CN102205961A - 调节活性炭孔结构的方法 - Google Patents

调节活性炭孔结构的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102205961A
CN102205961A CN 201110057939 CN201110057939A CN102205961A CN 102205961 A CN102205961 A CN 102205961A CN 201110057939 CN201110057939 CN 201110057939 CN 201110057939 A CN201110057939 A CN 201110057939A CN 102205961 A CN102205961 A CN 102205961A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pore structure
carrier
gac
acid
deionized water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN 201110057939
Other languages
English (en)
Inventor
靳立军
张建波
胡浩权
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian University of Technology filed Critical Dalian University of Technology
Priority to CN 201110057939 priority Critical patent/CN102205961A/zh
Publication of CN102205961A publication Critical patent/CN102205961A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

一种调节活性炭孔结构的方法，将碳源原料、活化剂和载体在去离子水中混合，再向混合液中加入乙醇，搅拌均匀；将上述混合液经蒸干、碳化、洗涤液清洗、干燥即可。本发明只需要通过控制碳化前添加载体的种类或用量、或者碳化后根据需要选用不同洗涤液来以移除活性炭孔道中的可溶性盐，实现活性炭的孔结构可控。本方法具有操作简单、方便、可控性强等优点。

Description

调节活性炭孔结构的方法
技术领域
本发明属于活性炭的制备、改性及催化应用领域。具体地说是涉及一种在化学活化法制备活性炭过程中，通过碳化前控制添加载体的类型和用量、或碳化后选用不同的洗涤液来控制活性炭孔结构的方法。
背景技术
活性炭是一种黑色粉末状或颗粒状的无定形多孔炭材料，常用作吸附剂、脱色剂、干燥剂和催化剂等，广泛应用于化工、食品和环保领域。目前，制备活性炭的常见方法主要分为以下两种：
1.物理活化法。该法特征在于将碳源在高温下热解或碳化后，经二氧化碳、水蒸气或二者的组合作为活化剂活化得到的半焦，通过将部分高反应性的碳原子气化进而形成孔状活性炭(Kovacik et al.Fuel Process Technol 1995；41：89-99.和Wigmans T.Carbon 1989；27：13-22.)。
2.化学活化法。该方法通常先用化学试剂将碳源浸渍后，再进行热解或碳化。然后将化学试剂洗涤掉，即可得到多孔结构的活性炭。常用的活化剂有磷酸、氢氧化钾和氯化锌等(Vilaplana-Ortego et al.Carbon 2009；47：2112-43.和Qian et al.Bioresource Technol 2007；98：353-60.)，常见的洗涤方式为先盐酸洗再水洗(
Figure BDA0000049675410000011
et al.Appl Surf Sci 2004；238：347-54.，Wu et al.J Environ Manage 2010；91：1097-102.和Pietrzak et al.Energ Fuel 2006；20：1275-80.)。
与物理活化法相比，化学活化法通常所需的温度较低，而且需要时间短，得到的活性炭比表面积大、收率高(Caturla et al.Carbon 1991；29：999-1007.)。所以化学活化法得到更多的关注。
然而，在活性炭的具体应用中，通常需要其具有一定的表面和结构特征以及较高的催化活性，而这些性质与其孔形状及其分布密切相关(Lozano-Castellóetal.Carbon 2001；39：741-9.)。因此，有必要对活性炭的孔结构进行调节和控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简单、高效的方法来调节活性炭的孔结构特征。
为达到上述目的，本发明提供一种调节活性炭孔结构的方法，具体步骤为：常温常压下，将一定粒度的碳源原料、活化剂和载体在去离子水中混合，再向混合液中加入乙醇，搅拌均匀；将上述混合液经蒸干、碳化、洗涤液清洗、干燥即可；
所述碳源原料、活化剂和载体质量比为3～10∶1～12∶1～5，去离子水的用量为碳源质量的5～10倍，乙醇加入量为去离子水质量的1％～10％；
所述碳源原料为煤、煤渣、煤液化残渣、煤焦、沥青、石油焦、各果壳、木质素中的一种或几种的组合；
所述活化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、氢氧化镁、氢氧化钙中的一种或几种的组合；
所述载体为二氧化硅、分子筛、氧化铝、氧化镁、氧化钙、活性炭、二氧化钛、二氧化锆、泡沫陶瓷、稀土金属氧化物和复合氧化物中的一种或几种的组合；优选二氧化硅、分子筛或活性炭。
所述洗涤液为水或氢氟酸、盐酸、硫酸、硝酸、磷酸等常见的酸试剂；或者以上任何几种试剂的组合；优选水、氢氟酸、盐酸中的一种或几种的组合，所述酸的浓度为5mol/L。
本发明所述的蒸干、碳化、清洗、干燥等操作步骤均为化学活化法制备活性炭的常规操作，为本领域技术人员所熟知。
通常情况下，碳化条件为：由室温开始以2℃/min左右的加热速率升温至400℃左右，然后以1℃/min左右的加热速率升至600℃左右，停留约90min后再以2℃/min左右的加热速率升至900℃，停留2h后，冷却至50℃以下即得到产品。整个过程在惰性气氛(氮气、氩气或者氦气)下进行。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，以传统的化学活化法为基础，通过在化学活化法制备活性炭过程中，添加一定物质与活化剂发生反应形成可溶性盐做模板，经碳化、洗涤后形成一定孔径分布的孔结构。具体来说，控制碳化前添加载体的种类和用量、或者碳化后选用不同的洗涤液实现活性炭的孔结构的控制。
图1中，■为以煤为原料的商业活性炭样品；其余三个均为以神华煤液化残渣为原料，在氢氧化钾活化、碳化后经去离子水洗涤得到的活性炭样品：其中，○为碳化前添加3g SiO2载体；为碳化前添加3g SBA-15载体；▲为用传统的氢氧化钾活化法(不添加任何载体)。由图1中可看出，本发明的活性炭氮吸附量与常规法制得的活性炭相当，但是孔结构的分布明显变窄，而且相对集中；相对商业活性炭明显凸出了介孔的特征。
图2中，曲线1、2、3、4分别为本发明的以神华煤液化残渣为原料，在用氢氧化钾活化法制备活性炭时，碳化前添加3g SiO2载体，碳化后经分别为不洗涤、去离子水洗涤、盐酸洗+去离子水洗、氢氟酸洗+去离子水洗得到的四种活性炭样品。由图2中可看出，选用不同的洗涤液会造成活性炭样品中残留的灰分含量的不同；而在本发明方法制备的活性炭中残留灰分的多少对其孔结构特征影响巨大。
图3中，均是以神华煤液化残渣为原料，在氢氧化钾活化过程中添加载体，碳化后经去离子水洗涤得到的活性炭样品。其中，碳化前添加的载体种类和用量依次为：■2g SBA-15；○3g SBA-15；▲2g SiO2；△3g SiO2。由图3中可看出，本发明中添加不同的载体，或者改变载体的添加量，会影响活性炭的孔径分布，进而影响其表面结构特征。
图4中，三个样品均为以神华煤液化残渣为原料，利用氢氧化钾活化法，在碳化前添加3g SiO2得到的；其中，碳化后的洗涤方式依次为：■去离子水洗涤；○盐酸洗涤后再去离子水洗；▲氢氟酸洗涤后再去离子水洗。由图4中可看出，本发明的活性炭中残留灰分的多少对其孔结构特征的影响。
本发明的有益效果是：在用化学活化法制备活性炭时，只需要通过控制碳化前添加载体的种类或用量、或者碳化后根据需要选用不同洗涤液来以移除活性炭孔道中的可溶性盐，实现活性炭的孔结构可控。本方法具有操作简单、方便、可控性强等优点。
附图说明
图1是本发明的活性炭与传统方法制备的活性炭、商业活性炭氮气等温吸附-脱附曲线(a)和孔径分布(b)比较图。
图2是本发明的活性炭在碳化后选用不同的洗涤方式所得样品的热重曲线比较图。
图3是本发明的活性炭在碳化前添加不同含量的载体制得样品的氮气等温吸附-脱附曲线(a)和孔径分布(b)的对比图。
图4是本发明的活性炭在碳化后选用不同的洗涤方式所得样品的氮气等温吸附-脱附曲线和孔径分布曲线对比。
具体实施方式
实施例1
选用神华煤液化残渣为碳源，粉碎、筛分至60～100目。取5g碳源与10g氢氧化钾和3g SiO2载体在50ml的去离子水中混合，形成悬浊液A；再向A中加入10ml乙醇，在常温常压下搅拌24h，使它们混合均匀。然后蒸干、碳化、洗涤(水洗)、干燥，即制得活性炭样品。其中碳化程序为：由15℃以2℃/min的速率升温至400℃，然后以1℃/min的速率升至600℃后，停留90min；再以2℃/min的速率升至900℃，停留2h后，冷却至50℃以下即取出样品。整个过程在惰性氮气气氛下进行。得到的活性炭样品表示为R/SiO2(KOH)，其孔径分布比较集中，见图1，表面和结构特征见表1；其灰含量见图2。
实施例2
按照实施例1同样的方法和步骤，将SiO2载体的用量改为2g。得到的活性炭样品表示为R/tSiO2(KOH)，其氮气等温吸附-脱附曲线和孔径分布见图3，表面和结构特征见表1。
实施例3
按照实施例1同样的方法和步骤，选用分子筛SBA-15载体替换SiO2载体，制备得到的活性炭样品表示为R/SBA-15(KOH)，其氮气等温吸附-脱附曲线和孔径分布见图1，表面和结构特征见表1。
实施例4
按照实施例3同样的方法和步骤，将分子筛SBA-15载体的用量改为2g。得到的活性炭样品表示为R/tSBA-15(KOH)，其氮气等温吸附-脱附曲线和孔径分布见图3，表面和结构特征见表1。
实施例5
将实施例1中的步骤“洗涤(水洗)”去掉，其它实施过程相同于实施例1，所得的样品表示为NW-R/SiO2(KOH)。氮吸附结果显示其孔结构和比表面积为0，见表1；其灰含量见图2。
实施例6
将实施例1中的步骤“洗涤(水洗)”改为“5M HCl洗涤后，再经去离子水洗至无氯离子”，其它实施过程相同于实施例1，所得的样品表示为HCl-R/SiO2(KOH)。其氮气等温吸附-脱附曲线和孔径分布见图4，表面和结构特征见表1；其灰含量见图2。
实施例7
将实施例1中的步骤“洗涤(水洗)”改为“5M HF洗涤，再经去离子水洗至无氟离子”，其它实施过程相同于实施例1，所得的样品表示为HF-R/SiO2(KOH)。其氮气等温吸附-脱附曲线和孔径分布见图4，表面和结构特征见表1；其灰含量见图2。
实施例8
按照实施例1同样的方法和步骤，选用商业活性炭(粉碎、筛分至60～100目)作为载体，制备得到的活性炭样品表示为R/AC(KOH)，其表面和结构特征见表1。
对比例1
按照实施例1同样的方法和步骤，不选用任何载体(即用常规氢氧化钾活化法，碳化后去离子水洗)来制备活性炭。得到的活性炭样品表示为R(KOH)，其氮气等温吸附-脱附曲线和孔径分布见图1，表面和结构特征见表1。
对比例2
将商业活性炭颗粒粉碎、筛分至60～100目后，在相同于实施例1中的碳化程序下热解，冷却后得到的样品记作AC。其氮气等温吸附-脱附曲线和孔径分布见图1，表面和结构特征见表1。
表1活性炭样品性能比较
Figure BDA0000049675410000051

Claims (5)

1.一种调节活性炭孔结构的方法，包括如下步骤：常温常压下，将碳源原料、活化剂和载体在去离子水中混合，再向混合液中加入乙醇，搅拌均匀；将上述混合液经蒸干、碳化、洗涤液清洗、干燥即可；
所述碳源原料、活化剂和载体的质量比为3～10∶1～12∶1～5，去离子水用量为碳源质量的5～10倍，乙醇加入量为去离子水质量的1％～10％；
所述碳源原料为煤、煤渣、煤液化残渣、煤焦、沥青、石油焦、各果壳、木质素中的一种或几种的组合；
所述活化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、氢氧化镁、氢氧化钙中的一种或几种的组合；
所述载体为二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化钙、二氧化钛、二氧化锆、活性炭、分子筛、泡沫陶瓷、稀土金属氧化物或复合氧化物中的一种或几种的组合；
所述洗涤液为水、氢氟酸、盐酸、硫酸、硝酸或磷酸中的一种或几种的组合。
2.根据权利要求1所述调节活性炭孔结构的方法，其特征在于所述活化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡中的一种。
3.根据权利要求1所述调节活性炭孔结构的方法，其特征在于所述载体为二氧化硅、分子筛或活性炭。
4.根据权利要求1～3中任一项权利要求所述调节活性炭孔结构的方法，其特征在于所述洗涤液为去离子水、盐酸、氢氟酸中的一种或几种的组合。
5.根据权利要求4所述调节活性炭孔结构的方法，其特征在于所述酸的浓度为5mol/L。
CN 201110057939 2011-03-10 2011-03-10 调节活性炭孔结构的方法 Pending CN102205961A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110057939 CN102205961A (zh) 2011-03-10 2011-03-10 调节活性炭孔结构的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110057939 CN102205961A (zh) 2011-03-10 2011-03-10 调节活性炭孔结构的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102205961A true CN102205961A (zh) 2011-10-05

Family

ID=44695067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201110057939 Pending CN102205961A (zh) 2011-03-10 2011-03-10 调节活性炭孔结构的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102205961A (zh)

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102583333A (zh) * 2012-01-18 2012-07-18 黑龙江大学 以玉米秸秆为碳源合成多孔纳米石墨片的方法
CN102627279A (zh) * 2012-03-29 2012-08-08 南京正森环保科技有限公司 一种烟气脱汞活性炭的制备方法
CN105776206A (zh) * 2016-05-04 2016-07-20 南京正森环保科技有限公司 一种木质素基分子筛活性炭及其制备方法
CN105883799A (zh) * 2016-04-25 2016-08-24 贵州安凯达实业股份有限公司 一种活性炭活性提高方法
CN108126677A (zh) * 2017-12-28 2018-06-08 安徽工业大学 一种用于酸性染料废水处理的复合炭材料的制备方法
CN108435232A (zh) * 2018-02-11 2018-08-24 安徽海德化工科技有限公司 用于环己烷催化氧化的分子筛的制备方法
CN108751160A (zh) * 2018-06-15 2018-11-06 华南理工大学 一种孔道均匀的木质素多孔碳及其制备方法和在锂离子电池负极材料中的应用
CN109553079A (zh) * 2017-09-27 2019-04-02 北京君研碳极科技有限公司 一种多孔碳材料的制备方法
CN111375375A (zh) * 2018-12-29 2020-07-07 中国石油化工股份有限公司 一种脱硫吸附剂及其制备方法
CN112573518A (zh) * 2020-12-14 2021-03-30 江苏宝利金材科技有限公司 一种通过酚醛泡沫隔热材料制备泡沫活性炭的方法
CN113058627A (zh) * 2021-03-30 2021-07-02 中建三局绿色产业投资有限公司 Al/Si-C基多孔核壳分离球体及其负载型催化剂和应用
CN113277509A (zh) * 2021-05-26 2021-08-20 中国科学技术大学 一种多孔碳纳米材料及其制备方法
CN113546609A (zh) * 2020-04-26 2021-10-26 国家能源投资集团有限责任公司 一种吸附材料的制备方法及其应用
CN113546603A (zh) * 2020-04-24 2021-10-26 桐源（上海）网络技术有限公司 一种空气净化抗菌活性炭的制备方法
CN115924911A (zh) * 2022-12-12 2023-04-07 林立 一种多孔炭材料的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士) 工程科技Ⅰ辑》 20051215 王晓瑞 煤沥青基活性炭的制备与研究 23、49-60 1-5 , 第8期 *

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102583333A (zh) * 2012-01-18 2012-07-18 黑龙江大学 以玉米秸秆为碳源合成多孔纳米石墨片的方法
CN102627279A (zh) * 2012-03-29 2012-08-08 南京正森环保科技有限公司 一种烟气脱汞活性炭的制备方法
CN105883799A (zh) * 2016-04-25 2016-08-24 贵州安凯达实业股份有限公司 一种活性炭活性提高方法
CN105883799B (zh) * 2016-04-25 2018-06-29 贵州安凯达实业股份有限公司 一种活性炭活性提高方法
CN105776206A (zh) * 2016-05-04 2016-07-20 南京正森环保科技有限公司 一种木质素基分子筛活性炭及其制备方法
CN109553079A (zh) * 2017-09-27 2019-04-02 北京君研碳极科技有限公司 一种多孔碳材料的制备方法
CN108126677A (zh) * 2017-12-28 2018-06-08 安徽工业大学 一种用于酸性染料废水处理的复合炭材料的制备方法
CN108435232A (zh) * 2018-02-11 2018-08-24 安徽海德化工科技有限公司 用于环己烷催化氧化的分子筛的制备方法
CN108751160A (zh) * 2018-06-15 2018-11-06 华南理工大学 一种孔道均匀的木质素多孔碳及其制备方法和在锂离子电池负极材料中的应用
CN108751160B (zh) * 2018-06-15 2020-11-24 华南理工大学 一种孔道均匀的木质素多孔碳及其制备方法和在锂离子电池负极材料中的应用
CN111375375A (zh) * 2018-12-29 2020-07-07 中国石油化工股份有限公司 一种脱硫吸附剂及其制备方法
CN113546603A (zh) * 2020-04-24 2021-10-26 桐源（上海）网络技术有限公司 一种空气净化抗菌活性炭的制备方法
CN113546609A (zh) * 2020-04-26 2021-10-26 国家能源投资集团有限责任公司 一种吸附材料的制备方法及其应用
CN112573518A (zh) * 2020-12-14 2021-03-30 江苏宝利金材科技有限公司 一种通过酚醛泡沫隔热材料制备泡沫活性炭的方法
CN113058627A (zh) * 2021-03-30 2021-07-02 中建三局绿色产业投资有限公司 Al/Si-C基多孔核壳分离球体及其负载型催化剂和应用
CN113277509A (zh) * 2021-05-26 2021-08-20 中国科学技术大学 一种多孔碳纳米材料及其制备方法
CN115924911A (zh) * 2022-12-12 2023-04-07 林立 一种多孔炭材料的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102205961A (zh) 调节活性炭孔结构的方法
CN106167263B (zh) 一种使用造纸黑液木质素制备活性炭的方法
CN106629796B (zh) 一种废弃工业活性氧化铝活化再生的方法
Fedunik-Hofman et al. Friedman method kinetic analysis of CaO-based sorbent for high-temperature thermochemical energy storage
CN105480974B (zh) 一种高产率介孔活性炭的制备方法
WO2015106720A1 (zh) 以生物质电厂灰为原料制备超级活性炭的方法
CN103936006A (zh) 一种用米糠制备多孔活性炭材料的方法
Zou et al. Sorption capacity and mechanism of Cr3+ on tobermorite derived from fly ash acid residue and carbide slag
CN106115698B (zh) 一种利用回收废炭制备含氮多孔炭的方法及其产品和应用
Li et al. High-temperature CO2 capture by Li4SiO4 adsorbents: Effects of pyroligneous acid (PA) modification and existence of CO2 at desorption stage
CN103213984A (zh) 一种以废弃棉布为原料制备高导热活性炭的方法
CN103771414A (zh) 一种快速活化制备高比表面积活性炭的方法
CN102674346A (zh) 低koh用量制备高比表面积复合孔结构煤质活性炭
CN108773844A (zh) 一种微量钙添加催化活化制备煤基多孔碳材料的方法
CN103482624B (zh) 一种具有光催化功能活性炭的制备方法
CN108014750A (zh) 一种煤基脱硫用活性炭的制备方法
CN103964431B (zh) 一种分离二氧化碳气体的变压吸附用活性炭及其制备方法
CN105195092A (zh) 一种污泥基生物炭及其制备方法
CN104628001A (zh) 一种活性焦的制备方法
CN104984769B (zh) 一种甲烷二氧化碳重整制合成气炭基催化剂的方法
CN102389826B (zh) 一种用于焦炉煤气甲烷化的催化剂的制备方法
CN105749858A (zh) 一氧化碳吸附剂的制备方法
CN114570329A (zh) 一种污泥生物炭的制备工艺及其应用
Pu et al. Biomass-derived carbon/MgO-Al2O3 composite with superior dynamic CO2 uptake for post combustion capture application
CN113842937B (zh) 超薄富氮石墨相氮化碳纳米片负载的气凝胶可见光催化剂及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20111005