[發明專利]一種具有狹窄中孔孔徑分布球狀活性炭的制備方法

無效

• 申請號: 201210363231.X
• 申請日: 2012-09-26
• 公開（公告）號: CN102862982A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 孫國華;李開喜
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: C01B31/10
• 分類號: C01B31/10;C01B31/14
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 劉寶賢

技術領域

本發明屬于活性炭的一種制備方法，具體地說涉及一種具有狹窄中孔孔徑分布球狀活性炭的制備方法。

背景技術

球狀活性炭由于具有豐富的孔結構、高比表面積、良好的球形度、較高的機械強度以及耐酸堿和耐高溫等一系列優良特性，可廣泛應用于環保、防化、催化劑載體、氣體分離及溶劑回收等領域。富含中孔的球狀活性炭在吸附中分子物質或負載催化劑時展現了良好的吸附和催化特性。呂春祥、凌立成、齊鴻云、梁曉懌（專利公開號：CN1480397A，CN1480399A，CN1631516，CN101062770A）等采用球形樹脂為原料，經過溶脹、深度磺化、梯度濃度酸洗或空氣預氧化或氯甲基化等預處理、再經炭化和活化制備了球狀活性炭。然而這些方法制備的球狀活性炭的中孔結構主要分布于20-50nm，較分散的孔徑分布和較大的孔徑不利于球狀活性炭的應用。呂春祥、劉朗、凌立成（專利公開號：CN1480398A，CN?1247212A，CN1250024A，CN1279125A）等采用高軟化點瀝青、酚醛樹脂等為前驅體，添加有機金屬化合物或易分解有機物等致孔劑，利用乳液聚合法制備了富含中孔的球狀活性炭。由于以上致孔劑在炭前驅體中分散困難，容易造成團聚，產生大量的大孔，影響了球狀活性炭的性能。李愛民（專利公開號：CN101177265A）等采用苯乙烯-二乙烯基苯共聚物小球為前驅體，利用小球本身含有大量的孔道，浸漬ZnCl₂溶液，催化活化法制備了富含中孔的球狀活性炭。雖然上述方法能夠制備出富含中孔的球狀活性炭，但除掉Zn離子的過程困難且耗時，需多次反復洗滌才能去除Zn離子。

發明內容

本發明的目的是提供一種工藝路線簡單，工藝步驟少，具有狹窄中孔孔徑分布球狀活性炭的制備方法。

本發明是利用離子液體作為致孔劑，在酚醛樹脂聚合成球前期加入離子液體。然后通過聚合、固化成球，進而經炭化和活化制備富含中孔的球狀活性炭。離子液體是一種新型的致孔劑，在水相中能夠與苯酚和甲醛等均勻混合。在苯酚和甲醛聚合成球過程中，離子液體依靠與苯酚或甲醛的氫鍵相互作用力能夠均勻分散在酚醛樹脂球中，從而制備出窄孔徑的球狀活性炭。同時離子液體在高溫下直接分解，不存在后續去除模板劑的問題。具體步驟為：

（1）?分散液的配制：配制5-10wt%分散劑的水溶液，得到分散液；

（2）酚醛樹脂成球：將苯酚、甲醛、氫氧化鈉和離子液體加入分散液中，攪拌10-60min。然后在攪拌狀態下以0.5-2℃/min的速率升溫至70-85℃，并在此溫度下反應1-3h，即得酚醛樹脂球；各物料加入量為：每1000ml分散液加入，以20g苯酚為基準，按苯酚、甲醛、氫氧化鈉和離子液體按摩爾比為1:2:0.1:0.05-0.5組成的物質的量；

（3）樹脂球的炭化活化：將得到的酚醛樹脂球在氮氣保護下以2-5℃/min的速率升溫至800-1000℃，并在此溫度下水蒸汽活化1-2h，即得窄中孔孔徑分布的球狀活性炭。

如上所述的分散劑是聚乙烯醇、十二烷基磺酸鈉或聚乙烯醇縮丁醛。

如上所述的離子液體是羧基功能化離子液體。

如上所述的羧基功能化離子液體最好是1-羧乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-羧乙基-3-甲基咪唑三氟磺酰亞胺鹽、1-羧乙基-3-甲基咪唑二腈胺鹽、1-羧甲基-3-甲基咪唑溴鹽、1-羧甲基-3-甲基咪唑氯鹽或1-羧甲基-3-甲基咪唑硝酸鹽。

本發明具有如下優點：?

本方法工藝路線簡單、工藝步驟少、產率高、有利于工業化推廣。

本方法制備的球狀活性炭中孔孔徑分布狹窄，比表面積高。

具體實施方式

實施例1：

配制1000ml含5wt%聚乙烯醇的水溶液，并置于三口燒瓶中。將20g苯酚、13g甲醛、0.85g氫氧化鈉和2.57g離子液體1-羧乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽按摩爾比為1:2:0.1:0.05置入1000ml上述分散液中，攪拌10min。然后在攪拌狀態下以0.5℃/min的速率升溫至70℃，并在此溫度下反應1h。即得酚醛樹脂球。將以上得到的酚醛樹脂球在氮氣保護下以2℃/min的速率升溫至1000℃，并在此溫度下水蒸汽活化1h。得到比表面積為868m²/g、中孔孔徑集中于2.6nm的球狀活性炭。

實施例2：