[發(fā)明專利]利用聚乙烯醇制備活性炭的方法

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• 申請日: 2013-06-04
• 公開（公告）號: CN103274402A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廖川平
• 申請（專利權(quán)）人: 成都銀鑫新能源有限公司
• 主分類號: C01B31/12
• 分類號: C01B31/12
• 代理公司: 成都惠迪專利事務(wù)所 51215
• 代理人: 王建國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及利用聚乙烯醇制備活性炭的方法，屬于材料類中的炭素材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

活性炭是一種微晶質(zhì)炭材料，外觀黑色，內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，比表面積大，吸附能力強(qiáng)，具有電子導(dǎo)電性，是一種常用的吸附劑和催化劑。

高比表面積活性炭性能優(yōu)于普通活性炭，具有孔隙分布窄、吸附量大、吸附速度快，容易再生等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于氣體分離、凈化領(lǐng)域。高比表面積活性炭也可以作為超級電容器的電極材料，所利用的就是活性炭的高比表面積和電子導(dǎo)電性。作為高效的二次能源，超級電容器正在得到廣泛應(yīng)用。目前超級電容器一般采用活性炭作為電極材料的活性組分。理論上，超級電容器的電容量與活性炭的比表面積成正比；這就對活性炭的比表面積提出了更高的要求。一般將比表面積大于1000m²/g的活性炭稱為高比表面積活性炭。

目前國內(nèi)外主要以石焦油、果殼、竹木或椰殼渣為原料，以KOH為活化劑制備高比表面積活性炭。但其比表面積也僅僅在2000m²/g左右。很難達(dá)到市場需求。由于采用了堿性極強(qiáng)物質(zhì)，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。

生產(chǎn)活性炭最常用的兩種方法是氣體活化法和化學(xué)藥品活化法。在氣體活化法中，用水蒸氣、煙道氣或空氣等作為活化劑，在高溫下與原料炭發(fā)生選擇性氧化作用，使材料在局部氧化燒蝕過程中轉(zhuǎn)化為活性炭。在化學(xué)藥品活化法中，用氯化鋅、磷酸、氫氧化鉀等化學(xué)藥品作為活化劑，與原料混合以后，再在炭化爐中加熱，同時發(fā)生炭化和活化反應(yīng)，最終得到活性炭。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種利用聚乙烯醇制備活性炭的方法。具體是提供一種高比表面積活性炭的制備方法。

本發(fā)明利用聚乙烯醇制備活性炭的方法，其特征在于：包括如下步驟：

a、將聚乙烯醇水溶液與氫氧化鈣混勻，過濾，得到沉淀；其中，所述聚乙烯醇的醇解度≥50%；

b、將沉淀于500～1000℃下煅燒0.5～5小時，得到混合固體；

c、向混合固體中加入鹽酸，將氧化鈣除去，過濾，得到黑色固體；將黑色固體干燥，得到活性炭。

進(jìn)一步地，由于氫氧化鈣微溶于水，為了使聚乙烯醇與氫氧化鈣充分混勻，優(yōu)選如下方式將聚乙烯醇水溶液與氫氧化鈣混勻：先將聚乙烯醇水溶液和氯化鈣溶液混勻；再向混合后的溶液中加入氫氧化鈉溶液；其中，聚乙烯醇水溶液和氯化鈣溶液的按重量比為1:1～10。

進(jìn)一步地，濃度過低，形成氫氧化鈣的濃度小，幾乎全部溶解，同時受到氯化鈣的溶解度限制，所以優(yōu)選所述氯化鈣溶液的質(zhì)量百分濃度為5～40%。

進(jìn)一步地，濃度過低，形成氫氧化鈣的濃度小，幾乎全部溶解，同時受到氫氧化鈉的溶解度限制，所以優(yōu)選所述氫氧化鈉溶液的質(zhì)量百分濃度為5～40%。

進(jìn)一步地，由于反應(yīng)中生成氫氧化鈣，為了不浪費(fèi)原料，優(yōu)選氫氧化鈉與氯化鈣的摩爾比為2:1。

進(jìn)一步地，受到聚乙烯醇溶解度的限制，優(yōu)選步驟a中所述聚乙烯醇水溶液的質(zhì)量百分濃度為5～20%。

本發(fā)明所應(yīng)用的聚乙烯醇原料首先必須能夠溶解在水中，配制成水溶液。聚乙烯醇產(chǎn)品在水中的溶解能力與聚乙烯醇的醇解度有關(guān)，只有醇解度≥50%的聚乙烯醇才有可能溶解在水中，其中僅有醇解度在87%～89%的產(chǎn)品水溶性最好。因此，聚乙烯醇的醇解度≥50%，優(yōu)選聚乙烯醇的醇解度為87～89%；更優(yōu)選聚乙烯醇的醇解度為88%。

醇解度是醇解之后得到的產(chǎn)品中羥基占原有基團(tuán)的百分比。

進(jìn)一步地，為了除去洗滌過量的鹽酸，步驟c中過濾得到黑色固體后，加水洗滌黑色固體，直至黑色固體呈中性。

進(jìn)一步地，優(yōu)選步驟c中干燥方式為烘干，溫度為80～150℃。

本發(fā)明的基本原理在于，首先讓聚乙烯醇在分子層次上分散在氫氧化鈣固體中，然后在氫氧化鈣分子的隔離下讓聚乙烯醇發(fā)生炭化反應(yīng)。反應(yīng)式可能為

(CH₂CHOH)_n—→C2_n+H₂O↑+H₂↑

同時，在高溫下氫氧化鈣也會分解為水和氧化鈣。由于有氧化鈣分子的空間隔離，反應(yīng)得到的C_2n分子相互間難以聚攏。最后用鹽酸將氧化鈣分子除去后，就可以得到比表面積很大的活性炭分子。

本發(fā)明具有的有益效果：