CN1927708A - 一种制备中孔丰富的高比表面积活性炭的方法 - Google Patents
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Abstract
一种既具有高比表面积同时又富含中孔且不残留任何金属元素的活性炭的制备方法，其将含炭前驱体破碎、筛分至2mm以下；按照KOH与含炭前驱体的质量比为2∶1～6∶1，NaOH占KOH质量的10％～51％进行NaOH和KOH的配制；将筛分过的含炭前驱体与按比例配制好的的KOH和NaOH的混合物按前述比例混合后，放入活化炉中，在惰性气氛保护下从室温升到550℃停留1～2小时后继续升温到800～900℃反应1～2小时，自然冷却后取出混合物，用水洗至pH值为中性，干燥，即可。本发明减少甚至没有对最终活性炭的金属污染；同时KOH和NaOH的有利于对含炭前驱体的浸润，可制得既具有高的比表面积同时又富含丰富的中孔且不残留任何金属元素的活性炭。
Description
技术领域
本发明涉及一种活性炭的制备方法，具体来说是提供一种制备中孔丰富的高比表面积活性炭的方法。
背景技术
常规活性炭应用于国民经济的诸多领域，而高比表面积活性炭由于其性能远远高于常规活性炭而被专门应用于常规活性炭无法胜任的储能领域，如H2、天然气以及电荷的储存等。但是当仅由微孔组成的高比表面积活性炭作为电荷储存介质如作为电化学电容器的电极材料时，电解液无法快速进出活性炭的微孔，致使电容器的充放电效率和功率密度等受到影响，为此希望该活性炭在具有高比表面积的同时要含有较多量的中孔。此外，在用作饮用水净化方面，也要求活性炭富含中孔。
目前，中孔活性炭的制备方法主要有催化活化法、混合聚合物炭化法、模板法等，其中催化活化法是目前应用较多的方法，如CN1693189A采用在KOH溶液中添加金属化合物的方法对石油焦进行活化，制得了比表面积为2000-2900m2/g、中孔孔容为0.6-1.5mL/g的活性炭，CN1121978C也采用金属盐作为扩孔剂进行中孔活性炭的制备，但该法不可避免地残留部分金属元素，对后续应用不利。混合聚合物炭化法则仅适用于聚合物前驱体，对于诸如石油焦一类的原料来源有限制。近年来兴起的模板法制备中孔炭则一方面所用原材料有限，另一方面需要寻找合适的模板剂，第三也不易制得比表面积高的活性炭，而其最大的困难就在于制备工艺的繁琐和生产成本的高昂。此外，尚有一些别的方法，如CN1669919A采用H3PO4作为活化剂与烟杆进行反应制备中孔活性炭，CN1053875C则将不同煤种按一定比例混合后来制备富含中孔的活性炭，但上述方法均不易制得高比表面积的活性炭。
发明内容
本发明的目的就是提供一种既具有高比表面积同时又富含中孔且不残留任何金属元素的活性炭的制备方法。
本发明的原理如下：制备高比表面积的活性炭一般是采用化学活化法，尤其是使用KOH作为活化剂，但该活化剂制得的活性炭主要以微孔为主，单纯使用NaOH则主要制得中孔较发达的活性炭，且比表面积较小，为此本发明以KOH作为主活化剂以发展微孔，NaOH作为辅助活化剂以扩展中孔，同时KOH和NaOH还可形成低共融化合物，有利于对含炭前驱体的浸润，这样二者的共同使用可制得既具有高的比表面积同时又富含丰富的中孔的活性炭。
本发明按如下步骤完成：
①将含炭前驱体等破碎、筛分至2mm以下；
②按照KOH与含炭前驱体的质量比为2∶1～6∶1，NaOH占KOH质量的10％～51％进行NaOH和KOH混合液的配制；
③将①中的含炭前驱体与②中的KOH和NaOH的混合物按前述比例混合后，放入活化炉中，在惰性气氛保护下从室温升到550℃停留1～2小时后继续升温到800～900℃反应1～2小时，自然冷却后取出混合物，用水洗至pH值为中性，干燥，即得富含中孔的高比表面积活性炭。
其中含炭前驱体为石油焦、沥青、沥青焦、煤、果壳、农作物秸秆等。
本发明的优点如下：
①由于不使用含有金属盐的试剂为扩孔剂，减少甚至没有对最终活性炭的金属污染；
②KOH和NaOH二者的相容性很好，在一定比例下能够形成低共融化合物，有利于对含炭前驱体的浸润，避免了象别的专利需要制成溶液才能混合均匀的步骤；
③反应完成后粗活性炭上所含的碱很易回收，并被回配到原料中，可降低制备成本，并减轻对环境的污染；
④采用腐蚀性较小的NaOH代替了一部分腐蚀性极强的KOH，对降低反应器的折旧具有显著的效益。
具体实施方式
实施例1 取粒度为0.1mm的石油焦与2倍重量的KOH混合，再加入占KOH重量51％的NaOH，充分混合均匀后，放入活化炉中，从室温升到550℃下停留1小时，之后继续升温至850℃反应2小时，自然冷却，取出混合物用水洗至中性，干燥后测得其比表面积为1550m2/g，中孔含量40％。
对比例1 除去不加NaOH外，其它同实施例1，所得活性炭的比表面积为1930m2/g，中孔含量8％。
实施例2 取粒度为2mm的沥青焦与6倍重量的KOH混合，再加入占KOH重量30％的NaOH，充分混合均匀后，放入活化炉中，从室温升到550℃下停留2小时，之后继续升温至800℃反应1小时，自然冷却，取出混合物用水洗至中性，干燥后测得其比表面积为2850m2/g，中孔含量23％。
对比例2 除去不加NaOH外，其它同实施例2，所得活性炭的比表面积为3030m2/g，中孔含量11％。
实施例3 取粒度为0.5mm的无烟煤与5倍重量的KOH混合，再加入占KOH重量40％的NaOH，充分混合均匀后，放入活化炉中，从室温升到550℃下停留1小时，之后继续升温至900℃反应1小时，自然冷却，取出混合物用水洗至中性，干燥后测得其比表面积为3010m2/g，中孔含量31％。
对比例3 除去不加NaOH外，其它同实施例3，所得活性炭的比表面积为3410m2/g，中孔含量15％。
实施例4 取粒度为0.2mm的核桃壳炭化料与4倍重量的KOH混合，再加入占KOH重量15％的NaOH，充分混合均匀后，放入活化炉中，从室温升到550℃下停留2小时，之后继续升温至850℃反应2小时，自然冷却，取出混合物用水洗至中性，干燥后测得其比表面积为2650m2/g，中孔含量20％。
对比例4 除去不加NaOH外，其它同实施例4，所得活性炭的比表面积为2930m2/g，中孔含量12％。
实施例5 取粒度为0.05mm的农作物秸秆炭化料与3倍重量的KOH混合，再加入占KOH重量20％的NaOH，充分混合均匀后，放入活化炉中，从室温升到550℃下停留1小时，之后继续升温至830℃反应1小时，自然冷却，取出混合物用水洗至中性，干燥后测得其比表面积为2400m2/g，中孔含量21％。
对比例5 除去不加NaOH外，其它同实施例5，所得活性炭的比表面积为2870m2/g，中孔含量13％。
Claims (2)
1一种制备中孔丰富的高比表面积活性炭的方法，其特征如下：
①将含炭前驱体等破碎、筛分至2mm以下；
②按照NaOH占KOH质量10％～51％进行NaOH和KOH混合液的配制；
③按照KOH与含炭前驱体的质量比为2∶1～6∶1准备含炭前驱体；
④将准备好的含炭前驱体与KOH和NaOH的混合物按前述比例混合后，放入活化炉中，在N2或Ar气惰性气氛保护下从室温升到550℃停留1～2小时后继续升温到800～900℃反应1～2小时，自然冷却后取出混合物，用水洗至pH值为中性，干燥，即得富含中孔的高比表面积活性炭。
2如权利要求1所述的一种制备中孔丰富的高比表面积活性炭的方法，其特征是含炭前驱体为石油焦、沥青、沥青焦、煤、果壳、农作物秸秆。
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