[發明專利]活性炭及其制備方法

有效

• 申請號: 201310464733.6
• 申請日: 2013-10-08
• 公開（公告）號: CN103464104A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 哈云
• 申請（專利權）人: 滁州華倫裝飾材料有限公司
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C01B31/08
• 代理公司: 珠海智專專利商標代理有限公司 44262
• 代理人: 張中

技術領域

本發明涉及一種固體吸附劑及其制備方法，特別是一種活性炭及其制備方法。

背景技術

吸附是利用固體介質的多微孔特性，對組分進行選擇性吸著的單元操作，是一種比較成熟的分離和凈化方法，廣泛地應用于化工、環保、醫藥及軍事等領域。在諸多吸附材料中，活性炭因其吸附能力強且成本低而得到廣泛地應用。

活性炭是一種多孔碳材料，具有比表面積大、原料來源廣泛、機械強度高、易再生及穩定性好等優點。活性炭通常是將原料在一定的條件下經碳化和活化后得到。碳化的主要目的是得到具有適于活化的初始孔隙和一定機械強度的碳化料，碳化的實質是原材料中的有機物進行熱解反應，包括熱分解反應和縮聚反應。活化的主要目的是制備具有高比表面積的活性炭；活化方法通常分為物理活化法和化學活化法。其中，物理活化法是將碳化后的原材料在水蒸氣或二氧化碳中進行熱解反應，是一種吸熱反應，需要外部不斷提供熱源。化學活化法是把化學藥品加入原料中，然后在惰性氣體介質中加熱，進行活化；最具代表性的化學活化法有氯化鋅法、磷酸鹽法、氯化鈣法和堿法；但是由于采用化學用品，其會帶來以下問題：對設備的腐蝕性高；污染環境；活性炭中殘留有化學藥品；需要消耗大量的化學藥品，成本較高；需要外部熱源并嚴格控制活化溫度。

制備活性炭的原料大致可以分為兩大類：植物類原料和礦物類原料。植物類原料主要包括木材、木炭、果殼、紙漿廢液等；礦物類原料主要包括煤、石油、塑料等。與礦物類原料相比，植物類原料不僅具有可再生、成本低、環保等優點，而且天然的植物纖維結構適合于制備微孔發達、比表面積高及機械強度高的活性炭。目前，制備活性炭原料主要為木材和優質煤等，生產成本較高；因此，近年來特別重視利用各種工農業廢棄物制備高吸附性活性炭。我國是世界上最大糧食生產國，其中谷殼約占稻谷重量的20%，是一種豐富廉價的可再生資源，作為廢棄物丟棄或燃燒處理，污染環境又浪費資源。

在公布號為CN102247802A的專利文獻中公布了一種以谷殼為原料，利用堿性物質活化制備活性碳的方法，其工藝簡單，但是采用的活化劑為NaOH；其利用廉價的谷殼為原料進行制備活性炭，使制備成本低，原料可再生，來源廣泛；但是由于采用化學活化法，會帶來相應的問題。此外，這種方法需要對谷殼進行破碎，只是利用稻殼是一種廉價并可再生資源的優點，并沒有利用谷殼本身結構的優點。

采用物理活化法制取生物質殼類活性炭不僅可以節約成本，還可以充分地利用生物質殼本省特有的半橢球形結構。但是常用的物理活化法是先對原材料進行碳化，再進行活化，并且碳化和活化過程中需要外部熱源以控制相應的碳化與活化溫度條件。針對物理活化法中將活化與碳化階段分開并需要不同設備的問題，在公開號為CN1048203A的專利文獻中公開了一種利用烏柏籽殼制取活性炭的方法，其將碳化與活化階段同時進行，并且在同個設備中進行；其利用在活化中制得可燃性氣體進行燃燒提供熱源的同時還需要外部熱源，控制碳化的溫度范圍為500℃-700℃及活化的溫度范圍為800℃-900℃；由于在制備過程中利用本身生成的可燃性氣體進行燃燒提供熱量，需要引進空氣，存在一定的安全隱患，并且溫度控制方法復雜；整個制備周期達到72-120小時。

如果可以采用物理活化法制取生物質殼類活性炭，而不需要外部熱源及復雜的溫度控制方法，則降低生產成本的同時提高安全性，簡化生產工藝。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種成本低且吸附性能好的活性炭。

本發明的另一目的是提供一種成本低、溫度控制方法簡單、安全性高及無需外部熱源的活性炭制備方法。

為實現上述主要目的，本發明提供的活性炭，包括碳、二氧化硅；其中活性炭的自然堆積密度為0.1-0.3克/立方厘米。

由以上方案可見，由于該活性炭的自然堆積密度為0.1-0.3克/立方厘米，與現有的活性炭相比，其自然堆積密度低，適合一些對低密度有特殊要求的場合，便于運輸及利用。

一個具體的方案為，活性炭由生物質殼料作為原料制備而成。

由以上方案可見，其采用生物質殼料作為原料制備而成，可以保持原料的原有形狀，保持生物質原有的半橢球形且活性炭顆粒大小均勻，機械強度高且具有一定的彈性；堆積時自然形成許多縫隙而有利于流體的流通；單位質量表面積較高。

更具體方案為，活性炭由稻谷殼作為原料制備而成；二氧化硅占活性炭的重量百分比為32%-40%。