CN1250024A - 一种中孔沥青基球状活性炭的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中孔沥青基球状活性炭的制备方法,该方法是将一次活化制得的具有一定比表面积的沥青基球状活性炭在金属化合物的溶液中浸渍,干燥后,在800—1000℃下用活化剂进行二次活化,可制得中孔沥青基球状活性炭。该方法制得的中孔沥青基球状活性炭具有发达的中孔结构和较高的中孔比表面积,在各个领域中有广泛的用途。

Description

一种中孔沥青基球状活性炭的制备方法
本发明属于一种活性炭的制备方法，具体涉及一种中孔沥青基球状活性炭的制备方法。
沥青基球状活性炭由于具有球形度好、机械强度高、固定床使用时阻力小以及吸脱附速度快等优点，因而在环保、医疗、军事、化工等领域得到了广泛的应用。但由于沥青本身性质的影响，常规的水蒸气活化法只能制得微孔分布集中的沥青基球状活性炭，其孔径大多集中在0.6nm处。这就使得沥青基球状活性炭的应用范围受到了限制，为了扩大沥青基球状活性炭的应用范围，开发中孔沥青基球状活性炭具有十分重要的意义。
人们采用多种方法以增大活性炭或活性炭纤维的中孔比例，从而扩大活性炭的应用范围。例如，日本的安田源和玉井久司等(Chem.mater.，1996，8，454-462和TANSO，1996，175，243-248.)将中温沥青(SP＝85℃)溶于四氢呋喃或喹啉中，然后与有机金属化合物(如Y(acac)3、Ln(C5H5)3(Ln＝Y、La、Yb、Nd、Sm、Gd等)、(C5H5)2Co、(C5H5)2YbCl、Fe(C5H5)2等)混合，再在真空状态下抽提出四氢呋喃或喹啉，这样制得的含金属微粒的沥青与高温沥青(SP＝280℃)混合，破碎或纺丝后再经不熔化、炭化、活化或制得中孔发达的活性炭或活性炭纤维。以上方法制得的活性炭的孔结构参数如表1所示表1
添加金属 BET比表面积(m2/g) 中孔比表面积(m2/g) 中孔比率(％) 孔径()
  Y(C5H5)3     210     139     66.3     49.0
  Yb(C5H5)3     261     193     74.1     56.8
  La(C5H5)3     191     125     65.5     57.6
  YCl3     237     40     16.9     33 8
以上结果表明，此种方法制得的活性炭的中孔比率较高，但由于总比表面积较小，所以中孔比表面积的绝对值并不大。工艺中梁用需要自己制备的有机金属复合物及金属大分子配合物，用低温沥青制得含金属微粒的沥青后，还要增加与高温沥青混合的步骤，不仅使制备方法复杂化，也使活性炭的制造成本大大提高，所得活性炭呈无定型粒状，使用过程中强度低，阻力大，吸脱附速度慢。
本发明的目的在于提供一种二次活化制备总比表面积及中孔比表面积高、成本低的中孔沥青基球状活性炭的方法。
本发明的目的是这样实现的：将一次活化制得的具有一定比表面积的沥青基球状活性炭在不同金属化合物的溶液中浸渍，干燥后制得负载金属微粒的沥青基球状活性炭，再经二次活化可制得中孔沥青基球状活性炭。
本发明包括如下步骤：
(1)将一次活化制备的沥青基球状活性炭浸渍在金属化合物溶液中，使活性炭和浸渍在活性炭上的金属之比为1∶(0.01～0.10)(重量比)，常温下静止或搅拌2-30小时，易氧化的金属化合物应在惰性气体保护下浸渍；
(2)将上述负载金属的沥青基球状活性炭在真空或惰性气体保护下干燥；
(3)将干燥的负载金属的沥青基球状活性炭在800-1000℃，用活化剂进行二次活化，可制得中孔沥青基球状活性炭。
如上所述的金属化合物为过渡金属或稀土金属化合物，如金属氯化物、硝酸盐、硫酸盐、醋酸盐。
如上所述的活化剂为水蒸气、二氧化碳、水蒸气与一氧化碳或水蒸气与氢气的混合气。
本发明具有如下优点：
1.由于活化剂采用了氢气或一氧化碳，使负载的金属还原为零价态，提高了金属的催化活性，从而使沥青基球状活性炭中孔比例提高。
2.所得中孔沥青基球状活性炭的中孔孔径集中在2-4nm处。
实施例1
将20.0克FeCl2·6H2O溶于500毫升水中，加入25克一次活化的沥青基球状活性炭，在氮气保护下于室温静置24小时，取出后在氮气保护下于110℃干燥，获得负载铁的沥青基球状活性炭。将上述沥青基球状活性炭在900℃进行水蒸气二次活化，可制得中孔沥青基球状活性炭。
实施例2
将5.0克FeCl2·6H2O溶于500毫升水中，按实施例1的方法制备负载铁的沥青基球状活性炭。然后以氢气与水蒸气的混合气为活化剂在900℃进行二次活化，可制得中孔沥青基球状活性炭。
实施例3
将5.0克Y(NO3)3溶于500毫升水中，按实施例1的方法制备负载钇的沥青基球状活性炭。然后在900℃进行水蒸气二次活化，可制得中孔沥青基球状活性炭。
实施例4
将30.0克CoCl2·6H2O溶于500毫升水中，按实施例1的方法制备负载钴的沥青基球状活性炭。然后在900℃进行水蒸气二次活化，可制得中孔沥青基球状活性炭。
实施例5
将30.0克NiCl2·6H2O溶于500毫升水中，按实施例1的方法制备负载镍的沥青基球状活性炭。然后在950℃进行二氧化碳二次活化，可制得中孔沥于基球状活性炭。
所得中孔沥青基球状活性炭的结构见表2。表2
  浸渍金属   活化剂  BET比表面积(m2/g)  中孔比表面积(m2/g)   总孔容(cm3/g)   中孔孔容(cm3/g)   中孔比例*(％)
  ..**     H2O     683     39     0.34     0.037     11
   Fe     H2O     1200     338     0.60     0.24     40
Fe H2O/H2 1160 286 0.82 0.58 71
   Y     H2O     1048     220     0.76     0.54     71
   Co     H2O     1650     616     0.86     0.43     50
Ni CO2 1304 320 0.58 0.22 38
*：中孔比例由中孔孔容比总孔容得出。**：所用一次活化沥青基球状活性炭。

Claims (4)

1.一种中孔沥青基球状活性炭的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将一次活化制备的沥青基球状活性炭浸渍在金属化合物溶液中，使活性炭和浸渍在活性炭上的金属之比为1∶(0.01～0.10)(重量比)；常温下静止或搅拌2-30小时，易氧化的金属化合物应在惰性气体保护下浸渍；
(2)将上述负载金属的沥青基球状活性炭在真空或惰性气体保护下干燥；
(3)将干燥的负载金属的沥青基球状活性炭在800-1000℃，用活化剂进行二次活化，可制得中孔沥青基球状活性炭。
2.根据权利要求1所述的一种中孔沥青基球状活性炭的制备方法，其特征在于所述的金属化合物是过渡金属或稀土金属化合物。
3.根据权利要求2所述的一种中孔沥青基球状活性炭的制备方法，其特征在于所述的过渡金属或稀土金属化合物是金属氯化物、硝酸盐、硫酸盐、醋酸盐。
4.根据权利要求1所述的一种中孔沥青基球状活性炭的制备方法，其特征在于所述的活化剂为水蒸气与一氧化碳或水蒸气与氢气的混合气。
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