[發明專利]一種物理活化法制備高比表面積顆粒活性炭的方法

無效

• 申請號: 200810233530.5
• 申請日: 2008-11-04
• 公開（公告）號: CN101397136A
• 公開（公告）日: 2009-04-01
• 發明（設計）人: 彭金輝;楊坤彬;張利波;郭勝惠;夏洪應
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C01B31/08
• 分類號: C01B31/08
• 代理公司: 昆明慧翔專利事務所
• 代理人: 程韻波

一、技術領域

本發明涉及一種物理活化法制備高比表面積顆粒活性炭的方法，屬于材料制備技術領域。

二、背景技術

活性炭是一種多孔炭材料，在化工、環保、冶金、電子和能源等領域有著廣泛的應用。近幾年來，隨著科學技術的發展，活性炭應用領域不斷擴大，對吸附性能提出了新的、更高的要求，在“高吸附、多功能、高強度”的總要求下，出現了對專用活性炭需求量越來越多的趨勢。目前高比表面積活性炭通常采用化學法活化法制備而成，以KOH、NaOH等活化劑制備2000m²/g以上的高比比表面積活性炭，使其能應用于雙電層電容器的電極、儲氫、儲甲烷等領域。但該法對設備具有腐蝕性，且所制備的活性炭多為粉末狀不具有強度，為其應用帶來一定局限性；同時活化完后還需要對產品進行酸洗和水洗，這就帶來廢水等二次污染物，造成環境污染。而物理活化法雖然對環境不產生污染，但目前在制備高比表面積的活性炭時，往往需要很長的時間才能使其比表面積達到2000m²/g以上，這就造成物理法制備具有高比表面積活性炭需要的能耗高，時間長，且所得產品的得率低，降低了原料利用率，造成其生產成本的大幅提高。

在專利號為200510010670.2的專利中，公開了一種“生產高比表面積活性炭的方法”，以煙桿為原料，KOH為活化劑，用微波輻射后進行酸洗、水洗和烘干，得到活性炭產品。這種方法由于加入了化學藥品等試劑，一方面對設備具有較強的腐蝕性，另一方面需要對其產品酸洗和水洗，帶來二次污染。

蘇偉等在《林產化學與工業》2006年第2期發表的《椰殼炭制備高比表面積活性炭的研究》中以水蒸氣和CO₂為共同活化氣體，分階段來制備活性炭，該法制備比表面積大于2000m²/g以上的活性炭至少需10小時以上的時間，且得率低于19.4％。從文獻中可看出：該法在制備過程中需要對混合氣體(水蒸氣和CO₂)在不同階段的比例進行精確控制，這為制備過程帶來了一定的難度。在專利號為200510010669.X的專利中，公開了一種“物理法處理煙桿廢棄物制造活性炭”的方法，以煙桿為原料，水蒸氣為活化氣體，雖然所需時間較短，但其產品僅能達到常用活性炭產品的要求，遠遠達不到雙電層電容器的電極、儲氫、儲甲烷等領域的應用要求，且得率也較低(低于30％)。

與上述技術相比，本發明所使用的活化氣體為水蒸氣和CO₂氣體，克服了化學活化法對設備的腐蝕和環境的污染；對原料需以經過高溫炭化后椰殼炭化料為原料，活性炭產品的得率高(大于40％)，有利于提高原料資源的利用；采用微波作為加熱源，通過調整微波功率，實現其對溫度的控制，且所制備活性炭為顆粒狀，提高了應用范圍。

三、發明內容

本發明的目的在于提供一種物理活化法制備高比表面積顆粒活性炭的方法，首先將椰殼在高溫下進行炭化，隨后將進行破碎、篩分后的炭化料置于微波輻射裝置中，通過控制活化溫度，調節活化時間和活化氣體流量，對原料進行活化處理，得到比表面積為2200m²/g以上的顆粒活性炭產品。

本發明通過如下工藝步驟實現，圖1為其工藝流程圖。

(1)將椰殼在炭化爐中在800～1200℃下炭化1～3小時；

(2)將炭化后的椰殼炭化料進行破碎、篩分，取粒徑為4～30目的顆粒；

(3)破碎后的椰殼炭化料置于微波輻射裝置中，加熱至800～950℃時，通入活化氣體進行活化，得到高比表面積活性炭產品。

其中當以水蒸氣為活化氣體時，其流量為0.5～4L/min.Kg(每公斤炭每分鐘的水蒸氣流量)；以CO₂為活化氣體時，其流量為1～5L/min.Kg(每公斤炭每分鐘的CO₂氣流量)；以CO₂和水蒸氣的混合氣體為活化氣體時，CO₂和水蒸氣的比例為5～1:1，其流量為0.5～6L/min.Kg(每公斤炭每分鐘的混合氣體流量)。

本發明具有以下優點：

(1)采用水蒸氣、CO₂的一種或混合氣體為活化氣體，不產生三廢，對環境無污染，對設備腐蝕性小；

(2)利用高溫炭化，提高椰殼炭化料的微孔結構，為制備高比表面積活性炭提供了具有較為發達孔隙結構的原料；有利于提高椰殼炭化料的有序結構，減少炭在活化過程中的燒蝕，提高活性炭產品的得率；