CN108946724A - 表面含有磺酸基的球形活性炭的制备方法及其产物和用途 - Google Patents

表面含有磺酸基的球形活性炭的制备方法及其产物和用途 Download PDF

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Abstract

本发明提供球一种表面含有磺酸基的球形活性炭的制备方法。发明人惊讶地发现，经过磺化和碳化处理后的产物的磺酸基的密度可以达到1.0‑1.4mmol/g；实现对表面磺酸基团的改性，改性处理后的活性炭表面带有磺酸基，其与水等大极性的有机物具有较好的亲和力，故可以高效地吸附有害性气体，如CO、H2S、HCl、SO2、NOX中的一种或多种；或者，所述球形活性炭用于食品工业中，如作为准备和/或脱色食品。不仅如此，通过本发明制备得到的球形活性炭的比表面积也有所提高。进一步地，所述活性炭具有优异的物理或机械特性，以及显著降低的开裂率。

Description

表面含有磺酸基的球形活性炭的制备方法及其产物和用途
技术领域
本发明属于吸附材料技术领域，特别涉及表面含有磺酸基的球形活性炭的制备方法及其产物和用途。
背景技术
球形活性炭相对于其他形式的活性炭具有众多的优点。但是，球形活性炭今天仍然主要是通过多阶段和非常昂贵的方法来生产的。但是，当使用现有工艺制备球形活性炭时，还存在诸多缺陷。例如，现有工艺在实际生产中难以在得到较大粒径的球形活性炭的同时，获得令人满意的机械和强度特性，实际应用范围受到较大限制。并且，现有工艺难以实现球形活性炭的粒径、强度、孔径、比表面积等参数与其吸附性能的协同。为此，需要提供这样的球形活性炭，当其具有良好比表面积时，还可实现优于现有技术的力学特性。并且，所述球形活性炭能够在避免其性能降低的前提下，获得期望的粒径。更进一步地，还需要开发更为稳定、适合规模化生产的球形活性炭制备方法。
发明内容
为了改善现有技术的不足，本发明提供一种表面含有磺酸基的球形活性炭的制备方法，包括如下步骤：
1)将球形聚合物进行第一次磺化处理和碳化处理，任选地随后进行第二次磺化处理，
其中，步骤1)得到的产物的磺酸基的密度为1.0-1.4mmol/g；
2)将步骤1)得到的产物活化。
根据本发明，步骤1)中，所述聚合物可以通过将单体、引发剂混合进行聚合反应制备。作为实例，所述聚合物可以是均聚物或共聚物。其中，所述均聚物是指由一种单体发生聚合反应制备的聚合物，所述共聚物是指由两种或更多种的单体发生聚合反应制备的聚合物。
根据本发明，所述单体可以选自具有2～60个碳原子，并且具有至少1个碳碳双键的化合物，例如具有2～20个碳原子，并且具有至少1个碳碳双键的化合物。例如，所述单体可以选自下列物质：乙烯、丙烯、异丙烯、丁烯、异丁烯、戊烯、异戊烯、新戊烯、己烯、异己烯、新己烯、苯乙烯、甲基苯乙烯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、戊二烯、异戊二烯、戊二烯、异己二烯、二乙烯苯、二乙二醇二乙烯基醚。
作为选择，所述共聚物的聚合物母体包括衍生自第一单体的结构单元和衍生自第二单体的结构单元，其中所述第一单体具有2～10个碳原子且含有至少一个碳碳双键，所述第二单体具有4～15个碳原子且含有至少两个碳碳双键。
优选地，在所述共聚物的聚合物母体中，衍生自第一单体的结构单元占所述聚合物网络的总结构单元的75％到98％，优选为80％到90％；衍生自第二单体的结构单元占所述聚合物网络的总结构单元的25％到2％，优选为20％到10％。
根据本发明，所述第一单体选自苯乙烯、甲基苯乙烯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯和碳原子数为2～6的单烯烃中的一种或更多种，所述碳原子数为2～6的单烯烃例如为乙烯、丙烯、异丙烯、丁烯、异丁烯、戊烯、异戊烯、新戊烯、己烯、异己烯、新己烯等。
根据本发明，所述第二单体选自丁二烯、戊二烯、异戊二烯、戊二烯、异己二烯、二乙烯苯和二乙二醇二乙烯基醚中的一种或更多种。
根据本发明，所述聚合反应可以为悬浮聚合反应；优选地，聚合反应还在水、分散剂、助分散剂的存在下进行。
例如，水：分散剂：助分散剂的重量比为800～1000：0.5～3.0：0.05～0.2；
当所述聚合物为均聚物时，其单体：引发剂的重量比可以为1：0.003～0.01。
如果存在，第一单体：第二单体：引发剂的重量比可以为0.75～0.98：0.02～0.25：0.003～0.01。
优选地，水、分散剂、助分散剂构成水相，均聚物的单体、共聚物的第一单体、第二单体和/或引发剂构成油相；所述油相与水相的重量比可以为1:4～6。
根据本发明，悬浮聚合反应可以包括：
将各成分加入反应釜中，向反应釜中通入压缩空气或氮气，使反应釜中压力保持在表压小于等于0.5MPa的正压状态下，升温至70℃～90℃，保温2小时～24小时，再升温至100℃～150℃，保温4小时～36小时，然后水洗、干燥、筛分，得到球形聚合物。
在优选的实施方案中，分散剂为无机分散剂或有机分散剂或其组合，所述无机分散剂例如为硅酸盐、碳酸盐或磷酸盐、或其组合，所述有机分散剂例如为聚乙烯醇、明胶、羧甲基纤维素或聚丙烯酸盐、或其组合。
在优选的实施方案中，助分散剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钙、十二烷基苯磺酸钠、石油磺酸钙、石油磺酸钠或硬脂酸钡、或其组合。
在优选的实施方案中，所述引发剂为有机过氧化合物、无机过氧化合物或偶氮化合物、或其组合。
在优选的实施方案中，所述引发剂为过氧化二酰类、过氧化二烷类、过氧化酯类、偶氮二异丁腈或过硫酸盐、或其组合。
优选地，所述聚合反应还可以在致孔剂的存在下进行。所述致孔剂可以选自石蜡、硫酸镁、碳酸钠、明胶或甘油、或其组合。
根据本发明，所述球形聚合物的中值粒径D50可以为0.2-1.5mm，例如0.5-1.3mm，如0.7-1.0mm，具体可以为0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm或1.2mm。
根据本发明，所述聚合物可以是经磺化的聚合物或未经磺化的聚合物。当使用未经磺化的聚合物时，可以在碳化过程中原位进行第一次磺化处理。
作为实例，所述未经磺化的聚合物也可根据已知的方法制备或商购获得。
所述第一次磺化处理和第二次磺化处理可使用本领域已知的原料进行，例如所述第一次磺化处理是将经磺化的聚合物或未经磺化的聚合物与磺化剂接触进行。所述第二次磺化处理是将碳化后的产物与磺化剂接触进行。所述磺化剂可以选自硫酸(如浓硫酸)、发烟硫酸、SO3中的一种或多种的混合物。
根据本发明，第一次磺化处理步骤中，未经磺化的球形聚合物与磺化剂的总重量比可以是3:1～1:9，例如2:1～1:6，如1:1～1:3。
根据本发明，第一次磺化处理步骤中，经磺化的球形聚合物与磺化剂的总重量比可以是3:1～1:3，例如2:1～1:2，如1:1～1:1.5。
根据本发明，第二次磺化处理步骤中，碳化后的产物与磺化剂的总重量比可以是3:1～1:3，例如2:1～1:2，如1:1～1:1.5。
所述第一次磺化处理步骤、第二次磺化处理步骤的温度可以在很大的范围内变化。
例如，当在碳化步骤之前进行第一次磺化处理时，磺化步骤的温度可以为60-200℃，如70-180℃，例如为80-150℃；
优选地，磺化步骤可以在上述温度范围内，在升温的同时进行反应。升温的速度可以为不超过10℃/min，例如不超过5℃/min，如不超过3℃/min。
第一次磺化处理步骤的时间可以为0.5-12小时，优选1-10小时，如2-10小时。
例如，当在碳化步骤进行中进行第一次磺化处理，磺化步骤的温度同碳化步骤的温度。
优选地，当在碳化步骤之后进行第二次磺化处理时，磺化步骤的温度可以为60-200℃，如70-180℃，例如为80-150℃；
优选地，磺化步骤可以在上述温度范围内，在升温的同时进行反应。升温的速度可以为不超过10℃/min，例如不超过5℃/min，如不超过3℃/min。
第二次磺化处理步骤的时间可以为0.5-12小时，优选1-10小时，如2-10小时。
优选地，所述磺化是在惰性气体气氛下进行的，所述惰性气体可以选自氮气、氦气、氩气中的一种或多种的混合物。
根据本发明，步骤1)的碳化可以在惰性气氛或者在惰性气体和氧气的混合气氛下进行。
通常，所述碳化的温度可以为100-650℃，例如150-600℃，如300-550℃。
当在碳化步骤之前进行第一次磺化处理时，碳化步骤的起始温度可以等于或高于第一次磺化处理步骤的终结温度。
当在碳化步骤之后进行第二次磺化处理时，碳化步骤的终结温度可以等于或低于第二次磺化处理步骤的起始温度。
优选地，碳化步骤可以在上述温度范围内，在升温的同时进行反应。升温的速度可以为不超过10℃/min，例如不超过5℃/min，如不超过3℃/min。
优选地，所述碳化可在2个或更多个温度区域依次进行，例如在2至10个温度区域依次进行。并且优选地，所述温度区域的温度彼此不相同。或者，碳化可以在梯度上升的温度下进行。
优选地，所述碳化在不同温度区域内可以具有相同或不同的升温速率，和相同或不同的保温时间。
优选地，当碳化在2个或更多个温度区域依次进行时，首先在第一温度区域碳化，然后依次进入下一温度区域，例如第二温度区域碳化；例如，第一温度区域的温度可以是100～400℃，例如150～350℃；第二温度区域的温度可以高于第一温度区域，例如400～650℃，如450～650℃。
优选地，所述碳化时间为30分钟-10小时，例如1-8小时，如2-6小时。
优选地，所述惰性气体选自氮气、氦气、氩气中的至少一种；
优选地，当碳化在惰性气体和氧气的混合气氛下进行时，混合气氛中氧气的体积百分比为1-5％。
应当理解，如果球形聚合物所处的温度既可以进行磺化，也可以使球形聚合物在碳化的过程中进行原位磺化。
根据本发明，步骤1)中经磺化和碳化后的产物的磺酸基密度为1.1-1.3mmol/g；所述磺酸基可以改变对活性炭的水和一些大极性的有机溶剂的亲和力，其磺酸基团的引入改变了材料的表面特性，变成一种对水具有较好亲和力的产物。
根据本发明，步骤2)的活化可以包括第一活化步骤和第二活化步骤。
优选地，所述第一活化步骤在含有水蒸气的气氛中进行；所述第二活化步骤在含有CO2的气氛中进行。
优选地，所述第一次活化处理的温度为700-1300℃，例如800-1200℃，如850-950℃；所述第一活化步骤的时间可以为1-24小时，例如5-15小时，如6-12小时。
优选地，所述该第一活化步骤的气氛包含水蒸气，特别是水蒸气/惰性气体的混合物，优选是水蒸气/氮气的混合物，或者由上述组成。
优选地，所述氮气和水蒸气的体积比(流速比)在3:1以上，例如4:1～10:1，优选4:1～8:1。
根据本发明，所述第一活化步骤的气氛可以不包含其他气体，例如不包含氧化碳类(例如CO2)、氧气和氨。
优选地，所述第二活化步骤的温度为700-1300℃，优选为800-1200℃，例如为850-950℃；所述第二活化步骤的时间为1-10小时，例如为3-8小时。
优选地，所述第二活化步骤的气氛包含CO2，例如CO2或者CO2与惰性气体的混合物，如CO2与氮气的混合物。
优选地，当所述第二活化气氛包含氮气与CO2的混合物时，氮气与CO2的体积比(流速比)可以为10:1～1:10，如10:1～2:1，例如8:1～4:1，如3:1～2:1。
根据本发明，所述第二活化步骤的气氛可以不包含其他气体，例如不包含水蒸气。
根据本发明，升温可以使用梯度升温。作为选择，可以在升温至一定温度时，停留1～240min，例如5～150min，然后再次升温。
优选地，本发明方法的升温过程可以是连续或间歇的。
本发明还提供一种表面含有磺酸基的球形活性炭，其通过如上方法制备得到，所述球形活性炭表面的磺酸基的密度为1.0-1.4mmol/g。
优选地，所述球形活性炭的比表面积B不低于1250m2/g。
例如，1300m2/g≤B≤1600m2/g。作为实例，1400m2/g≤B≤1500m2/g。
根据本发明，所述球形活性炭的中值粒径D50可以为0.2-1.5mm，例如0.5-1.3mm，如0.7-1.2mm，具体可以为0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm或1.2mm。
优选地，所述球形活性炭的中值孔径为1～4nm，例如1.5～3.8nm，如1.8～3.8nm。
根据本发明，所述球形活性炭的抗压强度可以为10-200N，例如40-150N，如50-140N，如50-100N。
所述抗压强度是指每粒球形活性炭能够承受的最大压力值。
所述球形活性炭的开裂率可以为小于5.0％，如1.0～4.0％，如1.5～3.0％。
根据本发明，所述球形活性炭的堆密度可以为300-1000g/L，优选为400-800g/L，例如540-700g/L。
本发明还提供所述球形活性炭作为吸附剂的用途。
本发明所述的球形活性炭可以用于吸附有害性气体，如CO、H2S、HCl、SO2、NOX中的一种或多种；或者，所述球形活性炭用于食品工业中，如作为准备和/或脱色食品。
本发明还提供上述球形活性炭用于制备药物的用途。
所述的“任选”表示所述特征存在或不存在，还是表示所述特征一定存在，只是具体选择可以随意。
有益效果
本发明提供球一种表面含有磺酸基的球形活性炭的制备方法。发明人惊讶地发现，经过磺化和碳化处理后的产物的磺酸基的密度可以达到1.0-1.4mmol/g；实现对表面磺酸基团的改性，改性处理后的活性炭表面带有磺酸基，其与水等大极性的有机物具有较好的亲和力，故可以高效地吸附有害性气体，如CO、H2S、HCl、SO2、NOX中的一种或多种；或者，所述球形活性炭用于食品工业中，如作为准备和/或脱色食品。不仅如此，通过本发明制备得到的球形活性炭的比表面积也有所提高。进一步地，所述活性炭具有优异的物理或机械特性，以及显著降低的开裂率。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的制备方法做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
仪器和设备
实施例中的比表面积通过MicrotracBEL Corp.的型号为Belsorp mini II的氮气物理吸附仪测试。抗压强度通过上海益环仪器科技有限公司的压力测试仪测试。
实施例1
1.1球形聚合物基体的制备
在50升的聚合釜中加入18升水，加热至45℃，在搅拌状态下分别加入10g碳酸镁、20g明胶和0.15g次甲基蓝，搅匀后加入由3kg甲基苯乙烯、1kg双戊烯和20g过氧化苯甲酰混合而成的油相，再加入1.0kg石蜡，封闭聚合釜，向聚合釜内通入干净的压缩空气，保持釜内气相压力为0.02MPa。然后，开启搅拌，将釜内液珠调至适当粒度，升温至80℃，保温12小时，再升温至100℃，保温20小时，经过滤、洗涤、干燥和筛分，得到白球状聚合物2.35kg。
1.2磺化和碳化
将质量比为1:9的步骤1.1得到的球形聚合物与浓硫酸混合，随后将混合物加入耐酸旋转管式炉，在氮气气氛下，以5℃/min的加热速度进行如下加热处理：
加热至100℃，停留120分钟；
加热至150℃，停留240分钟；
以4℃/min的加热速度进行如下加热处理：
加热至300℃，停留120分钟；
加热至500℃，停留240分钟；
然后加热至650℃，停留100分钟。降温，得到碳化产物，其表面磺酸基的密度为1.3mmol/g。
1.3活化
在旋转管式炉中，流速比为1:4.5(L/min)的水蒸汽和氮气的混合气氛下，将步骤1.2得到的碳化产物以3℃/min的速度加热至800℃，停留360min后，再在流速比为1:4(L/min)的二氧化碳和氮气的混合气氛下，以3℃/min的速度加热至950℃，停留120min。降温，得到球形活性炭GSC1，收率以聚合物计为39％。产品中值粒径为0.85mm，中值孔径为3.56nm，比表面积为1458m2/g，抗压强度82.36N，堆密度490g/L，开裂率3.72％。
实施例2
2.1球形聚合物基体的制备
在50升的聚合釜中加入20升水，加热至40℃，在搅拌状态下分别加入10g碳酸钙、20g聚乙烯醇和0.15g石油磺酸钙，搅匀后加入由3kg苯乙烯、1kg异戊二烯和20g偶氮二异丁腈混合而成的油相，再加入1.6kg甘油，封闭聚合釜，向聚合釜内通入干净的压缩空气，保持釜内气相压力为0.04MPa。然后，开启搅拌，将釜内液珠调至适当粒度，升温至80℃，保温12小时，再升温至100℃，保温20小时，经过滤、洗涤、干燥和筛分，得到白球状聚合物2.67kg。
2.2磺化和碳化
将质量比为1:6的步骤2.1得到的球形聚合物与SO3混合，随后将混合物加入耐酸旋转管式炉，在氦气气氛下，以4℃/min的加热速度进行如下加热处理：
加热至80℃，停留60分钟；
加热至150℃，停留300分钟；
以3℃/min的加热速度，在氧气的体积百分比为5％的混合气氛中，进行如下加热处理：
加热至200℃，停留90分钟；
加热至500℃，停留320分钟；
然后加热至600℃，停留120分钟。降温，得到碳化产物，其表面磺酸基的密度为1.26mmol/g。
2.3活化
在旋转管式炉中，体积比为1:4的水蒸汽和氮气的混合气氛下，将步骤1.2得到的碳化产物以3℃/min的速度加热至950℃，停留360min后，再在流速比为1:3(L/min)的二氧化碳和氮气的混合气氛下，以4℃/min的速度加热至950℃，停留120min。降温，得到球形活性炭GSC2，收率以聚合物计为40％。产品中值粒径为1.05mm，中值孔径为2.90nm，比表面积为1489m2/g，抗压强度57.76N，堆密度450g/L，开裂率4.72％。
实施例3
3.1球形聚合物基体的制备
在50升的聚合釜中加入20升水，加热至40℃，在搅拌状态下分别加入12g碳酸镁、25g羧甲基纤维素钠和0.18g十二烷基苯磺酸钙，搅匀后加入由3.6kg二乙烯苯、1.2kg二乙二醇二乙烯基醚和25g过硫酸钠混合而成的油相，再加入2.2kg碳酸钠，封闭聚合釜，向聚合釜内通入干净的压缩空气，保持釜内气相压力为0.05MPa。然后，开启搅拌，将釜内液珠调至适当粒度，升温至90℃，保温9小时，再升温至120℃，保温20小时，经过滤、洗涤、干燥和筛分，得到白球状聚合物3.12kg。
3.2磺化和碳化
将步骤3.1得到的聚合物加入50升反应釜中，加入10kg质量浓度为105％的发烟硫酸，升温至110℃，保温16小时，降温后缓慢滴加水，釜满后抽出1/3液体，继续滴加水，如此操作至釜中硫酸浓度小于5％，经干燥，得到聚合物微球4.28kg。随后在氮气气氛下，将所述聚合物微球以3℃/min的加热速度进行如下加热处理：
加热至120℃，停留110分钟；
加热至180℃，停留250分钟；
以3℃/min的加热速度，在氧气的体积百分比为1％的混合气氛中，进行如下加热处理：
加热至250℃，停留360分钟；
加热至450℃，停留240分钟；
然后加热至500℃，停留90分钟。降温，得到碳化产物。
将质量比为1:3的碳化产物与SO3混合，随后将混合物加入耐酸旋转管式炉，在氦气气氛下，以4℃/min的加热速度进行如下加热处理：
加热至80℃，停留60分钟；
加热至150℃，停留300分钟；降温，得到碳化产物，其表面磺酸基的密度为1.4mmol/g。
3.3活化
在旋转管式炉中，体积比为1:7(L/min)的水蒸汽和氮气的混合气氛下，将步骤1.2得到的碳化产物以3℃/min的速度加热至800℃，停留420min后，再在流速比为1:7(L/min)的二氧化碳和氮气的混合气氛下，以4℃/min的速度加热至950℃，停留200min。降温，得到球形活性炭GSC3，收率以聚合物计为41％。产品中值粒径为1.08mm，中值孔径为2.65nm，比表面积为1451m2/g，抗压强度86.93N，堆密度504g/L，开裂率4.32％。
实施例4
4.1球形聚合物基体的制备
在50升的聚合釜中加入18升水，加热至45℃，在搅拌状态下分别加入10g碳酸镁、20g明胶和0.15g次甲基蓝，搅匀后加入由3kg甲基苯乙烯、1kg双戊烯和20g过氧化苯甲酰混合而成的油相，再加入1.3kg硫酸镁，封闭聚合釜，向聚合釜内通入干净的压缩空气，保持釜内气相压力为0.02MPa。然后，开启搅拌，将釜内液珠调至适当粒度，升温至80℃，保温12小时，再升温至100℃，保温20小时，经过滤、洗涤、干燥和筛分，得到白球状聚合物2.51kg。
4.2磺化和碳化
将质量比为1:1.5的步骤4.1得到的球形聚合物与浓硫酸混合，随后将混合物加入耐酸旋转管式炉，在氮气气氛下，以2℃/min的加热速度进行如下加热处理：
加热至60℃，停留60分钟；
加热至130℃，停留100分钟；
加热至160℃，停留150分钟；
以3℃/min的加热速度，在氧气的体积百分比为3％的混合气氛中，进行如下加热处理：
加热至400℃，停留240分钟；
加热至550℃，停留240分钟。降温，得到碳化产物，其表面磺酸基的密度为1.0mmol/g。
4.3活化
在旋转管式炉中，体积比为1:6.5(L/min)的水蒸汽和氮气的混合气氛下，将步骤4.2得到的碳化产物以3℃/min的速度加热至750℃，停留300min后，再在流速比为1:5.5(L/min)的二氧化碳和氮气的混合气氛下，以2℃/min的速度加热至980℃，停留300min。降温，得到球形活性炭GSC4，收率以聚合物计为46％。产品中值粒径为0.75mm，中值孔径2.65nm，比表面积为1404m2/g，抗压强度74.72N，堆密度575g/L，开裂率3.92％。
实施例5吸附能力的测定
对上述实施例1-4制备得到的球形活性炭GSC1-GSC4进行吸附能力的测定，测试方法根据GB/T 12496.9-1999《木质活性炭试验方法焦糖脱色率的测定》进行。所述测定结果如表1所示。
表1实施例1-4制备得到的球形活性炭的脱色率
实施例 yA脱色率(％)
实施例1 83
实施例2 85
实施例3 81
实施例4 77
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种表面含有磺酸基的球形活性炭的制备方法，包括如下步骤：
1)将球形聚合物进行第一次磺化处理和碳化处理，任选地随后进行第二次磺化处理，
其中，步骤1)得到的产物的磺酸基的密度为1.0-1.4mmol/g；
2)将步骤1)得到的产物活化。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)的碳化可以在惰性气氛或者在惰性气体和氧气的混合气氛下进行；
优选地，所述碳化的温度可以为100-650℃，例如150-600℃，如300-550℃；
优选地，所述碳化可在2个或更多个温度区域依次进行，例如在2至10个温度区域依次进行；
优选地，所述温度区域的温度彼此不相同，或者碳化可以在梯度上升的温度下进行。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，当碳化在2个或更多个温度区域依次进行时，首先在第一温度区域碳化，然后依次进入下一温度区域，例如第二温度区域碳化；
例如，第一温度区域的温度可以是100～400℃，例如150～350℃；第二温度区域的温度可以高于第一温度区域，例如400～650℃，如450～650℃。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤2)的活化可以包括第一活化步骤和第二活化步骤；
优选地，所述第一次活化处理的温度可以为700-1300℃，例如800-1200℃，如850-950℃；
优选地，所述该第一活化步骤的气氛包含水蒸气，特别是水蒸气/惰性气体的混合物，优选是水蒸气/氮气的混合物，或者由上述组成。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，
所述该第一活化步骤的气氛包含水蒸气，特别是水蒸气和惰性气体的混合物，优选是水蒸气和氮气的混合物，或者由上述组成；
优选地，所述氮气和水蒸气的体积比(流速比)在3:1以上，例如4:1～10:1，优选4:1～8:1；
根据本发明，所述第一活化步骤的气氛可以不包含其他气体，例如不包含氧化碳类(例如CO2)、氧气和氨。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，
所述第二活化步骤的温度为700-1300℃，优选为800-1200℃，例如为850-950℃；所述第二活化步骤的时间为1-10小时，例如为3-8小时；
优选地，所述第二活化步骤的气氛包含CO2，例如CO2或者CO2与惰性气体的混合物，如CO2与氮气的混合物；
优选地，当所述第二活化气氛包含氮气与CO2的混合物时，氮气与CO2的体积比(流速比)可以为10:1～1:10，如10:1～2:1，例如8:1～4:1，如3:1～2:1；
优选地，所述第二活化步骤的气氛可以不包含其他气体，例如不包含水蒸气。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物可以是均聚物或共聚物；
优选地，所述聚合物可以是经磺化的聚合物或未经磺化的聚合物；
当使用未经磺化的聚合物时，可以在碳化过程中原位进行第一次磺化处理；所述第一次磺化处理是将经磺化的聚合物或未经磺化的聚合物与磺化剂接触进行；所述第二次磺化处理是将碳化后的产物与磺化剂接触进行；所述磺化剂可以选自硫酸(如浓硫酸)、发烟硫酸、SO3中的一种或多种的混合物；
优选地，第一次磺化处理步骤中，未经磺化的球形聚合物与磺化剂的总重量比可以是3:1～1:9，例如2:1～1:6，如1:1～1:3；
优选地，第一次磺化处理步骤中，经磺化的球形聚合物与磺化剂的总重量比可以是3:1～1:3，例如2:1～1:2，如1:1～1:1.5。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，第二次磺化处理步骤中，碳化后的产物与磺化剂的总重量比可以是3:1～1:3，例如2:1～1:2，如1:1～1:1.5；
优选地，当在碳化步骤之前进行第一次磺化处理时，磺化步骤的温度可以为60-200℃，如70-180℃，例如为80-150℃；
优选地，当在碳化步骤之后进行第二次磺化处理时，磺化步骤的温度可以为60-200℃，如70-180℃，例如为80-150℃；
优选地，所述磺化是在惰性气体气氛下进行的，所述惰性气体可以选自氮气、氦气、氩气中的一种或多种的混合物。
9.权利要求1-8任一项所述制备方法制备得到的表面含有磺酸基的球形活性炭；所述球形活性炭的磺酸基的密度为1.0-1.4mmol/g。
10.根据权利要求9所述的球形活性炭作为吸附剂的用途；
优选地，所述球形活性炭用于吸附有害性气体，如CO、H2S、HCl、SO2、NOX中的一种或多种；
优选地，所述球形活性炭用于食品工业中，如作为准备和/或脱色食品。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110639554A (zh) * 2019-09-11 2020-01-03 湖南师范大学 一种制备超高热稳定的碳硅复合固体超强酸及可逆调控其热稳定性方法
CN110862084A (zh) * 2019-12-04 2020-03-06 安徽裕民生态农业有限公司 一种油茶籽壳活性炭及其制备工艺
CN111573673A (zh) * 2020-05-19 2020-08-25 南京信息工程大学 一种磺酸化活性炭的制备方法及应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101948109A (zh) * 2009-07-10 2011-01-19 布吕歇尔有限公司 用于制备活性炭的装置和工艺
CN103691483A (zh) * 2013-12-16 2014-04-02 太原理工大学 一种碳基固体酸催化剂及其制备方法
CN106861722A (zh) * 2017-03-21 2017-06-20 广东工业大学 一种固体酸催化剂、其制备方法及其应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101948109A (zh) * 2009-07-10 2011-01-19 布吕歇尔有限公司 用于制备活性炭的装置和工艺
CN103691483A (zh) * 2013-12-16 2014-04-02 太原理工大学 一种碳基固体酸催化剂及其制备方法
CN106861722A (zh) * 2017-03-21 2017-06-20 广东工业大学 一种固体酸催化剂、其制备方法及其应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨全俊等: "球形活性炭的制备及其对低浓度丙酮的吸附", 《现代化工》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110639554A (zh) * 2019-09-11 2020-01-03 湖南师范大学 一种制备超高热稳定的碳硅复合固体超强酸及可逆调控其热稳定性方法
CN110639554B (zh) * 2019-09-11 2022-06-24 湖南师范大学 一种制备超高热稳定的碳硅复合固体超强酸及可逆调控其热稳定性方法
CN110862084A (zh) * 2019-12-04 2020-03-06 安徽裕民生态农业有限公司 一种油茶籽壳活性炭及其制备工艺
CN110862084B (zh) * 2019-12-04 2021-06-08 安徽裕民生态农业有限公司 一种油茶籽壳活性炭及其制备工艺
CN111573673A (zh) * 2020-05-19 2020-08-25 南京信息工程大学 一种磺酸化活性炭的制备方法及应用

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