[發明專利]一種超級活性炭的制備方法

有效

• 申請號: 200810243618.5
• 申請日: 2008-12-10
• 公開（公告）號: CN101434389A
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發明（設計）人: 左宋林;蔡旋
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: C01B31/08
• 分類號: C01B31/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙）
• 代理人: 肖明芳

技術領域

本發明屬于化工生產技術領域，具體涉及一種活性炭的制備方法。

背景技術

活性炭是一種多孔炭材料，具有高度發達的孔隙結構和大的比表面積，作為一種優良的吸附劑，早已廣泛應用于環境保護、化學工業、食品工業、濕法冶金、藥物精制、軍事化學保護等領域。隨著活性炭在超級雙電層電容器的電極材料、催化劑載體、氣體分離、氫氣和天然氣儲存材料等新領域中的應用，比表面積為800～1500m²/g的普通活性炭，吸附容量有限，不能滿足其應用的要求，因而開發比表面積達到2000m²/g以上的超級活性炭成為多孔炭材料研究領域中新的熱點。超級活性炭具有比表面積大、化學穩定性好、吸附容量大等優點，除可替代普通活性炭更有效地應用于傳統領域外，它將成為電子、精細化工和清潔能源等高新技術領域的一種新型基礎材料。

早在20世紀60年代美國就開始了超級活性炭的研究。如Wenerberg[U.S.Pat，4082694，1975]將石油焦和硝酸溶液混合后在112～118℃下加熱8h，過濾后再加硝酸在85～115℃下繼續反應8h，冷卻至25℃再過濾、洗滌、真空干燥。所得樣品與KOH反應生成羥基酸鹽，在惰性氣氛中將其熱解，熱解產物在700～1200℃用二氧化碳活化制得表面積為2000m²/g的活性炭，不難看出這種方法非常繁瑣。70年代初期，Wenerberg直接用比表面積為100m²/g的活性炭與KOH甲醇溶液混合均勻，真空蒸發甲醇后，再用二氧化碳活化法制備超級活性炭。70年代中期Wenerberg改進上述方法，直接將石油焦粉末與KOH混合均勻，惰性氣氛下在400～500℃預焙燒并脫水，然后繼續升溫至700～1000℃反應2h左右，惰性氣氛下冷卻至室溫、洗滌、干燥得到比表面積為3000～4000m²/g的超級活性炭。盡管在有關超級活性炭的研究中，也采用了一些其他的方法，如模板法、氯化鋅活化法等，但它們或者價格太貴，難以工業化；或者比表面積不太高，工業化價值不大。因此，目前制備高比表面積活性炭的主要活化方法為化學試劑活化法，化學試劑包括堿金屬化合物，已進行研究的活化劑有KOH、NaOH、K₂CO₃。其中活化效果最好的為KOH，因此在制備高比表面積活性炭時，大多采用KOH活化法。盡管KOH活化炭質前驅體能夠制備超級活性炭，且有較長的研究歷史，但它在工業化方面的進展甚微。其中的關鍵問題是在KOH活化過程中，會有大量的單質鉀生成，而KOH活化的活化溫度一般在800℃左右，超過了鉀的沸點，因此在KOH活化的工業化過程中，會有大量的鉀逸出。鉀是一種非常活潑的金屬單質，遇到空氣中的水分就能夠反應生成氫氣，并釋放出大量的熱，以致產生爆炸，給KOH活化的安全生產帶來了巨大隱患。同時，單質鉀在逸出過程中，部分會冷結在活化爐的管道中，以至于堵塞管道，也會給安全生產帶來隱患。因此，采用KOH活化法生產超級活性炭的關鍵技術是解決KOH活化過程的安全性。我們通過深入的研究，發現鉀的釋放可以在一定的工藝條件下得到解決，成功實現了KOH活化法的工業化生產。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種超級活性炭的制備方法，以控制KOH活化生產超級活性炭過程中鉀的釋放，實現KOH活化法的安全工業化生產。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

一種超級活性炭的制備方法，包括如下步驟：

1、碳原料、活化劑KOH與活化助劑按1∶1～7∶0.001～0.1的重量比混合；

2、將步驟1得到的混合物料，于200～300℃下干燥脫水1～3h，再在惰性氣體保護下，真空或高壓條件下，以1～7℃/min的升溫速度升溫至活化溫度600～850℃后，活化1～4h；

3、步驟2得到的活化料在惰性氣體保護下冷卻至100℃以下，用水洗滌活化料3～4次后，用5％(質量比)鹽酸洗滌1～2次，再用水洗滌至濾液的pH達到6～7為止，再在120～150℃下干燥至衡重，得到超級活性炭產品。

步驟1中，所述的原料炭為石油焦、或煤、或椰殼炭、或竹炭。

步驟1中，所述的原料炭為20～150目。

步驟1中，所述的活化助劑為不溶性的碳酸鹽或其酸式鹽。

步驟1中，所述的活化助劑為碳酸鈣、或碳酸鋇、或碳酸氫鈣、或碳酸氫鋇。

步驟1中，原料炭、活化劑KOH與活化助劑的混合重量比優選1∶1～5∶0.03～0.1。

步驟2或3中，所述的惰性氣體為氮氣或氬氣。