專利名稱：一種毫米級活性炭小球的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備活性炭小球的方法，尤其涉及一種聚丙烯腈為前軀體制備毫 米級活性炭小球的方法。
背景技術(shù)：
球形活性炭作為活性炭的品種之一，特殊的結(jié)構(gòu)與性能使被廣泛用在醫(yī)藥、能量 存儲、催化劑載體、氣體凈化等。目前，所制備球形活性炭，有納米級的(中國發(fā)明專利 CN101041429A)、微米級的(中國發(fā)明專利CN100556801C)、甚至毫米級的(中國發(fā)明專利 ZL85102191, CN1102427C, CN1075539C)。聚丙烯腈因具有高的炭化收率和可石墨化性能，是一種優(yōu)良的碳前驅(qū)體物質(zhì)。關(guān) 于聚丙烯腈基炭小球的制備中，主要是乳液聚合和懸浮聚合得到的聚丙烯睛小球在惰性 氣氛下高溫分解得到相應的炭小球。例如，ChuanbingTang等人(Angew. Chem. Int. Edi.， 2004，43 2783-2787.)、中國專利公開號CN101041429A和CN101219784A等報道了關(guān)于制備 聚丙烯腈基碳納米球的方法。而中國專利公開號CN100537618C報道了微米級聚丙烯腈顆 粒的制備。但是，至今未發(fā)現(xiàn)有關(guān)聚丙烯腈基毫米級炭小球的報道。發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種以聚丙烯腈為前軀體制備毫米級活性炭小球的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的制備方法包括如下步驟(1)將1-5質(zhì)量份的聚丙烯腈在10-50質(zhì)量份的二甲基亞砜(DMSO)中充分溶解；(2)將步驟(1)所得到的溶液逐漸轉(zhuǎn)移到擠液器中，保持擠液器底部的擠液板 與水浴液面之間的距離為10-20cm，控制擠液器中的液面始終保持相同的高度，其高度為 2-lOcm，將溶液滴入到50-70°C水浴中，得到球形聚丙烯腈基樹脂；(3)將步驟⑵所得到的球形聚丙烯腈樹脂，通過低溫氧化、炭化、水蒸氣活化過 程得到毫米級活性炭小球。如上所述的聚丙烯腈，可以是自制的聚丙烯腈、商業(yè)購買的聚丙烯腈、聚丙烯腈纖 維的廢絲、廢舊的聚丙烯腈塑料或橡膠等。如上所述的擠液器是由殼體和擠液板組成，擠液板上有小孔，殼體的上部有溶液 入口，擠液板的厚度為3-5mm，小孔直徑為1. 5_5mm，孔距為10_20mm。如上所述的控制擠液器中的液面始終保持2-lOcm相同的高度，是通過不斷補充 擠液器中的溶液來實現(xiàn)，其目的是為了保證成球條件一致。如上所述的低溫氧化、炭化、水蒸氣活化過程，其具體為空氣氣氛中以1_5°C / min的升溫速度升溫至200-300°C，保持l_5h，空氣改為氮氣，以1_5°C /min的升溫速度繼 續(xù)升溫至800-1000°C，保持l_3h后通入水蒸氣10-40min，在氮氣保護下自然冷卻至室溫。如上所述的二甲基亞砜為工業(yè)級的。
本發(fā)明制備的活性炭小球的粒徑為l_3mm。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(1)操作簡便，易于控制；(2)制備工藝簡單，適合大規(guī)模生產(chǎn)。(3)成本低，能耗低。(4)活性炭小球的粒徑為l_3mm。


圖1是本發(fā)明擠液器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，1是殼體，2是擠液板，3是小孔，4是溶液入口。
具體實施例方式下面詳細說明本發(fā)明并給出幾個實施例擠液板2上有小孔3，殼體1的上部有溶液入口 4，殼體1和擠液板2組成擠液器。實施例1將10g自制的丙烯腈充分溶解在100mL工業(yè)二甲基亞砜(DMS0)中。然后將所得 到的溶液逐漸轉(zhuǎn)移到擠液器中，控制擠液器中的液面高度為5cm。其中，擠液器底部為帶小 孔3的擠液板2，其厚度約為3mm，小孔直徑為2. 5mm,孔距為10mm。擠液器底部的擠液板2 與水浴液面之間的距離為10cm。溶液滴入到60°C水浴中，得到球形聚丙烯腈基樹脂。然后 裝入管式加熱爐中，以2°C/min的速率升溫到200°C，保持lh，然后在氮氣保護下，繼續(xù)升溫 至800°C，保持lh，接著通入水蒸氣進行活化30min，自然冷卻后得到毫米級活性炭小球，其 直徑約為1. 7mm。實施例2將10g自制的丙烯腈充分溶解在250mL工業(yè)二甲基亞砜(DMS0)中。然后將所得 到的溶液逐漸轉(zhuǎn)移到擠液器中，控制擠液器中的液面高度為2cm。其中，擠液器底部為帶小 孔3的擠液板2，其厚度約為3. 5mm,小孔直徑為2. 2mm,孔距為12mm。擠液器底部的擠液板 2與水浴液面之間的距離為15cm。溶液滴入到50°C水浴中，得到球形聚丙烯腈基樹脂。然 后裝入管式加熱爐中，以5°C /min的速率升溫到300°C，保持3h，然后在氮氣保護下，繼續(xù) 升溫至1000°C，保持2h，接著通入水蒸氣進行活化40min，自然冷卻后得到毫米級活性炭小 球，其直徑約為1.3mm。實施例3將10g商業(yè)化的聚丙烯腈充分溶解在500mL工業(yè)二甲基亞砜(DMS0)中。然后將 所得到的溶液逐漸轉(zhuǎn)移到擠液器中，控制擠液器中的液面高度為3cm。其中，擠液器底部為 帶小孔3的擠液板2，其厚度約為4mm，小孔直徑為1. 5mm,孔距為14mm。擠液器底部的擠液 板2與水浴液面之間的距離為20cm。溶液滴入到70°C水浴中，得到球形聚丙烯腈基樹脂。 然后裝入管式加熱爐中，以1°C /min的速率升溫到250°C，保持5h，然后在氮氣保護下，繼續(xù) 升溫至900°C，保持3h，接著通入水蒸氣進行活化20min，自然冷卻后得到毫米級活性炭小 球，其直徑約為1.0mm。實施例4
將20g商業(yè)化的聚丙烯腈纖維充分溶解在100mL工業(yè)二甲基亞砜(DMS0)中。然 后將所得到的溶液逐漸轉(zhuǎn)移到擠液器中，控制擠液器中的液面高度為4cm。其中，擠液器底 部為帶小孔3的擠液板2，其厚度約為4. 5mm,小孔直徑為3mm，孔距為16mm。擠液器底部的 擠液板2與水浴液面之間的距離為12cm。溶液滴入到55°C水浴中，得到球形聚丙烯腈基樹 脂。然后裝入管式加熱爐中，以3°C /min的速率升溫到210°C，保持2h，然后在氮氣保護下， 繼續(xù)升溫至850°C，保持1. 5h，接著通入水蒸氣進行活化lOmin，自然冷卻后得到毫米級活 性炭小球，其直徑約為1.8mm。實施例5將30g廢舊聚丙烯腈纖維充分溶解在lOOmL工業(yè)二甲基亞砜(DMS0)中。然后將 所得到的溶液逐漸轉(zhuǎn)移到擠液器中，控制擠液器中的液面高度為6cm。其中，擠液器底部為 帶小孔3的擠液板2，其厚度約為5mm，小孔直徑為3. 5mm,孔距為18mm。擠液器底部的擠液 板2與水浴液面之間的距離為13cm。溶液滴入到65°C水浴中，得到球形聚丙烯腈基樹脂。 然后裝入管式加熱爐中，以4°C /min的速率升溫到220°C，保持4h，然后在氮氣保護下，繼續(xù) 升溫至950°C，保持2. 5h，接著通入水蒸氣進行活化15min，自然冷卻后得到毫米級活性炭 小球，其直徑約為2. 2mm。實施例6將40g廢舊聚丙烯腈纖維充分溶解在lOOmL工業(yè)二甲基亞砜(DMS0)中。然后將 所得到的溶液逐漸轉(zhuǎn)移到擠液器中，控制擠液器中的液面高度為7cm。其中，擠液器底部為 帶小孔3的擠液板2，其厚度約為3. 2mm,小孔直徑為4. Omm,孔距為20mm。擠液器底部的擠 液板2與水浴液面之間的距離為14cm。溶液滴入到60°C水浴中，得到球形聚丙烯腈基樹 脂。然后裝入管式加熱爐中，以1. 5°C /min的速率升溫到230°C，保持1. 5h，然后在氮氣保 護下，繼續(xù)升溫至825°C，保持2h，接著通入水蒸氣進行活化25min，自然冷卻后得到毫米級 活性炭小球，其直徑約為2. 5mm。實施例7將50g廢舊聚丙烯腈塑料充分溶解在lOOmL工業(yè)二甲基亞砜(DMS0)中。然后將 所得到的溶液逐漸轉(zhuǎn)移到擠液器中，控制擠液器中的液面高度為8cm。其中，擠液器底部為 帶小孔3的擠液板2，其厚度約為3. 4mm,小孔直徑為4. 5mm,孔距為15mm。擠液器底部的擠 液板2與水浴液面之間的距離為16cm。溶液滴入到50°C水浴中，得到球形聚丙烯腈基樹 脂。然后裝入管式加熱爐中，以2. 5°C /min的速率升溫到240°C，保持2. 5h，然后在氮氣保 護下，繼續(xù)升溫至875°C，保持3h，接著通入水蒸氣進行活化35min，自然冷卻后得到毫米級 活性炭小球，其直徑約為2. 7mm。實施例8將50g廢舊聚丙烯腈塑料充分溶解在200mL工業(yè)二甲基亞砜(DMS0)中。然后將 所得到的溶液逐漸轉(zhuǎn)移到擠液器中，控制擠液器中的液面高度為9cm。其中，擠液器底部為 帶小孔3的擠液板2，其厚度約為3. 6mm,小孔直徑為5mm，孔距為13mm。擠液器底部的擠液 板2與水浴液面之間的距離為17cm。溶液滴入到70°C水浴中，得到球形聚丙烯腈基樹脂。 然后裝入管式加熱爐中，以3. 5°C /min的速率升溫到260°C，保持3. 5h，然后在氮氣保護下， 繼續(xù)升溫至825°C，保持2h，接著通入水蒸氣進行活化30min，自然冷卻后得到毫米級活性 炭小球，其直徑約為3. Omm。
實施例9將50g廢舊聚丙烯腈橡膠充分溶解在400mL工業(yè)二甲基亞砜(DMS0)中。然后將 所得到的溶液逐漸轉(zhuǎn)移到擠液器中，控制擠液器中的液面高度為10cm。其中，擠液器底部 為帶小孔3的擠液板2，其厚度約為4. 2mm，小孔直徑為3. 2mm，孔距為17mm。擠液器底部的 擠液板2與水浴液面之間的距離為18cm。溶液滴入到55°C水浴中，得到球形聚丙烯腈基樹 脂。然后裝入管式加熱爐中，以4. 5°C /min的速率升溫到270°C，保持4. 5h，然后在氮氣保 護下，繼續(xù)升溫至975°C，保持lh，接著通入水蒸氣進行活化40min，自然冷卻后得到毫米級 活性炭小球，其直徑約為1. 9mm。實施例10將50g廢舊聚丙烯腈橡膠充分溶解在500mL工業(yè)二甲基亞砜(DMS0)中。然后將所 得到的溶液逐漸轉(zhuǎn)移到擠液器中，控制擠液器中的液面高度為5cm。其中，擠液器底部為帶 小孔3的擠液板2，其厚度約為4. 8mm,小孔直徑為2. 7mm,孔距為15mm。擠液器底部的擠液 板2與水浴液面之間的距離為19cm。溶液滴入到65°C水浴中，得到球形聚丙烯腈基樹脂。 然后裝入管式加熱爐中，以2°C /min的速率升溫到280°C，保持3h，然后在氮氣保護下，繼續(xù) 升溫至900°C，保持2h，接著通入水蒸氣進行活化20min，自然冷卻后得到毫米級活性炭小 球，其直徑約為1.6mm。
權(quán)利要求
一種毫米級活性炭小球的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)將1 5質(zhì)量份的聚丙烯腈在10 50質(zhì)量份的二甲基亞砜(DMSO)中充分溶解；(2)將步驟(1)所得到的溶液逐漸轉(zhuǎn)移到擠液器中，保持擠液器底部的擠液板與水浴液面之間的距離為10 20cm，控制擠液器中的液面始終保持相同的高度，其高度為2 10cm，將溶液滴入到50 70℃水浴中，得到球形聚丙烯腈基樹脂；(3)將步驟(2)所得到的球形聚丙烯腈樹脂，通過低溫氧化、炭化、水蒸氣活化過程得到毫米級活性炭小球。
2.如權(quán)利要求1所述的一種毫米級活性炭小球的制備方法，其特征在于所述的聚丙烯 腈是自制的聚丙烯腈、商業(yè)購買的聚丙烯腈、聚丙烯腈纖維的廢絲、廢舊的聚丙烯腈塑料或 橡膠。
3.如權(quán)利要求1所述的一種毫米級活性炭小球的制備方法，其特征在于所述的低 溫氧化、炭化、水蒸氣活化過程，其具體為空氣氣氛中以1_5°C /min的升溫速度升溫至 200-3000C，保持l_5h，空氣改為氮氣，以1_5°C /min的升溫速度繼續(xù)升溫至800-1000°C，保 持l_3h后通入水蒸氣10-40min，在氮氣保護下自然冷卻至室溫。
4.如權(quán)利要求1所述的一種毫米級活性炭小球的制備方法，其特征在于所述的二甲基 亞砜為工業(yè)級的。
5.如權(quán)利要求1所述的一種毫米級活性炭小球的制備方法，其特征在于所述的擠液器是由殼體(1)和擠液板(2)組成，擠液板(2)上有小孔(3)，殼體(1)的上部有溶液入口 ⑷。
6.如權(quán)利要求5所述的一種毫米級活性炭小球的制備方法，其特征在于所述的擠液板(2)的厚度為3_5mm。
7.如權(quán)利要求5所述的一種毫米級活性炭小球的制備方法，其特征在于所述的小孔(3)直徑為1. 5-5mm，孔距為 10_20mm。
全文摘要
一種毫米級活性炭小球的制備方法是將1-5質(zhì)量份的聚丙烯腈在10-50質(zhì)量份的二甲基亞砜中充分溶解后逐漸轉(zhuǎn)移到擠液器中，保持擠液器底部的擠液板與水浴液面之間的距離為10-20cm，控制擠液器中的液面始終保持相同的高度，其高度為2-10cm，將溶液滴入到50-70℃水浴中，得到球形聚丙烯腈基樹脂；球形聚丙烯腈樹脂，通過低溫氧化、炭化、水蒸氣活化過程得到毫米級活性炭小球。本發(fā)明具有操作簡便，易于控制；制備工藝簡單，適合大規(guī)模生產(chǎn)，成本低，能耗低，活性炭小球的粒徑為1-3mm的優(yōu)點。
文檔編號C01B31/10GK101983918SQ201010564568
公開日2011年3月9日 申請日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者李開喜, 李艷秋 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所