專利名稱：：一種活性炭微球及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：[有益效果]本發(fā)明的樣品不但具有高的比表面積和中孔含量，而且具有良好的吸附能力；該發(fā)明的制備工藝簡單，易行，環(huán)保，不會產(chǎn)生有毒，有害的物質(zhì)和氣體，且成本低；可應(yīng)用在儲能材料和超級電容器的電極材料。圖1是活化前活性碳微球的掃描電子顯微鏡照片圖2是活化后活性碳微球的掃描電子顯微鏡照片具體實(shí)施方式實(shí)施例1:本發(fā)明的活性碳微球的制備方法。制備步驟如下A、使用南京大學(xué)儀器廠生產(chǎn)的QM-1SP行星式球磨機(jī)粉碎設(shè)備將符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2290-94的煤瀝青粉碎到200目，稱取粉碎煤瀝青100克，往所述煤瀝青添加18克納米氧化鋯陶瓷粉添加劑，用玻棒攪拌混合均勻后裝入鼓風(fēng)干燥箱中，在空氣中在溫度35(TC下進(jìn)行預(yù)氧化1.8小時(shí)，然后在氮?dú)鈿夥障?，在溫?8(TC下保持恒溫1.2小時(shí)，再自然冷卻到室溫，得到109.8克預(yù)氧化產(chǎn)物，使用HitachiS-4700掃描電子顯微鏡觀測結(jié)果列于圖1，該圖顯示這種預(yù)氧化產(chǎn)物基本為球形。B、讓步驟A)得到的產(chǎn)物與以所述產(chǎn)物重量計(jì)500重量％氫氧化鈉活化劑混合，然后在豎式活化爐中在氮?dú)鈿怏w保護(hù)下加熱到82(TC，再在這個(gè)溫度下保持1.0小時(shí)，得到一種活化產(chǎn)物，使用HitachiS-4700掃描電子顯微鏡觀測結(jié)果列于圖2，該圖顯示這種活化產(chǎn)物基本為橢球形。C、步驟B得到的活化產(chǎn)物使用蒸餾水進(jìn)行清洗兩次，然后在真空干燥箱在-0.lPMa與溫度85t:下進(jìn)行干燥，這樣制得本發(fā)明的活性碳微球材料。本實(shí)施例得到的活性碳微球材料使用在本申請說明書中描述的設(shè)備和儀器進(jìn)行了分析，其分析結(jié)果列于表1中。實(shí)施例2:本發(fā)明的活性碳微球的制備方法。按照與實(shí)施例1的同樣方式實(shí)施，不同之處在于只是使用納米碳化鈦陶瓷粉添加劑。本實(shí)施例得到的活性碳微球材料也使用在本申請說明書中描述的設(shè)備和儀器進(jìn)行了分析，其分析結(jié)果列于表1中。實(shí)施例3:本發(fā)明的活性碳微球的制備方法。按照與實(shí)施例1的同樣方式實(shí)施，不同之處在于只是使用納米氮化硅陶瓷粉添加劑。本實(shí)施例得到的活性碳微球材料也使用在本申請說明書中描述的設(shè)備和儀器進(jìn)行了分析，其分析結(jié)果列于表1中。實(shí)施例4:本發(fā)明的活性碳微球的制備方法。按照與實(shí)施例1的同樣方式實(shí)施，不同之處在于只是使用納米碳化鋯陶瓷粉添加劑。本實(shí)施例得到的活性碳微球材料也使用在本申請說明書中描述的設(shè)備和儀器進(jìn)行了分析，其分析結(jié)果列于表1中。實(shí)施例5:本發(fā)明的活性碳微球的制備方法。按照與實(shí)施例1的同樣方式實(shí)施，不同之處在于只是使用碳酸鈣碳酸鹽添加劑。本實(shí)施例得到的活性碳微球材料也使用在本申請說明書中描述的設(shè)備和儀器進(jìn)行了分析，其分析結(jié)果列于表1中。實(shí)施例6:本發(fā)明的活性碳微球的制備方法。按照與實(shí)施例1的同樣方式實(shí)施，不同之處在于只是使用二氧化硅添加劑。本實(shí)施例得到的活性碳微球材料也使用在本申請說明書中描述的設(shè)備和儀器進(jìn)行了分析，其分析結(jié)果列于表1中。實(shí)施例7:本發(fā)明的活性碳微球的制備方法。按照與實(shí)施例1的同樣方式實(shí)施，不同之處在于只是使用氧化鎂添加劑。本實(shí)施例得到的活性碳微球材料也使用在本申請說明書中描述的設(shè)備和儀器進(jìn)行了分析，其分析結(jié)果列于表1中。實(shí)施例8:本發(fā)明的活性碳微球的制備方法。按照與實(shí)施例1的同樣方式實(shí)施，不同之處在于只是使用氧化亞鐵添加劑。本實(shí)施例得到的活性碳微球材料也使用在本申請說明書中描述的設(shè)備和儀器進(jìn)行了分析，其分析結(jié)果列于表1中。對比實(shí)施例1按照與實(shí)施例1的同樣方式實(shí)施，不同之處在于不使用任何添加劑。本實(shí)施例得到的活性碳微球材料也使用在本申請說明書中描述的設(shè)備和儀器進(jìn)行了分析，其分析結(jié)果列于表1中。表l實(shí)施例序號直徑runBET比表面積m2/g總孔孔容m3/g中孔孔容m3/g平均孔徑咖N2體積吸附值(cm3/g)12526682.611.823.92169122029863.182.254.63205833534142.021.032.36130444033312.271.312.7214669<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>由表1可以看出添加添加劑使樣品的BET，孔容，中孔孔容，平均孔徑等均有明顯提高。添加劑的不同，樣品的性能也有所不同。根據(jù)需求的不同，可選擇不同的添加劑。實(shí)施例9:本發(fā)明的活性碳微球的制備方法。制備步驟如下A、使用南京大學(xué)儀器廠生產(chǎn)的QM-1SP行星式球磨機(jī)粉碎設(shè)備將符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2290-94的煤瀝青粉碎到200目，稱取粉碎煤瀝青100克，往所述煤瀝青添加14克氧化鎂添加劑，用玻棒攪拌混合均勻后裝入鼓風(fēng)烘箱設(shè)備中，在空氣中在溫度36(TC下進(jìn)行預(yù)氧化1.5小時(shí)，然后在氬氣氣氛下，在溫度52(TC下保持恒溫1.6小時(shí)，再自然冷卻到室溫，得到109.6克預(yù)氧化產(chǎn)物。B、讓步驟A)得到的產(chǎn)物與以所述產(chǎn)物重量計(jì)600重量％氫氧化鈉活化劑混合，然后在豎式活化爐中在氮?dú)鈿怏w保護(hù)下加熱到80(TC，再在這個(gè)溫度下保持1.2小時(shí)，得到一種活化產(chǎn)物；C、步驟B得到的活化產(chǎn)物使用無水乙醇進(jìn)行清洗兩次，然后在真空干燥箱在-0.lPMa與溫度85t:下進(jìn)行干燥，這樣制得本發(fā)明的活性碳微球材料。本實(shí)施例得到的活性碳微球材料使用在本申請說明書中描述的設(shè)備和儀器進(jìn)行了分析，其分析結(jié)果列于表2中。實(shí)施例10:本發(fā)明的活性碳微球的制備方法。制備步驟如下A、使用南京大學(xué)儀器廠生產(chǎn)的QM-1SP行星式球磨機(jī)粉碎設(shè)備將符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2290-94的煤瀝青粉碎到300目，稱取粉碎煤瀝青100克，往所述煤瀝青添加20克氧化鎂添加劑，用玻棒攪拌混合均勻后裝入鼓風(fēng)干燥箱設(shè)備中，在空氣中在溫度32(TC下進(jìn)行預(yù)氧化2.5小時(shí)，然后在氬氣氣氛下，在溫度55(TC下保持恒溫1.8小時(shí)，再自然冷卻到室溫，得到109.8克預(yù)氧化產(chǎn)物。B、讓步驟A)得到的產(chǎn)物與以所述產(chǎn)物重量計(jì)500重量％氫氧化鈉活化劑混合，然后在豎式活化爐中在氮?dú)鈿怏w保護(hù)下加熱到85(TC，再在這個(gè)溫度下保持0.8小時(shí)，得到一種活化產(chǎn)物；C、步驟B得到的活化產(chǎn)物使用無水乙醇進(jìn)行清洗兩次，然后在真空干燥箱在-0.lPMa與溫度85t:下進(jìn)行干燥，這樣制得本發(fā)明的活性碳微球材料。本實(shí)施例得到的活性碳微球材料使用在本申請說明書中描述的設(shè)備和儀器進(jìn)行了分析，其分析結(jié)果列于表2中。實(shí)施例11:本發(fā)明的活性碳微球的制備方法。制備步驟如下A、使用南京大學(xué)儀器廠生產(chǎn)的QM-1SP行星式球磨機(jī)粉碎設(shè)備將符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2290-94的煤瀝青粉碎到400目，稱取粉碎煤瀝青100克，往所述煤瀝青添加30克氧化鎂添加劑，用玻棒攪拌混合均勻后裝入鼓風(fēng)干燥箱設(shè)備中，在空氣中在溫度40(TC下進(jìn)行預(yù)氧化1.0小時(shí)，然后在氬氣氣氛下，在溫度60(TC下保持恒溫0.8小時(shí)，再自然冷卻到室溫，得到109.5克預(yù)氧化產(chǎn)物。B、讓步驟A)得到的產(chǎn)物與以所述產(chǎn)物重量計(jì)700重量％氫氧化鈉活化劑混合，然后在豎式活化爐中在氮?dú)鈿怏w保護(hù)下加熱到75(TC，再在這個(gè)溫度下保持1.5小時(shí)，得到一種活化產(chǎn)物；C、步驟B得到的活化產(chǎn)物使用無水乙醇進(jìn)行清洗兩次，然后在真空干燥箱在-0.lPMa與溫度85t:下進(jìn)行干燥，這樣制得本發(fā)明的活性碳微球材料。本實(shí)施例得到的活性碳微球材料使用在本申請說明書中描述的設(shè)備和儀器進(jìn)行了分析，其分析結(jié)果列于表2中。實(shí)施例12:本發(fā)明的活性碳微球的制備方法。制備步驟如下A、使用南京大學(xué)儀器廠生產(chǎn)的QM-1SP行星式球磨機(jī)粉碎設(shè)備將符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2290-94的煤瀝青粉碎到250目，稱取粉碎煤瀝青100克，往所述煤瀝青添加10克氧化鎂添加劑，用玻棒攪拌混合均勻后裝入鼓風(fēng)干燥箱設(shè)備中，在空氣中在溫度30(TC下進(jìn)行預(yù)氧化3.0小時(shí)，然后在氬氣氣氛下，在溫度40(TC下保持恒溫2.0小時(shí)，再自然冷卻到室溫，得到109.8克預(yù)氧化產(chǎn)物。B、讓步驟A)得到的產(chǎn)物與以所述產(chǎn)物重量計(jì)800重量％氫氧化鈉活化劑混合，然后在豎式活化爐中在氮?dú)鈿怏w保護(hù)下加熱到90(TC，再在這個(gè)溫度下保持0.5小時(shí)，得到一種活化產(chǎn)物；C、步驟B得到的活化產(chǎn)物使用乙醚進(jìn)行清洗兩次，然后在真空干燥箱在-0.lPMa與溫度85t:下進(jìn)行干燥，這樣制得本發(fā)明的活性碳微球材料。本實(shí)施例得到的活性碳微球材料使用在本申請說明書中描述的設(shè)備和儀器進(jìn)行了分析，其分析結(jié)果列于表2中。對比實(shí)施例2:按照與實(shí)施例8的同樣方式實(shí)施，不同之處在于不使用任何添加劑。本實(shí)施例得到的活性碳微球材料也使用在本申請說明書中描述的設(shè)備和儀器進(jìn)行了分析，其分析結(jié)果列于表2中。表211<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>由表2可以看出添加添加劑使樣品各方面性能得到提升，不同的活化溫度和活化時(shí)間，對樣品各方面的性能均有影響。因此，選取合適的添加劑和適當(dāng)?shù)幕罨瘲l件是本發(fā)明的關(guān)鍵。權(quán)利要求一種活性碳微球，其特征在于該活性碳微球是由含有以所述活性碳微球總重量計(jì)的90.0重量％以上無定形碳基材料組成的碳微球，它的直徑是10-40nm，BET比表面積是2500-3600m2/g，總孔孔容2.5-3.2cm3/g，中孔孔容1.6-2.2cm3/g，平均孔徑2.8-3.1nm。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述活性碳微球，其特征在于該活性碳微球是含有以所述活性碳微球總重量計(jì)的93.0重量％以上無定形碳基材料，它的直徑是15-35nm，BET比表面積是2600-3500m2/g，總孔孔容2.6-3.0cm3/g，中孔孔容1.8-2.OcmVg，平均孔徑2.8-3.Onm。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述活性碳微球的制備方法，其特征在于該方法的步驟如下A、按照煤瀝青重量計(jì)，往所述煤瀝青添加10-30重量％選自納米陶瓷粉、金屬氧化物、二氧化硅或碳酸鹽的添加劑，混合均勻后在空氣中在溫度300-40(TC下進(jìn)行預(yù)氧化1.0-3.0小時(shí)，然后在惰性氣氛下，在溫度400-60(TC下保持恒溫0.8-2.0小時(shí)，B、讓步驟A)得到的產(chǎn)物與以所述產(chǎn)物重量計(jì)300-900重量％強(qiáng)堿性化合物活化劑混合，然后在活化爐中在惰性氣體保護(hù)下加熱到750°C_9001:，再在這個(gè)溫度下保持0.5-1.5小時(shí)，得到一種活化產(chǎn)物；C、步驟B得到的活化產(chǎn)物使用清潔劑進(jìn)行清洗，然后進(jìn)行干燥，這樣可以制得所述的活性碳微球材料。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述的煤瀝青粒度是20-60目。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述的納米陶瓷粉是一種或多種選自納米氧化鋯、氮化硅晶須、納米碳化硅、納米碳化鈦、納米氧化釔、納米氮化硅、納米氮化鈦、納米氮化鋁或納米碳化鋯的納米陶瓷粉。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述的金屬氧化物是一種或多種選自氧化鋁、氧化鎂、氧化鐵、氧化亞鐵或氧化鋯的金屬氧化物。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述的碳酸鹽是一種或多種選自碳酸鈣、碳酸鈉、碳酸鎂、碳酸鉀、碳酸氫鈣、碳酸氫鈉、碳酸氫鎂或碳酸氫鉀的碳酸鹽。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述的惰性氣氛是氮?dú)狻鍤饣虻獨(dú)馀c氬氣混合物的惰性氣氛。9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述的活化劑是一種或多種選自KOH、NaOH、LiOH、KOH/NaOH、KOH/LiOH或NaOH/LiOH混合物的活化劑。10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述的清潔劑是一種或多種選自蒸餾水、乙醇、丙酮或乙醚的清潔劑。全文摘要本發(fā)明涉及一種活性炭微球及其制備方法。本發(fā)明活性炭微球的直徑是10-40nm，BET比表面積是2500-3600m2/g，總孔孔容2.5-3.2cm3/g，中孔孔容1.6-2.2cm3/g，平均孔徑2.8-3.1nm。本發(fā)明活性炭微球制備方法是煤瀝青與添加劑的混合物先進(jìn)行預(yù)氧化，然后使用強(qiáng)堿性化合物活劑進(jìn)行活化，再用清潔劑清洗，最后進(jìn)行干燥得到所述的活性炭微球。文檔編號B01J13/02GK101717085SQ200910241779公開日2010年6月2日申請日期2009年12月7日優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日發(fā)明者豐震河,薛銳生,邵曉紅申請人:北京化工大學(xué)