CN105502392B - 一种微孔发达活性炭的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微孔发达活性炭的制备方法，包括以下步骤：(1)将浒苔晒干或晾干后粉碎，过40～50目筛，制得浒苔粉；将浒苔粉升温至550～700℃，保温，得到浒苔炭化料；(2)按酒石酸钾与浒苔炭化料质量比为1～5:1条件将酒石酸钾加入到浒苔炭化料中，混合均匀，加入去离子水，搅拌均匀，烘干得混合物；(3)将混合物在氮气保护下，升温至500～900℃，活化0.5h～2.5h，停止加热，冷却至室温；用稀盐酸洗涤，再用去离子水洗涤至pH值为6.5～7.0，烘干或自然晾干，即得。本发明的活性炭的微孔比表面积占93.36％，微孔率67.3％，孔径为2.241nm，吸附作用强，性能优良。

Description

一种微孔发达活性炭的制备方法
技术领域
本发明涉及一种微孔发达活性炭的制备方法，属于活性炭制备技术领域。
背景技术
活性炭是一种黑色多孔的固体炭质。其具有吸附能力强、化学稳定性好、力学性能好、比表面积大、孔隙结构发达、且可方便再生等特点，因此被广泛应用于石化工业、电力行业、化工工业、食品加工、水处理、催化剂及催化剂载体等领域。目前制备活性炭的原料以煤、木材、石油及生物质材料为主。其中，生物质来源广，成本低、可实现可持续发展及其可再生性等特点，受到越来越多的科研人员的重视，研究者分别用椰子壳、柳絮、玉米杆、花生壳及马铃薯薯渣等原料制备活性炭。
浒苔是绿藻纲石莼科的一属，常生长在潮间带岩石上，泥沙滩的石砾上，有时也可附生在大型海藻的藻体上。近些年来，随着全球气候变暖及水体富营养化，海洋大型藻类——浒苔绿潮频频爆发。2008年6月初大量浒苔山东东南沿海成规模性聚集，6月下旬涌入青岛近海海域，并爆发性生长，使青岛海域一度变成翠绿色。浒苔本身虽无毒，但是大量繁殖的浒苔能遮蔽阳光，消耗海水中的氧气，影响其他海洋生物的正常生长，从而导致一系列的生态环境问题；除此浒苔的爆发还会严重影响景观，干扰旅游观光和水上运动的进行。因此解决海洋浒苔灾害带来的环境、生态问题是循环经济和可持续发展的需要。浒苔富含多糖、蛋白质、粗纤维、脂肪和维生素等物质，是制备活性炭的良好原料。
目前化学活化法制备活性炭，以强酸、强碱为活化剂，强酸一般采用H3PO4，强碱一般采用KOH或NaOH。在其生产过程中产生酸性或碱性腐蚀气体不仅对生产设备本身存在氧化或腐蚀，而且对生产环境也会造成污染，同时强酸，强碱对操作人员存在很大的危险性。
吸附质分子与吸附剂孔径尺寸的匹配，可实现对分子的优先选择性吸附。在通常情况下，为达到对某一种分子的优先吸附，需要对活性炭的孔径结构进行改变。气相的吸附应以微孔结构为主，且孔径分布集中，可以尽快的达到吸附平衡。微孔发达的活性炭具有较窄的孔径和较大的比表面积，适合于做电容器电极材料，甲醛、天然气等小分子吸附的多空材料。当前面对二氧化碳问题日益严峻的形势，能保护地球环境，开发制备微孔发达的活性炭具有重要意义。
中国专利文件CN103896268A(申请号：201410138954.9)公开了一种高比表面积多级孔径活性炭的制备方法，利用浒苔中的含碳物作为碳源，以浒苔表面丰富的无机盐为多级结构导向模版，以偏铝酸钠为活化剂，将浒苔粉以微波功率为700～900W，温度350～550℃，加热5～15min，得到浒苔炭化料，浒苔炭化料与偏铝酸钠研磨后,加入去离子水，搅拌均匀后，先烘烤后将混合料于650℃～850℃下加热0.5～2.0h，制得微孔-介孔-大孔多级粉末活性炭，制得的活性炭比表面积较大，比表面积达到3000m2/g，微孔/介孔发达，且孔径为多级结构，电化学性能优异，同时为浒苔的综合利用寻找一个合理的出路，实现了其资源化、高值化和商品化。尽管，上述方法制得的活性炭比表面积大，但是孔径分布多元化，微孔比率较小。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种利用浒苔在酒石酸钾活化下制备微孔发达的活性炭的方法。
原料说明
浒苔：本发明采用原料浒苔，从青岛海边收集。浒苔含有多糖、蛋白质、粗纤维、脂肪和维生素等物质，其中多糖含量为50-65wt％。可以作为制备活性炭的炭源。
本发明的技术方案如下：
一种微孔发达活性炭的制备方法，包括以下步骤：
(1)原料预处理：将浒苔晒干或晾干后粉碎，过40～50目筛，制得浒苔粉；将浒苔粉升温至550～700℃，保温10～40min，得到浒苔炭化料；
(2)原料浸渍处理：按酒石酸钾与浒苔炭化料质量比为1～5:1条件将酒石酸钾加入到浒苔炭化料中，混合均匀，加入去离子水，搅拌均匀，烘干得到混合物；
(3)活化处理：将步骤(2)处理好的混合物在氮气保护下，升温至500～900℃，活化0.5h～2.5h，停止加热，冷却至室温；用3％～5％的稀盐酸洗涤，再用去离子水洗涤至pH值为6.5～7.0，烘干或自然晾干，即得到微孔发达的活性炭。
根据本发明，优选的，步骤(1)中升温的速率为5～6℃/min，温度保持在650～700℃，保温时间10～20min。
根据本发明，优选的，步骤(2)中酒石酸钾和浒苔炭化料质量比为2～4:1，进一步优选的，酒石酸钾和浒苔炭化料质量比为3:1。
根据本发明，优选的，步骤(3)中酒石酸钾与浒苔炭化料的混合物的反应温度为：700～900℃，活化1.0～2.0h，进一步优选，反应温度为800℃，活化时间：1h。
本发明与现有技术相比，由于原料、制造方法及工艺参数的不同，制备的活性炭孔隙结构也不同，微孔、中空及大孔的发达程度不同。在本发明的炭化过程中，碳元素以外的物质(氢、氧等)以气体的形态被除去，且通过二氧化碳、一氧化碳的形式，使炭元素中一部分以气体的形态释放出去，最终慢慢转化成具有活性炭原始形态结构的炭化料；在本发明的活化过程中，酒石酸钾对原料具有脱水、浸蚀及催化的作用，使原料中的碳氢化合物中所含有的氢和氧以水的形态分解脱离，除去活化剂后所得到的活性炭。改变活化参数将得到具有不同的孔隙结构和比表面积的活性炭。
本发明的技术特点及优点
1.本发明制备的活性炭的比表面积达1764.1m2/g，其中，微孔比表面积达到1645.1m2/g，微孔比表面积占93.36％，微孔率67.3％，孔径为2.241nm，吸附作用强，性能优良，对有害物质有很好的去除效果。
2.本发明选用酒石酸钾为活化剂，相对于强酸强碱，减少了对设备的腐蚀性和对操作人员的危险性，同时延长了设备的寿命及降低了整体的生产成本。
3.本发明选用浒苔为原料制备活性炭的方法，解决了浒苔造成的生态问题，将浒苔变废为宝，实现了浒苔的资源化利用，同时减少了对煤炭和木材的使用，解决了制备活性炭的原料的问题，降低了成本。
附图说明
图1是实施例1制备的微孔发达活性炭的扫描电镜照片。
图2是实施例1制备的微孔发达活性炭的孔径分布图。
图3是实施例1制备的微孔发达活性炭的N2吸附脱附图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
一种微孔发达活性炭的制备方法，包括以下步骤：
(1)将浒苔晒干后粉碎，过40目筛，制得浒苔粉。将浒苔粉于带盖的坩埚中在炭化炉中加热，升温速率控制在5℃/min，升温后物料保持700℃，加热10min，出炉后得到浒苔炭化料。
(2)按酒石酸钾与浒苔炭化料质量比为3:1的条件将酒石酸钾加入到浒苔炭化料中，混合均匀，加入去离子水，搅拌均匀；在110℃烘箱里烘干得到混合物。
(3)将步骤(2)处理好的混合物放入管式电阻中，在氮气保护下，升温至800℃，活化1h，停止加热，冷却至室温，取出；用4％的稀盐酸洗涤，在用去离子水洗涤至pH值为6.5～7.0，110℃条件在鼓风干燥箱中烘干，即得到微孔发达的活性炭。
本实施例所得的活性炭的扫描电镜图片如图1所示，孔径分布图和N2吸附脱附曲线如图2、3所示。由图2、3可知，所制备的活性炭活化完全，比表面积可达到1764.1m2/g，微孔发达，且微孔比表面积达到1645.1m2/g，微孔比表面积占93.36％，微孔率67.3％，孔径为2.241nm。
实施例2
一种微孔发达活性炭的制备方法，包括以下步骤：
(1)浒苔将浒苔晒干后粉碎，过40目筛，制得浒苔粉。将浒苔粉于带盖的坩埚中在炭化炉中加热，升温速率控制在5℃/min，升温后物料保持在700℃，加热10min，出炉后得到浒苔炭化料。
(2)按酒石酸钾与浒苔炭化料质量比为2:1的条件将酒石酸钾加入到浒苔炭化料中，混合均匀，加入去离子水，搅拌均匀；在110℃烘箱里烘干得到混合物。
(3)将步骤(2)处理好的混合物放入管式电阻中，在氮气保护下，升温至700℃，活化0.5h，停止加热，冷却至室温，取出；用4％的稀盐酸洗涤，在用去离子水洗涤至pH值为6.5～7.0，110℃条件在鼓风干燥箱中烘干，即得到微孔发达的活性炭。
实施例3
一种微孔发达活性炭的制备方法，包括以下步骤：
(1)浒苔将浒苔晒干后粉碎，过40目筛，制得浒苔粉。将浒苔粉于带盖的坩埚中在炭化炉中加热，升温速率控制在5℃/min，升温后物料保持在700℃，加热10min，出炉后得到浒苔炭化料。
(2)按酒石酸钾与浒苔炭化料质量比为1:1的条件将酒石酸钾加入到浒苔炭化料中，混合均匀，加入去离子水，搅拌均匀；在110℃烘箱里烘干得到混合物。
(3)将步骤(2)处理好的混合物放入管式电阻中，在氮气保护下，升温至900℃，活化1h，停止加热，冷却至室温，取出；用4％的稀盐酸洗涤，在用去离子水洗涤至pH值为6.5～7.0，110℃条件在鼓风干燥箱中烘干，即得到微孔发达的活性炭。
对比例
如实施例1所述，不同的是将步骤(1)中升温速率控制在15℃/min，升温后物料保持
在500℃，加热90min；将步骤(2)中的酒石酸钾用偏铝酸钠替代。
结果：比表面积可达到1445.8m2/g，微孔比表面积达到1202.9m2/g，微孔比表面积占83.1％，微孔率42.2％，孔径为3.39nm。

Claims (6)

1.一种微孔发达活性炭的制备方法，包括以下步骤：
（1）原料预处理：将浒苔晒干或晾干后粉碎，过40～50目筛，制得浒苔粉；将浒苔粉
升温至550～700 ℃，升温的速率为5～6 ℃/min，保温10～40 min，得到浒苔炭化料；
（2）原料浸渍处理：按酒石酸钾与浒苔炭化料质量比为1～5:1条件将酒石酸钾加入到浒苔炭化料中，混合均匀，加入去离子水，搅拌均匀，烘干得到混合物；
（3）活化处理：将步骤（2）处理好的混合物在氮气保护下，升温至500～900 ℃，活
化0.5 h～2.5 h，停止加热，冷却至室温；用3 %～5 %的稀盐酸洗涤，再用去离子水洗涤至pH值为6.5～7.0，烘干或自然晾干，即得到微孔发达的活性炭。
2.根据权利要求1所述的微孔发达活性炭的制备方法，其特征在于，步骤（1）中温度保持在650～700 ℃，保温时间10～20 min。
3.根据权利要求1所述的微孔发达活性炭的制备方法，其特征在于，步骤（2）中酒石酸钾和浒苔炭化料质量比为2～4:1。
4.根据权利要求3所述的微孔发达活性炭的制备方法，其特征在于，步骤（2）中酒石酸钾和浒苔炭化料质量比为3:1。
5.根据权利要求1所述的微孔发达活性炭的制备方法，其特征在于，步骤（3）中酒石酸钾与浒苔炭化料的混合物的反应温度为：700～900 ℃，活化1.0～2.0 h。
6.根据权利要求5所述的微孔发达活性炭的制备方法，其特征在于，步骤（3）中反应温度为800 ℃，活化时间：1 h。
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