[發明專利]浸漬金屬鹽二次炭化制備中孔瀝青基球形活性炭的方法

無效

• 申請號: 200810037092.5
• 申請日: 2008-05-08
• 公開（公告）號: CN101284665A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發明（設計）人: 梁曉懌;劉小軍;劉朝軍;王琴;陳慶軍;詹亮;張睿;喬文明;凌立成
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C01B31/08
• 分類號: C01B31/08
• 代理公司: 上海順華專利代理有限責任公司
• 代理人: 談順法

技術領域

本發明涉及一種瀝青基球形活性炭的制備方法，具體涉及一種浸漬金屬鹽二次炭化制備中孔瀝青基球形活性炭的方法。

背景技術

傳統的制備瀝青基球形活性炭的方法是以高軟化點瀝青原料，然后經成球、不熔化、炭化和活化處理。由于瀝青本身性質和活化方法的限制，所制備出來的瀝青基球形活性炭主要以微孔為主，其孔徑分布主要是在小于2nm的孔徑范圍。但是在實際使用過程中，2～50nm的中孔的存在不僅能夠為小分子的吸附提供通道作用，提高吸附速率，同時也為較大分子的吸附提供了吸附場所，增加吸附量。因此，中孔的存在意義重大。

基于此，中科院山西煤化所利用活化過程在金屬作用下的催化活化原理，制備出了具有較高中孔率的瀝青基球形活性炭(CN98104975.3)。該方法是通過在瀝青原料中添加金屬催化劑，然后經成球、不熔化、炭化和活化處理，利用金屬在活化過程中對活化反應的催化作用，制備得到高中孔率的瀝青基球形活性炭。盡管如此，由于該方法是將金屬催化劑分散于瀝青主體相中，活化過程碳的高燒失率以及孔結構發展的不可控性使得活化樣品孔徑分布寬，這在吸附分離使用時降低了瀝青基球形活性炭對特定分子的選擇性吸附。與此同時，碳的高燒失率也導致了瀝青基球形活性炭機械強度的降低，這在一定程度上也限制了其在固定床上的使用。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明提供一種中孔瀝青基球形活性炭的制備方法。

本發明是基于因傳統工藝制得的瀝青基球形活性炭孔徑分布存在局限性而開發一種通過后處理擴大其孔徑的方法。本發明是以按傳統方法制備得到的瀝青基球形活性炭為原料，通過在其中浸漬無機金屬鹽進行二次炭化處理，利用無機金屬鹽在高溫過程中分解產生的氧化性氣體在逸出時對碳壁的氧化燒蝕以及生成的金屬氧化與其相鄰的碳發生氧化還原反應來達到對原料瀝青基球形性活性炭擴孔的目的。其制備過程包括原料瀝青基球形活性炭與無機金屬鹽的浸漬混合、干燥、二次炭化和酸洗處理。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種浸漬金屬鹽二次炭化制備中孔瀝青基球形活性炭的方法，其特征在于，選用比表面積為500～2000m²/g的瀝青基球形活性炭為原料，以質量濃度為0.3～20％的金屬鹽溶液浸漬瀝青基球形活性炭0.5～20小時，其中，無機金屬鹽與瀝青基球形活性炭的質量比為0.01∶1～0.2∶1；浸漬結束后，將浸漬樣品置于50～300℃的烘箱中烘干至無明顯液體流動，隨后浸漬樣品在惰性氣體的保護下升溫至600～1200℃進行二次炭化，并恒溫0～10小時；設備溫度降至250℃以下后取出樣品，冷卻至50℃以下后用0.1～3mol/L的HCl、硫酸或硝酸溶液酸洗除去內部殘留的金屬雜質，即得到具有較高中孔含量的瀝青基球形活性炭。

其中，無機金屬鹽為硝酸鐵、硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸銅、硝酸鋅、硝酸銀、硫酸鐵、硫酸鈷、硫酸鎳、硫酸銅、硫酸鋅或硫酸銀中的一種。

本發明的一個優選方案為：選用比表面積為800～1300m²/g的瀝青基球形活性炭為原料，以質量濃度為0.3～10％的金屬鹽溶液浸漬瀝青基球形活性炭5～15小時，其中，無機金屬鹽與瀝青基球形活性炭的質量比為0.03∶1～0.08∶1；浸漬結束后，將浸漬樣品置于100～150℃的烘箱中烘干至無明顯液體流動，隨后浸漬樣品在惰性氣體的保護下升溫至700～1000℃進行二次炭化，并恒溫0～5小時；設備溫度降至200℃以下后取出樣品，取出樣品冷卻至50℃以下后用0.1～2mol/L的HCl、硫酸或硝酸溶液酸洗除去內部殘留的金屬雜質，即得到具有較高中孔含量的瀝青基球形活性炭。

上述作為原料的比表面積為500～2000m²/g的瀝青基球形活性炭是通過傳統方法制備的：(1)高軟化點瀝青與初級造孔劑通過加熱攪拌混合，制得含添加劑瀝青；(2)含添加劑瀝青破碎成一定粒徑后在表面活性劑的存在下乳化成球，得到具有一定粒度分布的含添加劑的瀝青原球；(3)含添加劑的瀝青原球經有機溶劑提取后獲得具有初級孔道的瀝青原球；(4)具有初級孔道的瀝青原球在空氣氣氛下進行氧化穩定化處理，得到不熔化瀝青球；(5)不熔化瀝青球在惰性氣體保護下高溫處理進行炭化處理，炭化后物料在H₂O、CO₂等氧化性氣體作用下經活化反應制備得到瀝青基球形活性炭。

有益效果