[發(fā)明專利]一種用于捕獲CO2的球狀活性炭的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210363280.3
• 申請日: 2012-09-26
• 公開（公告）號: CN102862983A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫國華;李開喜
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: C01B31/12
• 分類號: C01B31/12;C01B31/14;B01D53/02
• 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(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于活性炭的一種制備方法，具體地說涉及一種用于捕獲CO₂的球狀活性炭的制備方法。?

背景技術(shù)

全球氣候變暖是21世紀人類面臨的最重大的環(huán)境問題。由于燃煤發(fā)電廠排放的CO₂被認為是引起“溫室效應”的主要氣體，因此人們付出巨大努力發(fā)展新型材料和技術(shù)用于降低CO₂的排放量。球狀活性炭具有豐富的孔容、表面光滑、流動性好、壓降小、吸脫附速率快及化學和熱穩(wěn)定性高優(yōu)點，被認為是一種良好的CO₂固體捕獲劑。然而球狀活性炭在捕獲CO₂的實際應用中必須滿足另外兩個條件：（1）高強度，主要是針對捕獲CO₂所使用的大型流化床。低強度球狀活性炭在大型流化床中由于滾動摩擦和氣流穿透摩擦容易破碎；（2）高比表面積，利用大量的微孔空間能大量吸附CO₂。綜合以上因素，大孔吸附樹脂基和大孔離子交換樹脂基球狀活性炭顯示出其明顯的優(yōu)勢。呂春祥（專利公開號：CN1480397A）等采用球形樹脂為原料，經(jīng)過溶脹、深度磺化、梯度濃度酸洗、炭化和活化制備了球狀活性炭。凌立成（專利公開號：CN1480399A）等采用球形樹脂為原料，經(jīng)過空氣預氧化、高溫炭化和水蒸氣活化制備了球狀活性炭。齊鴻云（專利公開號：CN1631516）等采用苯乙烯-二乙烯苯共聚大孔型珠體為原料，經(jīng)過氯甲基化、傅氏反應、穩(wěn)定化、和活化等一系列工藝路線制備了球狀活性炭。雖然以上專利均采用大孔吸附樹脂球或大孔離子交換樹脂球制備了高強度的球狀活性炭，但比表面積相對較低（450-1500m²/g），不利于CO₂捕獲。梁曉懌（專利公開號：CN101062770A）等采用瀝青球、酚醛樹脂球及大孔吸附樹脂球等原球先高溫炭化，后經(jīng)KOH活化制備了高比表面積的球狀活性炭（1400-2300m²/g）。雖然經(jīng)KOH活化后能制備出無破裂的高比表面積球狀活性炭，但KOH屬于強堿性活化劑，在高溫下對碳原子的刻蝕能力超強，導致炭收率較低，在實驗中我們發(fā)現(xiàn)這種高比表面積球狀活性炭的強度較低，平均顆粒強度僅4-6?N，難以在用于吸附CO₂的大型流化床中使用。目前在制備即具高強度又兼有高比表面積的球狀活性炭方面尚未見報道。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種工藝路線簡單，工藝步驟少，具有高強度、高比表面積和高CO₂吸附量的用于捕獲CO₂的球狀活性炭的制備方法。?

本發(fā)明采用商品化的大孔吸附樹脂球或大孔離子交換樹脂球為原料，通過高溫炭化、K₂CO₃活化制備球狀活性炭。K₂CO₃作為一種相對于KOH溫和的活化劑，能夠在最大程度上降低鉀離子對炭原子的刻蝕程度，使獲得的球狀活性炭具有較高的機械強度。同時，K₂CO₃通過樹脂球本身存在的中大孔容易進入內(nèi)部進行有效的刻蝕炭原子，能夠制備高比表面積的球狀活性炭。具體步驟為：?

（1）樹脂球的炭化：將樹脂球在氮氣保護下以0.5-2℃/min的速率升溫至700-900℃，并在此溫度下炭化1-3h，得到球狀炭；

（2）球狀炭的活化：將得到的球狀炭與K₂CO₃按質(zhì)量比1:2-6混合后，以2-5℃/min的速率升溫至800-900℃，并在此溫度下活化0.5-2h。最后經(jīng)去離子水反復洗滌至中性，干燥，即得球狀活性炭。

所述的樹脂球是大孔吸附樹脂球或大孔離子交換樹脂球等其中一種，其中孔徑分布于10-50nm。?

所述的樹脂球是直接炭化和活化，不需經(jīng)過氧化、磺化等預處理。?

本發(fā)明制備的球狀活性炭的平均顆粒強度為10-15N、比表面積為1800-2600m²/g、CO₂吸附量為10-18?wt%。?

本發(fā)明具有如下優(yōu)點：?

本方法工藝路線簡單、工藝步驟少、產(chǎn)率高、有利于工業(yè)化推廣。

本方法制備的球狀活性炭強度高（平均顆粒：10-15N）、比表面積高（1800-2600m²/g）、CO₂吸附量高（10-18?wt%）。?

具體實施方式

實施例1：?