，再次进行机械混合，待混合均匀后，置于100℃的真空烘箱中，干燥2h，冷却至30℃后取出并研磨至20μm。称取10g混合物置于柱状成型容器(内径15mm，高40mm)中，再将热压容器置于油压成型设备上，于25℃室温下在20MPa下恒压10min，泄压取料，制得φ15×10mm的柱状超级活性炭。将柱状活性炭置于炭化炉中，以5℃/min的升温速率先后升温至200℃、800℃，并分别恒温0.5、1h，再自然冷却至30℃，取料，即制得比表面积为2650m²/g的柱状超级活性炭，其压缩强度为14MPa，常压下对CO₂(CO₂气体的浓度为6.5％)的平衡吸附量为0.56mmol/g。

Claims (1)

1、一种吸附CO₂用超级活性炭粉体的成型方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：

(1)将易裂解的辅助粘结剂溶于沸水并搅拌，冷却至20～70℃后与超级活性炭混合制成浆体，超级活性炭占浆体质量的5～20％；

(2)将热固性酚醛树脂溶于醇类或醚类有机溶剂，并与上述浆体物质混合、辊撵，其中热固性酚醛树脂占超级活性炭质量的5～60％；

(3)将步骤(2)得到的混合物于100～200℃下干燥1～5h，然后进行研磨，制得超级活性炭/辅助粘结剂/酚醛树脂粉体物质，使其粒径为3～100μm；

(4)将上述粉体物质于0～50℃，采用油压成型技术，在3～30MPa的压强下制成所需尺寸的超级活性炭成型体；

(5)对步骤(4)所得成型体置于炭化炉中，然后以2～10℃/min的升温速率先后升温至120～250℃、500～1000℃，并均恒温1～3h，自然冷却至20～50℃后，即制得成型的超级活性炭，用于吸附CO₂；

其中，所述的辅助粘结剂为羧甲基纤维素、甲基纤维素、纤维素、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、六次甲基四胺、焦油中的一种或几种。