CN106082172A - 一种高比表面积制氮碳分子筛的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高比表面积制氮碳分子筛的制备方法，采用花泥料、煤和酚醛树脂充分混合作为原料，原料不仅成本低、实现花泥料的废物利用，而且原料灰份低，有利于后续处理；通过在活化过程中加入石墨烯，制氮碳分子筛比表面积达到3500‑4000m2/g。

Description

一种高比表面积制氮碳分子筛的制备方法
技术领域
本发明涉及一种分子筛的制备方法，属于碳素材料领域，尤其涉及一种高比表面积制氮碳分子筛的制备方法。
背景技术
制氮碳分子筛是几乎只含直径为数埃的均匀微孔的一种新型活性碳。这种孔隙特性可以依据其孔隙大小和要吸附气体的分子大小及形状来赋与制氮碳分子筛选择吸附性能。利用这种特征，制氮碳分子筛被广泛用于各种气体分离过程。经检索，现有公开的制氮碳分子筛的制造工艺在原料选择、原料配比、工艺参数组合等方面存在不甚完善的地方，导致现有的制氮碳分子筛在产氮浓度、产氮量、回收率等诸多方面的性能并不理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供高比表面积高比表面积制氮碳分子筛的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种高比表面积制氮碳分子筛的制备方法，包括以下步骤：
a、原料配比；将花泥料、煤和酚醛树脂混匀后，在300-400℃、氮气保护条件下加热6-8h；
b、将上述样品进行行星式球磨，粉碎至120目；
c、将酚醛树脂加入样品，捏合、挤条成型成颗粒；
d、将样品置于炉胆中，在氮气保护状态下升温至1000-1100℃进行碳化；
e、将样品加入氢氧化钾溶液中，加入石墨烯，搅拌均匀后，进行球磨，过滤后，进行压滤、干燥；
f、将样品置于转炉内，在氮气保护状态下升温至600-650℃，在氮气保护状态下活化5-6h；
g、将样品进行盐酸酸洗，然后再水洗至中性，即得到碳分子筛。
优选的，所述的步骤a中，原料配比为花泥料15-25份，煤35-50份，酚醛树脂8-15份。
优选的，所述的步骤c中，挤条成型出的颗粒直径为0.7-1.6mm。
优选的，所述的步骤c中，加入的酚醛树脂为样品重量的1.5-4%。
优选的，所述的步骤e中，石墨烯的加入量为样品重量的0.01-0.02%。
优选的，所述的步骤f中，升温速度为3-5℃/min。
石墨烯是由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，在2015年末硼烯发现之前，石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、强度最高的材料。
本发明中，酸洗的作用是：一是将体系中为反应的氢氧化钾中和，二是除去可溶灰分和无机盐。
本发明中，加入石墨烯并与碳化样品在氢氧化钾溶液中共同球磨的目的在于，将石墨烯充分分散；后续活化过程中，样品中的碳分子沿石墨烯表面分布，比表面积更大。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明采用花泥料、煤和酚醛树脂充分混合作为原料，原料不仅成本低、实现花泥料的废物利用，而且原料灰份低，有利于后续处理；本发明的制氮碳分子筛效果非常显著，产氮浓度可达99.999％，且比表面积达到3500-4000m2/g。
具体实施方式
实施例1：
一种高比表面积制氮碳分子筛的制备方法，包括以下步骤：
a、原料配比；将花泥料、煤和酚醛树脂混匀后，在350℃、氮气保护条件下加热6-8h；
b、将上述样品进行行星式球磨，粉碎至120目；
c、将酚醛树脂加入样品，捏合、挤条成型成颗粒；
d、将样品置于炉胆中，在氮气保护状态下升温至1080℃进行碳化；
e、将样品加入氢氧化钾溶液中，加入石墨烯，搅拌均匀后，进行球磨，过滤后，进行压滤、干燥；
f、将样品置于转炉内，在氮气保护状态下升温至620℃，在氮气保护状态下活化5.5h；
g、将样品进行盐酸酸洗，然后再水洗至中性，即得到碳分子筛。
所述的步骤a中，原料配比为花泥料20份，煤40份，酚醛树脂12份。
所述的步骤c中，挤条成型出的颗粒直径为1.2mm。
所述的步骤c中，加入的酚醛树脂为样品重量的3%。
所述的步骤e中，石墨烯的加入量为样品重量的0.015%。
所述的步骤f中，升温速度为5℃/min。
实施例2：
一种高比表面积制氮碳分子筛的制备方法，包括以下步骤：
a、原料配比；将花泥料、煤和酚醛树脂混匀后，在400℃、氮气保护条件下加热6h；
b、将上述样品进行行星式球磨，粉碎至120目；
c、将酚醛树脂加入样品，捏合、挤条成型成颗粒；
d、将样品置于炉胆中，在氮气保护状态下升温至1100℃进行碳化；
e、将样品加入氢氧化钾溶液中，加入石墨烯，搅拌均匀后，进行球磨，过滤后，进行压滤、干燥；
f、将样品置于转炉内，在氮气保护状态下升温至600℃，在氮气保护状态下活化6h；
g、将样品进行盐酸酸洗，然后再水洗至中性，即得到碳分子筛。
所述的步骤a中，原料配比为花泥料15份，煤50份，酚醛树脂8份。
所述的步骤c中，挤条成型出的颗粒直径为1.6mm。
所述的步骤c中，加入的酚醛树脂为样品重量的1.5%。
所述的步骤e中，石墨烯的加入量为样品重量的0.02%。
所述的步骤f中，升温速度为3℃/min。
实施例3：
一种高比表面积制氮碳分子筛的制备方法，包括以下步骤：
a、原料配比；将花泥料、煤和酚醛树脂混匀后，在300℃、氮气保护条件下加热8h；
b、将上述样品进行行星式球磨，粉碎至120目；
c、将酚醛树脂加入样品，捏合、挤条成型成颗粒；
d、将样品置于炉胆中，在氮气保护状态下升温至1000℃进行碳化；
e、将样品加入氢氧化钾溶液中，加入石墨烯，搅拌均匀后，进行球磨，过滤后，进行压滤、干燥；
f、将样品置于转炉内，在氮气保护状态下升温至650℃，在氮气保护状态下活化5h；
g、将样品进行盐酸酸洗，然后再水洗至中性，即得到碳分子筛。
所述的步骤a中，原料配比为花泥料25份，煤35份，酚醛树脂15份。
所述的步骤c中，挤条成型出的颗粒直径为0.7mm。
所述的步骤c中，加入的酚醛树脂为样品重量的4%。
所述的步骤e中，石墨烯的加入量为样品重量的0.01%。
所述的步骤f中，升温速度为4℃/min。
对比实施例1
将实施例1中的石墨烯去除，其他制备条件不变，得到碳分子筛。
将实施例1-3和对比实施例1的分子筛的比表面积进行测试，具体数据如下：
实施例1 实施例2 实施例3 对比实施例1
比表面积（m2/g） 3850 3700 3750 2200
以上实施例所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高比表面积制氮碳分子筛的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、原料配比；将花泥料、煤和酚醛树脂混匀后，在300-400℃、氮气保护条件下加热6-8h；
b、将上述样品进行行星式球磨，粉碎至120目；
c、将酚醛树脂加入样品，捏合、挤条成型成颗粒；
d、将样品置于炉胆中，在氮气保护状态下升温至1000-1100℃进行碳化；
e、将样品加入氢氧化钾溶液中，加入石墨烯，搅拌均匀后，进行球磨，过滤后，进行压滤、干燥；
f、将样品置于转炉内，在氮气保护状态下升温至600-650℃，在氮气保护状态下活化5-6h；
g、将样品进行盐酸酸洗，然后再水洗至中性，即得到碳分子筛。
2.如权利要求1所述的高比表面积制氮碳分子筛的制备方法，其特征在于，所述的步骤a中，原料配比为花泥料15-25份，煤35-50份，酚醛树脂8-15份。
3.如权利要求1所述的高比表面积制氮碳分子筛的制备方法，其特征在于，所述的步骤c中，挤条成型出的颗粒直径为0.7-1.6mm。
4.如权利要求1所述的高比表面积制氮碳分子筛的制备方法，其特征在于，所述的步骤c中，加入的酚醛树脂为样品重量的1.5-4%。
5.如权利要求1所述的高比表面积制氮碳分子筛的制备方法，其特征在于，所述的步骤e中，石墨烯的加入量为样品重量的0.01-0.02%。
6.如权利要求1所述的高比表面积制氮碳分子筛的制备方法，其特征在于，所述的步骤f中，升温速度为3-5℃/min。
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Pledgor: NINGXIA TIANLIFENG ENERGY CO.,LTD.

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