專利名稱：一種制備中孔豐富的高比表面積活性炭的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種活性炭的制備方法，具體來(lái)說(shuō)是提供一種制備中孔豐富的高比表面積活性炭的方法。
背景技術(shù)：
常規(guī)活性炭應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的諸多領(lǐng)域，而高比表面積活性炭由于其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)活性炭而被專門(mén)應(yīng)用于常規(guī)活性炭無(wú)法勝任的儲(chǔ)能領(lǐng)域，如H2、天然氣以及電荷的儲(chǔ)存等。但是當(dāng)僅由微孔組成的高比表面積活性炭作為電荷儲(chǔ)存介質(zhì)如作為電化學(xué)電容器的電極材料時(shí)，電解液無(wú)法快速進(jìn)出活性炭的微孔，致使電容器的充放電效率和功率密度等受到影響，為此希望該活性炭在具有高比表面積的同時(shí)要含有較多量的中孔。此外，在用作飲用水凈化方面，也要求活性炭富含中孔。
目前，中孔活性炭的制備方法主要有催化活化法、混合聚合物炭化法、模板法等，其中催化活化法是目前應(yīng)用較多的方法，如CN1693189A采用在KOH溶液中添加金屬化合物的方法對(duì)石油焦進(jìn)行活化，制得了比表面積為2000-2900m2/g、中孔孔容為0.6-1.5mL/g的活性炭，CN1121978C也采用金屬鹽作為擴(kuò)孔劑進(jìn)行中孔活性炭的制備，但該法不可避免地殘留部分金屬元素，對(duì)后續(xù)應(yīng)用不利?；旌暇酆衔锾炕▌t僅適用于聚合物前驅(qū)體，對(duì)于諸如石油焦一類的原料來(lái)源有限制。近年來(lái)興起的模板法制備中孔炭則一方面所用原材料有限，另一方面需要尋找合適的模板劑，第三也不易制得比表面積高的活性炭，而其最大的困難就在于制備工藝的繁瑣和生產(chǎn)成本的高昂。此外，尚有一些別的方法，如CN1669919A采用H3PO4作為活化劑與煙桿進(jìn)行反應(yīng)制備中孔活性炭，CN1053875C則將不同煤種按一定比例混合后來(lái)制備富含中孔的活性炭，但上述方法均不易制得高比表面積的活性炭。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種既具有高比表面積同時(shí)又富含中孔且不殘留任何金屬元素的活性炭的制備方法。
本發(fā)明的原理如下制備高比表面積的活性炭一般是采用化學(xué)活化法，尤其是使用KOH作為活化劑，但該活化劑制得的活性炭主要以微孔為主，單純使用NaOH則主要制得中孔較發(fā)達(dá)的活性炭，且比表面積較小，為此本發(fā)明以KOH作為主活化劑以發(fā)展微孔，NaOH作為輔助活化劑以擴(kuò)展中孔，同時(shí)KOH和NaOH還可形成低共融化合物，有利于對(duì)含炭前驅(qū)體的浸潤(rùn)，這樣二者的共同使用可制得既具有高的比表面積同時(shí)又富含豐富的中孔的活性炭。
本發(fā)明按如下步驟完成①將含炭前驅(qū)體等破碎、篩分至2mm以下；②按照KOH與含炭前驅(qū)體的質(zhì)量比為2∶1～6∶1，NaOH占KOH質(zhì)量的10％～51％進(jìn)行NaOH和KOH混合液的配制；③將①中的含炭前驅(qū)體與②中的KOH和NaOH的混合物按前述比例混合后，放入活化爐中，在惰性氣氛保護(hù)下從室溫升到550℃停留1～2小時(shí)后繼續(xù)升溫到800～900℃反應(yīng)1～2小時(shí)，自然冷卻后取出混合物，用水洗至pH值為中性，干燥，即得富含中孔的高比表面積活性炭。
其中含炭前驅(qū)體為石油焦、瀝青、瀝青焦、煤、果殼、農(nóng)作物秸稈等。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下①由于不使用含有金屬鹽的試劑為擴(kuò)孔劑，減少甚至沒(méi)有對(duì)最終活性炭的金屬污染；②KOH和NaOH二者的相容性很好，在一定比例下能夠形成低共融化合物，有利于對(duì)含炭前驅(qū)體的浸潤(rùn)，避免了象別的專利需要制成溶液才能混合均勻的步驟；③反應(yīng)完成后粗活性炭上所含的堿很易回收，并被回配到原料中，可降低制備成本，并減輕對(duì)環(huán)境的污染；④采用腐蝕性較小的NaOH代替了一部分腐蝕性極強(qiáng)的KOH，對(duì)降低反應(yīng)器的折舊具有顯著的效益。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1 取粒度為0.1mm的石油焦與2倍重量的KOH混合，再加入占KOH重量51％的NaOH，充分混合均勻后，放入活化爐中，從室溫升到550℃下停留1小時(shí)，之后繼續(xù)升溫至850℃反應(yīng)2小時(shí)，自然冷卻，取出混合物用水洗至中性，干燥后測(cè)得其比表面積為1550m2/g，中孔含量40％。
對(duì)比例1 除去不加NaOH外，其它同實(shí)施例1，所得活性炭的比表面積為1930m2/g，中孔含量8％。
實(shí)施例2 取粒度為2mm的瀝青焦與6倍重量的KOH混合，再加入占KOH重量30％的NaOH，充分混合均勻后，放入活化爐中，從室溫升到550℃下停留2小時(shí)，之后繼續(xù)升溫至800℃反應(yīng)1小時(shí)，自然冷卻，取出混合物用水洗至中性，干燥后測(cè)得其比表面積為2850m2/g，中孔含量23％。
對(duì)比例2 除去不加NaOH外，其它同實(shí)施例2，所得活性炭的比表面積為3030m2/g，中孔含量11％。
實(shí)施例3 取粒度為0.5mm的無(wú)煙煤與5倍重量的KOH混合，再加入占KOH重量40％的NaOH，充分混合均勻后，放入活化爐中，從室溫升到550℃下停留1小時(shí)，之后繼續(xù)升溫至900℃反應(yīng)1小時(shí)，自然冷卻，取出混合物用水洗至中性，干燥后測(cè)得其比表面積為3010m2/g，中孔含量31％。
對(duì)比例3 除去不加NaOH外，其它同實(shí)施例3，所得活性炭的比表面積為3410m2/g，中孔含量15％。
實(shí)施例4 取粒度為0.2mm的核桃殼炭化料與4倍重量的KOH混合，再加入占KOH重量15％的NaOH，充分混合均勻后，放入活化爐中，從室溫升到550℃下停留2小時(shí)，之后繼續(xù)升溫至850℃反應(yīng)2小時(shí)，自然冷卻，取出混合物用水洗至中性，干燥后測(cè)得其比表面積為2650m2/g，中孔含量20％。
對(duì)比例4 除去不加NaOH外，其它同實(shí)施例4，所得活性炭的比表面積為2930m2/g，中孔含量12％。
實(shí)施例5 取粒度為0.05mm的農(nóng)作物秸稈炭化料與3倍重量的KOH混合，再加入占KOH重量20％的NaOH，充分混合均勻后，放入活化爐中，從室溫升到550℃下停留1小時(shí)，之后繼續(xù)升溫至830℃反應(yīng)1小時(shí)，自然冷卻，取出混合物用水洗至中性，干燥后測(cè)得其比表面積為2400m2/g，中孔含量21％。
對(duì)比例5 除去不加NaOH外，其它同實(shí)施例5，所得活性炭的比表面積為2870m2/g，中孔含量13％。
權(quán)利要求
1一種制備中孔豐富的高比表面積活性炭的方法，其特征如下①將含炭前驅(qū)體等破碎、篩分至2mm以下；②按照NaOH占KOH質(zhì)量10％～51％進(jìn)行NaOH和KOH混合液的配制；③按照KOH與含炭前驅(qū)體的質(zhì)量比為2∶1～6∶1準(zhǔn)備含炭前驅(qū)體；④將準(zhǔn)備好的含炭前驅(qū)體與KOH和NaOH的混合物按前述比例混合后，放入活化爐中，在N2或Ar氣惰性氣氛保護(hù)下從室溫升到550℃停留1～2小時(shí)后繼續(xù)升溫到800～900℃反應(yīng)1～2小時(shí)，自然冷卻后取出混合物，用水洗至pH值為中性，干燥，即得富含中孔的高比表面積活性炭。
2如權(quán)利要求1所述的一種制備中孔豐富的高比表面積活性炭的方法，其特征是含炭前驅(qū)體為石油焦、瀝青、瀝青焦、煤、果殼、農(nóng)作物秸稈。
全文摘要
一種既具有高比表面積同時(shí)又富含中孔且不殘留任何金屬元素的活性炭的制備方法，其將含炭前驅(qū)體破碎、篩分至2mm以下；按照KOH與含炭前驅(qū)體的質(zhì)量比為2∶1～6∶1，NaOH占KOH質(zhì)量的10％～51％進(jìn)行NaOH和KOH的配制；將篩分過(guò)的含炭前驅(qū)體與按比例配制好的的KOH和NaOH的混合物按前述比例混合后，放入活化爐中，在惰性氣氛保護(hù)下從室溫升到550℃停留1～2小時(shí)后繼續(xù)升溫到800～900℃反應(yīng)1～2小時(shí)，自然冷卻后取出混合物，用水洗至pH值為中性，干燥，即可。本發(fā)明減少甚至沒(méi)有對(duì)最終活性炭的金屬污染；同時(shí)KOH和NaOH的有利于對(duì)含炭前驅(qū)體的浸潤(rùn)，可制得既具有高的比表面積同時(shí)又富含豐富的中孔且不殘留任何金屬元素的活性炭。
文檔編號(hào)C01B31/08GK1927708SQ20061004156
公開(kāi)日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2006年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月15日
發(fā)明者李永昕, 薛冰 申請(qǐng)人:江蘇工業(yè)學(xué)院