CN113198420A - 一种改性活性炭及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及气体净化剂技术领域，具体涉及一种改性活性炭及其制备方法与应用。改性活性炭的制备方法，包括以下步骤：1)向椰壳活性炭中加入含质量分数0.1％～1％的HCl的脱盐水进行水洗；2)将水洗后的椰壳活性炭在氮气氛围中烘干，除去水分；3)向烘干后的椰壳活性炭中加入浓度为0.1‑0.3mol/L的碱溶液，液面没过活性炭5‑10cm，静止浸渍2‑3h，取出；4)将浸渍后的椰壳活性炭在氮气氛围中烘干，烘干至烧失≤3％，即得改性活性炭，其具有较低的堆积密度、较高的孔容和较高的比表面积，用于合成气中羰基铁、镍的脱除，脱除效率高；原材料便宜、易得，生产处理工艺简单，生产成本较低，生产过程易于控制，质量稳定，产品达到使用寿命后易于处理，环境友好。

Description

一种改性活性炭及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及气体净化剂技术领域，具体涉及一种改性活性炭及其制备方法与应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
在以合成气为原料的化工生产过程，需对气源进行净化，比如合成气、费托合成、半水煤气、CO等气源中羰基铁Fe(CO)5、羰基镍Ni(CO)4的脱除。现有技术中合成气中羰基铁、羰基镍的脱除通常采用催化剂体系进行脱除，如Cu-Zn-Cr金属体系催化剂，这类催化剂存在生产制作成本较高，工艺较复杂，废旧催化剂难以处理等问题。发明人发现椰壳活性炭由于其具有发达的孔隙率和较大的比表面积，可以用作合成气脱除羰基铁和羰基镍的吸附剂。但是将现有技术中的椰壳活性炭直接用于合成气中羰基铁和羰基镍的脱除，脱除效果并不十分理想。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种改性活性炭及其制备方法与应用，以椰壳活性炭为原材料，通过改性将其制备成合成气脱羰基铁、羰基镍的净化剂，应用于合成气中羰基铁、羰基镍的脱除。
具体地，本发明的技术方案如下所述：
在本发明的第一方面，提供一种改性活性炭的制备方法，包括以下步骤：
1)向椰壳活性炭中加入含质量分数0.1％～1％的HCl的脱盐水进行水洗；
2)将水洗后的椰壳活性炭在氮气氛围中烘干，除去水分；
3)向烘干后的椰壳活性炭中加入碱溶液，液面没过活性炭5-10cm，静止浸渍2-3h，取出；
4)将浸渍后的椰壳活性炭在氮气氛围中烘干，烘干至烧失≤3％，即得改性活性炭。
在本发明的第二方面，提供一种第一方面改性活性炭的制备方法制备得到的改性活性炭。
在本发明的第三方面，提供一种第二方面所述改性活性炭在合成气脱除羰基铁、羰基镍中的应用。
本发明的具体实施方式具有以下有益效果：
本发明实施方式中得到的改性活性炭具有较低的堆积密度、较高的孔容和较高的比表面积；
改性后的椰壳活性炭用于合成气中羰基铁、镍的脱除，脱除效率高；
活性成分均匀的附着在孔道内，活性成分碱含量的高低对椰壳活性炭孔道结构有较大的影响，负载活性成分过多，会降低其吸附能力和破坏孔道结构，本发明实施方式中活性成分负载率控制在0.1％-0.8％范围内时活性成分对活性炭的改性效果最好；
原材料便宜、易得，生产处理工艺简单，生产成本较低，生产过程易于控制，质量稳定，产品达到使用寿命后易于处理，环境友好。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。本发明所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本发明所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
正如背景技术中论述的，现有技术中合成气中羰基铁、羰基镍的脱除通常采用催化剂体系进行脱除，这类催化剂存在生产制作成本较高，工艺较复杂，废旧催化剂难以处理等问题。鉴于此，本发明提出一种改性活性炭及其制备方法与应用，以椰壳活性炭为原材料，通过改性将其制备成合成气脱羰基铁、羰基镍的净化剂，应用于合成气中羰基铁、羰基镍的脱除。
本发明的一种实施方式中，提供了一种改性活性炭的制备方法，包括以下步骤：
1)向椰壳活性炭中加入质量分数0.1％～1％的HCl的脱盐水进行水洗；
2)将水洗后的椰壳活性炭在氮气氛围中烘干，除去水分；
3)向烘干后的椰壳活性炭中加入碱溶液，液面没过活性炭5-10cm，静止浸渍2-3h，取出；
4)将浸渍后的椰壳活性炭在氮气氛围中烘干，烘干至烧失≤3％，即得改性活性炭。
在一种具体的实施方式中，步骤1)中水洗的具体步骤为：加入质量分数0.1％～1％的HCl的脱盐水至没过椰壳活性炭10-20cm，在40-70℃条件下浸泡30min，去掉脱盐水；重复以上水洗3-5次；使用含0.1％～1％的HCl的脱盐水水洗可以除去椰壳活性炭中的钙、镁和磷酸盐杂质，促进提高其净化合成气时的羰基铁、镍脱除效率。
在一种具体的实施方式中，步骤2)中，烘干温度为100-200℃；
在一种具体的实施方式中，步骤3)中，所述碱溶液选自氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
在一种具体的实施方式中，步骤3)中，所述碱溶液的浓度为0.1-0.3mol/L。
在一种具体的实施方式中，所述碱的负载率控制在0.1％-0.8％(质量百分数)范围内。
在一种具体的实施方式中，步骤4)中，烘干温度为100-200℃，烘干3-5h；
改性后的椰壳活性炭用于合成气中羰基铁、镍的脱除时，脱羰基铁、镍效率提高是因为在浸渍阶段加入活性成分碱，活性成分以溶液的形式吸附在椰壳活性炭孔道内，在烘干结束后，活性成分均匀的附着在孔道内，达到改性目的。
发明人发现活性成分碱含量的高低对椰壳活性炭孔道结构有较大的影响，负载活性成分过多，会降低其吸附能力和破坏孔道结构，当活性成分负载率控制在0.1％-0.8％范围内时活性成分对活性炭的改性效果最好。
本发明的一种实施方式中，提供了一种在上述改性活性炭的制备方法制备得到的改性活性炭。
本发明实施方式中得到的改性活性炭具有较低的堆积密度、较高的孔容和较高的比表面积。
本发明的一种实施方式中，提供一种上述改性活性炭在合成气脱除羰基铁、羰基镍中的应用。
以下通过实施例对本发明做进一步解释说明，但不构成对本发明的限制。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
将椰壳活性炭盛放于水洗釜内，加入含质量分数0.1％的HCl的脱盐水至没过10cm，50℃条件下浸泡30min，搅拌水洗；重复以上水洗3-5次，除去活性炭中可溶杂质；
将水洗后的椰壳活性炭置于烘箱内，冲入氮气，隔绝氧气环境下升温至150℃，除去水分。
将烘干后的椰壳活性炭置于浸渍釜内，加入0.2mol/L的氢氧化钠溶液，液面没过活性炭5cm，静止浸渍3h，取出。
将浸渍后的椰壳活性炭，置于烘箱内，充入氮气，升温至150℃，烘干5h。至烧失≤3％。
实施例2
将椰壳活性炭盛放于水洗釜内，加入含质量分数0.1％的HCl的脱盐水至没过10cm，50℃条件下浸泡30min，搅拌水洗；重复以上水洗3-5次，除去活性炭中可溶杂质；
将水洗后的椰壳活性炭置于烘箱内，冲入氮气，隔绝氧气环境下升温至150℃，除去水分。
将烘干后的椰壳活性炭置于浸渍釜内，加入0.1mol/L的氢氧化钠溶液，液面没过活性炭5cm，静止浸渍3h，取出。
将浸渍后的椰壳活性炭，置于烘箱内，充入氮气，升温至150℃，烘干5h。至烧失≤3％。
实施例3
将椰壳活性炭盛放于水洗釜内，加入含质量分数0.1％的HCl的脱盐水至没过10cm，40-70℃条件下浸泡30min，搅拌水洗；重复以上水洗3-5次，除去活性炭中可溶杂质；
将水洗后的椰壳活性炭置于烘箱内，冲入氮气，隔绝氧气环境下升温至150℃，除去水分。
将烘干后的椰壳活性炭置于浸渍釜内，加入0.3mol/L的氢氧化钠溶液，液面没过活性炭5cm，静止浸渍3h，取出。
将浸渍后的椰壳活性炭，置于烘箱内，充入氮气，升温至150℃，烘干5h。至烧失≤3％。
对比例1
将椰壳活性炭盛放于水洗釜内，加入含质量分数0.1％的HCl的脱盐水至没过10cm，50℃条件下浸泡30min，搅拌水洗；重复以上水洗3次，除去活性炭中可溶杂质；
将水洗后的椰壳活性炭置于烘箱内，冲入氮气，隔绝氧气环境下升温至150℃，除去水分。
将烘干后的椰壳活性炭置于浸渍釜内，加入0.05mol/L的氢氧化钠溶液，液面没过活性炭5cm，静止浸渍3h，取出。
将浸渍后的椰壳活性炭，置于烘箱内，充入氮气，升温至150℃，烘干5h。至烧失≤3％。
对比例2
将椰壳活性炭盛放于水洗釜内，加入含质量分数0.1％的HCl的脱盐水至没过10cm，50℃条件下浸泡30min，搅拌水洗；重复以上水洗3次，除去活性炭中可溶杂质；
将水洗后的椰壳活性炭置于烘箱内，冲入氮气，隔绝氧气环境下升温至150℃，除去水分。
将烘干后的椰壳活性炭置于浸渍釜内，加入0.5mol/L的氢氧化钠溶液，液面没过活性炭5cm，静止浸渍3h，取出。
将浸渍后的椰壳活性炭，置于烘箱内，充入氮气，升温至150℃，烘干5h。至烧失≤3％。
在空速1500m3/h，进口羰基铁、镍浓度8ppm的条件下，对实施例1-3和对比例1和2得到的改性椰壳活性炭进行对比分析，结果如表1所示：
表1、实施例1-4和对比例1的改性椰壳活性炭比表面积和对羰基铁和羰基镍出口浓度
Figure BDA0003037729540000061
通过对比例1和实施例1-3的对比可以知道，本发明选择合适的活性组分浸渍液浓度有利于保持椰壳活性炭的孔道结构，获得最佳的脱羰基铁、镍效率的净化剂。
通过对比例2和实施例1-3的对比可知，过高的活性组分浸渍液浓度，破坏活性炭内部孔道结构，降低活性炭比表面积，从而降低吸附能力，影响使用寿命，增加生产成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改性活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)向椰壳活性炭中加入含质量分数0.1％～1％的HCl的脱盐水进行水洗；
2)将水洗后的椰壳活性炭在氮气氛围中烘干，除去水分；
3)向烘干后的椰壳活性炭中加入碱溶液，液面没过活性炭5-10cm，静止浸渍2-3h，取出；
4)将浸渍后的椰壳活性炭在氮气氛围中烘干，即得改性活性炭。
2.如权利要求1所述的改性活性炭的制备方法，其特征在于，步骤1)中水洗的具体步骤为：加入含0.1％HCl的脱盐水至没过椰壳活性炭10-20cm，在40-70℃条件下浸泡30min，去掉脱盐水；重复以上水洗3-5次。
3.如权利要求1所述的改性活性炭的制备方法，其特征在于，在一种具体的实施方式中，步骤2)中，烘干温度为100-200℃。
4.如权利要求1所述的改性活性炭的制备方法，其特征在于，在一种具体的实施方式中，步骤3)中，所述碱溶液选自氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
5.如权利要求1所述的改性活性炭的制备方法，其特征在于，在一种具体的实施方式中，步骤3)中，所述碱溶液的浓度为0.1-0.3mol/L。
6.如权利要求1所述的改性活性炭的制备方法，其特征在于，在一种具体的实施方式中，步骤4)中，将浸渍后的椰壳活性炭在氮气氛围中烘干至烧失≤3％。
7.如权利要求1所述的改性活性炭的制备方法，其特征在于，在一种具体的实施方式中，所述碱的负载率控制在质量百分数0.1％-0.8％范围内。
8.如权利要求1所述的改性活性炭的制备方法，其特征在于，在一种具体的实施方式中，步骤4)中，烘干温度为100-200℃，烘干3-5h。
9.一种权利要求1-8任一所述的改性活性炭的制备方法制备得到的改性活性炭。
10.权利要求9所述的改性活性炭在合成气脱除羰基铁、羰基镍中的应用。
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