[發明專利]具有儲能性能的炭質材料制備工藝

無效

• 申請號: 200810001120.8
• 申請日: 2008-05-08
• 公開（公告）號: CN101249956A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發明（設計）人: 謝建綱;黃振興;花錦柏;張超;周其新;謝建明;凌莉;錢鈞
• 申請（專利權）人: 鹽城市炭化工業有限公司
• 主分類號: C01B31/00
• 分類號: C01B31/00;C01B31/08;C01B31/10;B01J20/20
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所屬技術領域

本發明屬于一種具有儲存性能的炭質材料制備工藝，以石油瀝青焦、果殼炭化料、煤質炭化料為原料，采用高溫強堿化學活化法制備出具有高比表面積、納米級微孔的儲能炭質材料。通過此工藝制造出來的儲能炭質材料微孔結構發達，特別適宜做天然氣(甲烷)吸附儲存和高能量儲電電容器的材料。

背景技術

國家“十五”期間的能源戰略調整，主要體現在天然氣的推廣運用?！拔鳉鈻|輸”工程的順利實施，旨在推廣“以氣代油”、“以氣發電”、“城市氣化”。隨著石油儲量的下降，人們需要尋找一種能取代石油的新型燃料，而天然氣在世界上的儲量極為豐富，已探明可開采儲量147萬億立方米，是一種理想的新型燃料。天然氣的主要成份是甲烷占85～95％，儲能炭質材料是推廣天然氣的廣泛不可缺少的新型儲能材料。

炭質材料具有儲能性能是基于它具有豐富的納米級微孔體系，它的吸附儲能作用絕大部分是在微孔內進行的，吸附量受微孔徑和數量決定的。國內對高級活性炭的研究報道較多，技術也較為成熟，常見報道用于氣相吸附儲存的超級活性炭，它的BET比表面積大于2000m²/g，碘吸值大于2000mg/g，亞甲藍值大于300mg/g，微孔孔徑通常為2nm～50nm，而天然氣(甲烷)的動力吸附孔徑為0.75～1.5nm，這樣超級活性炭就不符合吸附儲存天然氣(甲烷)的動力孔徑要求。本項發明是可批量生產具有比表面積高達2500～4000m²/g，碘吸值大于2300mg/g，亞甲基藍值大于600mg/g，納米級微孔徑為0.75～1.5nm的炭質材料，且微孔占總孔容積的90～95％.，而此炭質材料符合吸附儲存天然氣(甲烷)的動力孔徑要求，非常適宜做天然氣(甲烷)由高壓壓縮儲存(CNG)轉為吸附儲存(ANG)，利于天然氣(甲烷)的安全推廣應用的儲能炭質材料。

發明內容

本發明的目的是為了適應國家能源戰略調整，大力推廣新能源天然氣(甲烷)的應用。為使天然氣更好的應用于國民經濟各個領域，必須改變天然氣多級高壓壓縮儲存法(CNG)為吸附儲存法(ANG)，才能解決多級高壓壓縮法帶來儲存的極不安全因素，而吸附儲存法需要具有高比表面積和納米級微孔結構的炭質材料，目前工業化生產超級活性炭的方法是水蒸氣物理活化法，不能生產適宜吸附儲存天然氣的炭質材料，為此本項發明使用高溫強堿化學活化法，提供了一種可批量生產具有高比表面積和納米級微孔結構的炭質材料的工藝。

本發明的技術方案是采用高溫強堿化學活化法，以石油瀝青焦為原料，經破磨、篩分、浸漬、炭化、催化活化、水洗、干燥和堿回收工藝組成。浸漬時用KOH∶NaOH為75∶25為堿催化劑在反應釜中浸漬原料2小時，其中堿催化劑∶原料為6∶1；催化活化的活化溫度與時間按以下步驟進行，升溫至400℃～450℃恒溫30min，再升溫至700℃～750℃恒溫30min，最后升溫至950℃～1000℃恒溫90min后，冷卻至室溫出爐；炭化、催化活化的全過程都是在氮氣的保護下進行；將含堿的炭質材料進行水洗、酸洗至中性；將水洗、酸洗后的堿溶液經電加熱反應釜制成老液，然后檢測濃度，對其補充至含量達60％后轉入下批生產循環重復使用，降低制備成本，避免環境污染，實現堿回收循環使用的目的。

本發明的具體過程如下：

1、原料及其特性選擇

以石油瀝青焦(石油副產物)為原料，主要因為它是由長鏈脂肪烴縮聚物，稠環芳烴，少量低分子有機物組成，本質上是一種石墨化的碳素形態，呈黑色堆積狀，不能溶融。其質量組成通常是；揮發份10％～15％、灰份低至1％以內、硫2％左右、固定碳85％左右、其他0.01％左右。

2、炭化活化前的準備

將石油瀝青焦破碎、磨粉、篩分，取100-160目為備用原料。

KOH與石油瀝青焦活化反應的主要過程：

KOH+C→K₂CO₃+K₂O+H₂

K₂CO₃、K₂O與石墨微晶和石墨微晶群的刻蝕過程形成網狀錯綜復雜的微晶結構，微晶間以交聯鍵互聯，在空間形成發達的具有不同孔徑的孔隙。當活化溫度超過金屬鉀K的沸點762℃后，生成的金屬鉀蒸汽將會通過石墨六元環，使層與層間的石墨留下孔隙，因此鉀蒸汽同樣也能發揮開孔、造孔和擴孔的作用。