CN108516546A - 一种活性炭的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种活性炭的制备方法，将炭化的植物类原料或矿物类原料与活化剂混合后，放入顶部或侧壁上设有排气孔的容器内，容器置于耐高温容器中，容器周围覆盖炭材料，耐高温容器置于加热炉中，将炭化的植物类原料或矿物类原料在加热炉内进行活化，活化产物进行洗涤、纯化、干燥，得到活性炭材料。本发明的活性炭的制备方法不需要保持非活性气体氛围，使用成本相对低的炭材料即可达到隔绝氧气的目的，设备简单。

Description

一种活性炭的制备方法
技术领域
本发明属于材料制备领域，具体涉及一种活性炭的制备方法。
背景技术
活性炭是一种孔隙发达、比表面积大、吸附能力强的功能性炭材料,被广泛应用在工业、农业、国防、交通、医药卫生和环境保护等各个领域。活性炭的原材料主要分为两大类：植物类和矿物类。植物类原材料有木材、椰壳、竹子、各种果核及其他农林副产品；矿物类原材料有煤、石油焦、沥青、合成树脂等。活性炭通常是将原材料在非活性气体氛围下经炭化和活化得到。炭化是在特定温度区间内将活性炭原材料进行热处理，去除其中的挥发成分，得到的炭化材料。活化是用化学或物理的方法疏通炭化材料的孔隙通道，扩大炭化材料的孔隙，创造更多的微孔以提高孔容积和比表面积。
现有活性炭的制备方法中，由于炭化温度和活化温度较高，为了防止制备活性炭的原材料与空气中的氧气发生反应，制备过程中需要保持非活性气体氛围，直至反应完全冷却至室温，如专利CN101503191A、CN105122407A中均说明活性炭制备过程中需要非活性气体氛围。为了保持非活性气体氛围，需要使用气密性良好的气氛炉，持续通入氮气、氩气等保证非活性气体氛围，需要非活性气体氛围的制备方法对设备的要求高，气体消耗量大，成本较高。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种无需非活性气体保护、成本低的活性炭的制备方法。
本发明采用如下技术方案：
一种活性炭的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）将炭化的植物类原料或矿物类原料与活化剂混合后放入设有排气孔的第一容器内；
（2）所述第一容器置于第一耐高温容器内，将所述第一容器的周围覆盖炭材料，所述第一耐高温容器置于第一加热炉中，将所述炭化的植物类原料或所述矿物类原料在所述第一加热炉内进行活化，得到活化产物；
（3）将步骤（2）中活化产物进行洗涤、纯化、干燥，得到活性炭材料。
根据上述的方法，其特征在于，所述炭化的植物类原料或所述矿物类原料的炭化过程包括以下步骤：
（1）将需要炭化的植物类原料或矿物类原料放入设有排气孔的第二容器内；
（2）所述第二容器置于第二耐高温容器内，将所述第二容器的周围覆盖炭材料，所述第二耐高温容器置于第二加热炉中，将需要炭化的植物类原料或矿物类原料在所述第二加热炉内进行炭化，得到炭化产物；
（3）将步骤（2）中炭化产物冷却至室温。
根据上述的方法，其特征在于，所述炭化的植物类原料包括炭化后的木材、炭化后的椰壳、炭化后的各种果核、炭化后的竹子中的一种或几种。
根据上述的方法，其特征在于，所述矿物类原料包括煤、炭化后的石油焦、炭化后的沥青、炭化后的合成树脂中的一种或几种。
根据上述的方法，其特征在于，所述活化剂为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、氯化锌、氯化钾、氯化钙、磷酸、碳酸钾中的一种或几种。
根据上述的方法，其特征在于，所述第一容器和所述第二容器的顶部或侧壁上设有排气孔。
根据上述的方法，其特征在于，所述炭材料采用石墨或经过炭化后的含炭材料。
根据上述的方法，其特征在于，所述炭化的植物类原料或所述矿物类原料的炭化温度区间为300℃-700℃。
根据上述的方法，其特征在于，所述炭材料的炭化温度区间为700℃-1300℃。
根据上述的方法，其特征在于，所述炭化的植物类原料或所述矿物类原料在所述第一加热炉内的活化温度区间为600℃-900℃。
本发明的一种活性炭的制备方法，制备过程中不需要保持非活性气体氛围，使用成本相对低的炭质材料即可达到隔绝氧气的目的；用炭质材料隔绝氧气，除氧的效果好，活性炭产品的比表面积较高；制备过程中使用的设备简单，不需要使用高气密性的气氛炉，普通炉子即可，设备造价低、易维护。
具体实施方式
一种活性炭的制备方法，包括以下步骤：（1）将炭化的植物类原料或矿物类原料与活化剂混合后放入设有排气孔的第一容器内；（2）第一容器置于第一耐高温容器内，第一容器的周围覆盖炭材料，第一耐高温容器置于第一加热炉中，将炭化的植物类原料或矿物类原料在第一加热炉内进行活化，得到活化产物；（3）将步骤（2）中活化产物进行洗涤、纯化、干燥，得到活性炭材料。炭化的植物类原料或矿物类原料的炭化过程包括以下步骤：（1）将需要炭化的植物类原料或矿物类原料放入设有排气孔的第二容器内；（2）第二容器置于第二耐高温容器内，第二容器的周围覆盖炭材料，第二耐高温容器置于第二加热炉中，将需要炭化的植物类原料或矿物类原料在第二加热炉内进行炭化，得到炭化产物；（3）将步骤（2）中炭化产物冷却至室温。其中，炭化的植物类原料包括炭化后的木材、炭化后的椰壳、炭化后的各种果核、炭化后的竹子中的一种或几种；矿物类原料包括煤、炭化后的石油焦、炭化后的沥青、炭化后的合成树脂中的一种或几种；活化剂为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、氯化锌、氯化钾、氯化钙、磷酸、碳酸钾中的一种或几种；活化和炭化过程所用的第一容器和第二容器均带有容器盖且在容器盖或侧壁上设有排气孔；覆盖容器用的炭材料采用石墨或经过炭化后的含炭材料；炭化的植物类原料或矿物类原料的炭化温度区间为300℃-700℃；覆盖容器用的炭材料的炭化温度区间为700℃-1300℃；炭化的植物类原料或矿物类原料在第一加热炉内的活化温度区间为600℃-900℃。
本发明将通过下述实施例进行进一步解释说明，但本发明的保护范围并非仅局限于下述实施例。
实施例1
以竹子为原料，将竹子放入侧壁上设有排气孔的不锈钢容器内，不锈钢容器置于耐高温容器内，不锈钢容器周围覆盖经过1100℃热处理的煅烧石油焦，耐高温容器置于加热炉中，在加热炉内将竹子在350℃的温度下进行炭化，得到竹炭；竹炭冷却至室温后，将竹炭与氢氧化钾混合后放入容器盖设有排气孔的镍制容器内，镍制容器置于耐高温容器内，镍制容器周围覆盖经过1300℃热处理的煅烧沥青焦，耐高温容器置于加热炉中，在加热炉内将竹炭在875℃的温度下进行活化，将活化产物进行洗涤、纯化、干燥，得到活性炭材料，其比表面积为2158m2/g。
实施例2
以椰壳、核桃壳为原料，将椰壳、核桃壳混合后放入侧壁上设有排气孔的不锈钢容器内，不锈钢容器置于耐高温容器内，不锈钢容器周围覆盖经过1100℃热处理的冶金焦，耐高温容器置于加热炉中，在加热炉内将椰壳、核桃壳在650℃的温度下进行炭化，得到椰壳炭、核桃壳炭；椰壳炭、核桃壳炭冷却至室温后，将椰壳炭、核桃壳炭与氢氧化钠、氢氧化锂混合后放入侧壁上设有排气孔的石墨容器内，石墨容器置于耐高温容器内，石墨容器周围覆盖经过750℃热处理的煅烧煤，耐高温容器置于加热炉中，在加热炉内将椰壳炭、核桃壳炭在650℃的温度下进行活化，将活化产物进行洗涤、纯化、干燥，得到活性炭材料，其比表面积为1782m2/g。
实施例3
以沥青为原料，将沥青放入侧壁上设有排气孔的不锈钢容器内，不锈钢容器置于耐高温容器内，不锈钢容器周围覆盖经过750℃热处理的石油焦，耐高温容器置于加热炉中，在加热炉内将沥青在500℃的温度下进行炭化，得到沥青焦；沥青焦冷却至室温后，将沥青焦与氢氧化钾混合后放入侧壁上设有排气孔的镍制容器内，镍制容器置于耐高温容器内，镍制容器周围覆盖石墨颗粒，石墨颗粒为天然石墨颗粒或人造石墨颗粒，耐高温容器置于加热炉中，在加热炉内将沥青焦在850℃的温度下进行活化，将活化产物进行洗涤、纯化、干燥，得到活性炭材料，其比表面积为2313m2/g。
实施例4
以石油焦为原料，将石油焦放入侧壁上设有排气孔的不锈钢容器内，不锈钢容器置于耐高温容器内，不锈钢容器周围覆盖经过900℃热处理的沥青焦，耐高温容器置于加热炉中，在加热炉内将石油焦在550℃的温度下进行炭化，得到炭化的石油焦；炭化的石油焦冷却至室温后，将炭化的石油焦与氢氧化钾混合后放入侧壁上设有排气孔的镍制容器内，镍制容器置于耐高温容器内，镍制容器周围覆盖经过1000℃热处理的煅烧石油焦，耐高温容器置于加热炉中，在加热炉内将炭化的石油焦在800℃的温度下进行活化，将活化产物进行洗涤、纯化、干燥，得到活性炭材料，其比表面积为2210m2/g。
实施例5
以环氧树脂为原料，将环氧树脂放入侧壁上设有排气孔的不锈钢容器内，不锈钢容器置于耐高温容器内，不锈钢容器周围覆盖经过700℃热处理的竹炭，耐高温容器置于加热炉中，在加热炉内将环氧树脂在400℃的温度下进行炭化，得到环氧树脂炭；环氧树脂炭冷却至室温后，将环氧树脂炭与氯化锌、氯化钾混合后放入侧壁上设有排气孔的石墨容器内，石墨容器置于耐高温容器内，石墨容器周围覆盖经过950℃热处理的炭黑，耐高温容器置于加热炉中，在加热炉内将环氧树脂炭在750℃的温度下进行活化，将活化产物进行洗涤、纯化、干燥，得到活性炭材料，其比表面积为1638m2/g。
实施例6
以低灰无烟煤为原料，不经过炭化过程。将低灰无烟煤与磷酸混合后放入侧壁上设有排气孔的镍制容器内，镍制容器置于耐高温容器内，镍制容器周围覆盖经过900℃热处理的椰壳炭，耐高温容器置于加热炉中，在加热炉内将低灰无烟煤在800℃的温度下进行活化，将活化产物进行洗涤、纯化、干燥，得到活性炭材料，其比表面积为1425m2/g。

Claims (10)

1.一种活性炭的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）将炭化的植物类原料或矿物类原料与活化剂混合后放入设有排气孔的第一容器内；
（2）所述第一容器置于第一耐高温容器内，将所述第一容器的周围覆盖炭材料，所述第一耐高温容器置于第一加热炉中，将所述炭化的植物类原料或所述矿物类原料在所述第一加热炉内进行活化，得到活化产物；
（3）将步骤（2）中活化产物进行洗涤、纯化、干燥，得到活性炭材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述炭化的植物类原料或所述矿物类原料的炭化过程包括以下步骤：
（1）将需要炭化的植物类原料或矿物类原料放入设有排气孔的第二容器内；
（2）所述第二容器置于第二耐高温容器内，将所述第二容器的周围覆盖炭材料，所述第二耐高温容器置于第二加热炉中，将需要炭化的植物类原料或矿物类原料在所述第二加热炉内进行炭化，得到炭化产物；
（3）将步骤（2）中炭化产物冷却至室温。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述炭化的植物类原料包括炭化后的木材、炭化后的椰壳、炭化后的各种果核、炭化后的竹子中的一种或几种。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述矿物类原料包括煤、炭化后的石油焦、炭化后的沥青、炭化后的合成树脂中的一种或几种。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述活化剂为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、氯化锌、氯化钾、氯化钙、磷酸、碳酸钾中的一种或几种。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一容器和所述第二容器的顶部或侧壁上设有排气孔。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述炭材料采用石墨或经过炭化后的含炭材料。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述炭化的植物类原料或所述矿物类原料的炭化温度区间为300℃-700℃。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述炭材料的炭化温度区间为700℃-1300℃。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述炭化的植物类原料或所述矿物类原料在所述第一加热炉内的活化温度区间为600℃-900℃。
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