[發明專利]一種中-微孔木質素基活性炭及其制備方法

在審

• 申請號: 202010912625.0
• 申請日: 2020-09-03
• 公開（公告）號: CN112225216A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 武書彬;劉雙;程皓;魏文光;張鳳山
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C01B32/348
• 分類號: C01B32/348;C01B32/324
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了一種中?微孔木質素基活性炭及其制備方法。該方法包括：在惰性氣氛下將木質素粉末炭化，得到碳化料；與活化劑固體共混后加入水中，混勻，靜置，干燥，得到固體混合物；在惰性氣氛下將固體混合物升溫進行活化處理，水洗，干燥，研磨，得到中?微孔木質素基活性炭。該活性炭展現出高的比表面積(1662～2852m²/g)和孔容(0.88～1.50m³/g)，豐富的中孔、微孔結構，且碳表面具有高的氧含量(8.34～14.27at％)，這些優異的性能可以使它廣泛地應用在環保、催化、電子等領域。本發明的制備方法可以通過碳化溫度、活化溫度、木質素與活化劑的質量比實現中?微孔木質素基活性炭的中孔和微孔的調控。

技術領域

本發明涉及多孔碳材料技術領域，具體涉及一種中-微孔木質素基活性炭及其制備方法。

背景技術

活性炭材料因為其高的比表面積、大的孔容、穩定的物理化學性能、低的成本等優異的性能而被廣泛地應用于催化劑、傳感器、電極材料、吸附劑等各個領域。根據生產原料的不同，活性炭可以被分為：生物質基活性炭(木屑活性炭、果殼活性炭等)、煤質基活性炭(褐煤基活性炭等)和其它原料活性炭(瀝青基活性炭、合成樹脂基活性炭等)。其中，生物質基活性炭因為生物質資源來源廣、易獲得、環境友好、價廉、可持續、儲量大等優點而被廣泛地開發和研究。生物質基活性炭的制備工藝主要有兩種：一種是物理活化法，一種是化學活化法。其中化學活化法又可以分為兩種方法，一種是將原料與活化劑混合后直接在高溫下活化，另一種是先將原料在相對低的溫度下進行炭化，炭化后與活化劑混合，然后再在高溫條件下進行活化，即為炭化-活化法，該方法得到的活性炭比表面積和微孔率更大，且得率更高。

木質素是地球上第二豐富的生物質資源，可從植物中獲得大約0.5～36億噸，這種豐富的來源以及低廉、芳香性、可生物降解性等特點使得木質素具有巨大的應用潛能。木質素包括從黑液中提取的堿木質素是制漿造紙工業的主要副產物，每年有大約7千萬噸的木質素被排放。然而僅僅有2％的木質素被應用于化學藥品或材料的替代材料，例如混凝土添加劑，分散劑或表面活性劑，大部分被當作低價值的燃料被燃燒。這不僅不利于生物質資源的高值化利用，而且會造成環境污染。因此，基于木質素高值化利用的不足，尋找一種將其轉化為高性能材料的方法具有重要的意義。在過去二十年里，木質素已經被認為是制備活性炭材料最具潛力的前驅體之一。近來，在申請公布號為CN108511204A的專利中公布了一種以木質素磺酸鈉為原料制備中空碳微球的方法，該方法制備的碳材料表現出良好的電化學性能，但是其比表面積不足1000m²/g，限制了它的應用；申請號為CN108715446A的專利以堿木質素為原料制備了一種高中孔率的木質素基活性炭，其表現出了優異的理化特性，但制備工藝復雜，不利于實現工業化。而且現有的木質素基活性炭制備技術主要以一步法為主，炭化-活化法的研究較少；制備的活性炭孔結構較單一，比表面積和孔容偏低。

發明內容

針對木質素制備活性炭材料存在的不足，本發明的目的在于提供一種以木質素為原料制備中-微孔活性炭的方法及中-微孔活性炭。

本發明的另一個目的在于提供一種采用炭化-活化的方法制備多級孔木質素基活性炭的方法。

本發明的目的至少通過如下技術方案之一實現。

本發明以減法制漿造紙廠排放的黑液或酸性紙漿廢液中直接獲得的木質素磺酸鈉、木質素磺酸鈣為原料。從黑液中提取工業堿木質素的方法為酸析沉淀法，具體步驟為：造紙黑液加入酸性溶液或酸性氣體，使黑液PH值為4-6，然后通過離心機分離、洗滌、干燥得到固體沉淀物。將所述固體沉淀物研成粉末，即得到工業堿木質素粉末。然后經過炭化、混合、活化、水洗等步驟得到了中-微孔木質素基活性炭。

本發明提供的一種中-微孔木質素基活性炭的制備方法的制備方法，包括如下步驟：

(1)于管式爐內，在惰性氣氛下將木質素粉末升溫進行炭化處理，自然冷卻至室溫取出，得到碳化料；