[發明專利]一種具有高堆密度和高比表面積球狀活性炭的制備方法

有效

• 申請號: 201210366814.8
• 申請日: 2012-09-26
• 公開（公告）號: CN102874806A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 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
• 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，具體地說涉及一種高堆密度和高比表面積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、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、氣體分離及溶劑回收等領域。在氣體吸附領域，吸附氣體通常采用裝填吸附劑的大型流化床或固定床。吸附量則以吸附氣體的總重量計算，這就要求單位體積內裝填吸附劑的質量越高越好，即要求吸附劑具有高的堆密度和比表面積。然而材料的堆密度和比表面積通常是相互矛盾的。當比表面積高時，堆密度通常降低，主要是由于孔結構的形成是活化劑刻蝕碳原子的結果。如超級活性炭的比表面積達2000-3000m²/g時，堆密度僅為0.2g/ml；比表面積為1000m²/g時，堆密度可達0.46g/ml。為了同時滿足高堆密度和高比表面積，采用具有豐富孔結構和高殘炭率的大孔吸附樹脂球或大孔離子交換樹脂球作為炭前驅體制備球狀活性炭是可行的方法。呂春祥和凌立成（專利公開號：CN1480397A，CN1480399A）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等預處理、再炭化和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，經過氯甲基化、傅氏反應、穩定化、和活化等一系列工藝路線制備了球狀活性炭。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KOH活化制備了高比表面積的球狀活性炭（1400-2300m²/g）。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或高比表面積的球狀活性炭，但堆密度較低，最高僅為0.48g/ml，與常規活性炭的堆密度相比并沒有明顯優勢。主要是由于大孔吸附樹脂或大孔離子交換樹脂球本身含有大量的中大孔，這些孔的存在會降低球狀活性炭的堆密度。

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，具有高堆密度和高比表面積的球狀活性炭的制備方法。

本發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，預先通過真空浸漬方法用堵孔劑堵孔，然后經空氣預氧化使之高度交聯，最后高溫炭化、水蒸氣活化制備球狀活性炭。堵孔劑的作用體現在兩個方面：（1）填充大孔，增加炭收率，進而提高球狀活性炭的堆密度；（2）在水蒸氣活化過程中能夠制造微孔，提高球狀活性炭的比表面積。具體步驟為：

（1）樹脂球的堵孔：將樹脂球置于真空容器中抽真空1-2h，抽走樹脂球和真空瓶內部的空氣，然后將堵孔劑的分散液注入真空容器中，隨后抽真空1-5h，使堵孔劑充分浸漬到樹脂球中。最后用布式漏斗將樹脂球和浸漬后分散液分離，并于100-120℃干燥2-5h，得到浸漬堵孔劑的樹脂球；

（2）樹脂球的空氣預氧化：將步驟（1）得到的樹脂球在空氣中以0.25-0.7℃/min的速率升溫至280-360℃，使樹脂球在氧氣環境下脫氫，環化，交聯進行氧化；

（3）樹脂球的炭化活化：將步驟（2）氧化的樹脂球在氮氣保護下以0.5-2℃/min的速率升溫至800-1000℃，并在此溫度下水蒸汽活化1-3h，即得球狀活性炭。

如上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，其中孔孔徑分布于10-50nm之間。

如上所述的堵孔劑是改性淀粉、酚醛樹脂、聚酰亞胺樹脂、三聚氰胺樹脂等其中一種或任意兩種的組合。

如上所述的堵孔劑的分散液是堵孔劑的乙醇飽和溶液。

本發明制備的球狀活性炭的堆密度為0.62-0.85g/ml、比表面積為1450-1950m²/g。

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堆密度高（0.62-0.85g/ml）、比表面積高（1450-1950m²/g）。

具體實施方式

實施例1：