專利名稱：低koh用量制備高比表面積復(fù)合孔結(jié)構(gòu)煤質(zhì)活性炭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種高效吸附劑活性炭的制備方法，尤其是一種以煤炭制備高比表面積復(fù)合孔結(jié)構(gòu)活性炭的方法。
背景技術(shù)：
活性炭是一種具有豐富孔隙結(jié)構(gòu)的炭材料，具有比表面積大、原料豐富、價格低廉等優(yōu)點。活性炭的發(fā)展應(yīng)用中先后有多種活化劑被用于活性炭的生產(chǎn)，被用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的活化劑主要有ZnCl2、H3PO4、水蒸氣、CO2、空氣等。目前生產(chǎn)活性炭常用的原料有木材、果殼、石油焦以及煤炭等。煤炭由于價格相對便宜并且易于獲得所以在活性炭產(chǎn)品中煤質(zhì)活性炭占活性炭產(chǎn)量的大部分，但以物理活化 法生產(chǎn)的煤質(zhì)活性炭比表面積低、灰分含量高，所以限制了其應(yīng)用領(lǐng)域，并且物理活化法的能耗高，設(shè)備投入大。1971年Wennerberg首先使用KOH為活化劑制得了高比表面積的活性炭，此方法成為美國、日本等國家生產(chǎn)高比表面積活性炭的主要方法(US3817874)。利用KOH制備高比表面積活性炭的原料通常為石油焦，制備過程中KOH與石油焦的質(zhì)量比通常為2-4，生產(chǎn)出的活性炭孔結(jié)構(gòu)以微孔為主。該方法存在的問題在于石油焦的價格相對較高，在生產(chǎn)過程中KOH的大量使用使得生產(chǎn)成本升高，同時會對生產(chǎn)設(shè)備造成嚴(yán)重的腐蝕，也會使洗滌時的用水量劇增，并且所得產(chǎn)品的孔結(jié)構(gòu)單一限定了其在一些領(lǐng)域中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要克服上述的缺陷，提出一種在較低堿性活化劑用量下以相對廉價的煤炭制備高比表面積活性炭的方法，由該方法制得的活性炭雜質(zhì)含量低，具有微孔-介孔復(fù)合孔結(jié)構(gòu)，吸附能力優(yōu)良且生產(chǎn)成本較低，產(chǎn)品的性價比較高。此外由于該方法可以減少堿性活化劑的用量，從而降低了生產(chǎn)過程中對設(shè)備的腐蝕。本發(fā)明以煤炭制備高比表面積活性炭的方法是按如下步驟進行
將塊狀原煤粉碎至100-200目；將堿性活化劑與煤粉按0. 6-1. 6的質(zhì)量比研磨混合均勻；反應(yīng)混合物在惰性氣氛中通過多段熱處理活化0. 5-2h ;活化后的混合物經(jīng)冷卻、洗滌、干燥后得到最終產(chǎn)物。本發(fā)明的方法與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點
I、以煤炭為原料制備的活性炭，BET比表面積為2000-2500 m2/g，Langmuir比表面積可以達到2200-3400m2/g，孔結(jié)構(gòu)為微孔-介孔復(fù)合孔結(jié)構(gòu)，且微孔、介孔比例可調(diào)。2、由于采用多段熱處理方式，該熱處理方式法可以控制活化劑的活性及存在形式，因此提高了活化劑的利用效率，從而大大降低了活化劑的消耗，降低了生產(chǎn)成本，減少了環(huán)境污染。3、所用原料煤無需進行復(fù)雜的預(yù)處理，在降低能耗的同時也節(jié)約了成本。在具體實施時煤種的選擇為腐殖煤，所述的堿性活化劑可以是氫氧化鉀(K0H)、氫氧化鈉(NaOH)或二者混合物，本方法所以活化法是活性炭制備領(lǐng)域中常用的工藝方法，活化設(shè)備可以是平爐也可以是轉(zhuǎn)爐，升溫速率要控制在4-12°C /min，活化溫度< 1200°C，本方法中所述洗滌，是指以先后以沸水，5-10%的稀鹽酸洗滌，最后水洗除酸。


圖I為實施例I所制得樣品的XRD圖；圖2為實施例I所制得樣品的吸脫附等溫線圖；圖3為實施例I所制得樣品的孔徑-孔容分布圖；圖4為實施例2所制得樣品的吸脫附等溫線圖；圖5為實施例2所制得樣品的孔徑-孔容分布圖。具體的實施方法
實施例I :將新疆硫磺溝煤樣進行破碎，篩分至150-200目，將篩分的煤樣與KOH按1:1.4的比例通過固相研磨混合均勻，在氮氣(N2)氣氛中進行炭化和活化(以6V Mn的升溫速率升至800°C，恒溫30min，再以5°C /min的升溫速率升至1000°C，恒溫30min)冷卻至室溫后取出活化產(chǎn)物，先以沸水洗滌，后用稀鹽酸洗滌最后水洗除酸，干燥后即可得到樣品，樣品的收率為30. 9%，樣品的BET比表面積為2532 m2/g，Langmuir比表面積可以達到3400m2/g，總孔容為I. 724cm3/g，微孔孔容為I. 152 cm3/g，孔結(jié)構(gòu)為微孔-介孔復(fù)合孔結(jié)構(gòu)，微孔所占比例較高。實施例2 :將新疆硫磺溝煤樣進行破碎，篩分至150-200目，將篩分的煤樣與KOH按1:0. 6的比例通過固相研磨混合均勻，在氮氣(N2)氣氛中進行炭化和活化(以6°C /min的升溫速率升至800°C，恒溫30min，再以5°C /min的升溫速率升至1100°C，恒溫30min)冷卻至室溫后取出活化產(chǎn)物，先以沸水洗滌，后用稀鹽酸洗滌最后水洗除酸，干燥后即可得到樣品，樣品的收率為37. 6%，樣品的BET比表面積為1579 m2/g，Langmuir比表面積為1866m2/g，孔容為0. 773cm3/g，介孔孔容為0. 449cm3/g，孔結(jié)構(gòu)為微孔-介孔復(fù)合孔結(jié)構(gòu)，介孔所占比例較高。
權(quán)利要求
1.一種由煤炭制備高比表面積活復(fù)合孔結(jié)構(gòu)性炭的方法，其特征是按如下步驟進行， 將塊狀原煤粉碎至100-200目；將堿性活化劑與煤粉按0. 6-1. 6的質(zhì)量比研磨混合均勻；反應(yīng)混合物在惰性氣氛中通過多段熱處理活化0. 5-2h ;活化后的混合物經(jīng)冷卻、洗滌、干燥后得到最終產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是所述的堿性活化劑可以是氫氧化鉀(KOH)或氫氧化鈉(NaOH)以及兩者混合物，混合方式為固相研磨混合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是所述的多段熱處理方式為前段溫度750-850°C，恒溫時間為15-120min，后段溫度1000-1200°C，恒溫時間為15_120min，升溫速率為 4-12°C /min。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是該方法中所述的洗滌是指先在沸水中浸泡，后用5-10%的稀鹽酸洗漆，最后水洗除酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是樣品的微孔、介孔的比例是由終溫進行調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明是一種由煤炭制備高比表面積復(fù)合孔結(jié)構(gòu)活性炭的方法。首先將煤炭破碎至100-200目，然后將煤粉與堿性活化劑通過研磨混合均勻，在惰性氣氛中通過多段控溫活化，洗滌，干燥后即可得到高比表面積具有微孔-介孔復(fù)合孔結(jié)構(gòu)的活性炭。以上述方法制備的高比表面積活性炭中非碳雜質(zhì)含量低，比表面積高，并且具有微孔-介孔復(fù)合孔結(jié)構(gòu)，吸附性能優(yōu)良。同時堿性活化劑的消耗量與現(xiàn)有技術(shù)相比大大減少，因此產(chǎn)品具有較高的性價比。
文檔編號C01B31/12GK102674346SQ201210179358
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者王魯香, 賈殿贈, 韓軍 申請人:新疆大學(xué)