專利名稱：一種制備中孔豐富的高比表面積活性炭的方法
技術領域：
本發明涉及一種活性炭的制備方法，具體來說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：
常規活性炭應用于國民經濟的諸多領域，而高比表面積活性炭由于其性能遠遠高于常規活性炭而被專門應用于常規活性炭無法勝任的儲能領域，如H2、天然氣以及電荷的儲存等。但是當僅由微孔組成的高比表面積活性炭作為電荷儲存介質如作為電化學電容器的電極材料時，電解液無法快速進出活性炭的微孔，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石油焦進行活化，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孔劑進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，對后續應用不利。混合聚合物炭化法則僅適用于聚合物前驅體，對于諸如石油焦一類的原料來源有限制。近年來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行反應制備中孔活性炭，CN1053875C則將不同煤種按一定比例混合后來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。
發明內容
本發明的目的就是提供一種既具有高比表面積同時又富含中孔且不殘留任何金屬元素的活性炭的制備方法。
本發明的原理如下制備高比表面積的活性炭一般是采用化學活化法，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達的活性炭，且比表面積較小，為此本發明以KOH作為主活化劑以發展微孔，NaOH作為輔助活化劑以擴展中孔，同時KOH和NaOH還可形成低共融化合物，有利于對含炭前驅體的浸潤，這樣二者的共同使用可制得既具有高的比表面積同時又富含豐富的中孔的活性炭。
本發明按如下步驟完成①將含炭前驅體等破碎、篩分至2mm以下；②按照KOH與含炭前驅體的質量比為2∶1～6∶1，NaOH占KOH質量的10％～51％進行NaOH和KOH混合液的配制；③將①中的含炭前驅體與②中的KOH和NaOH的混合物按前述比例混合后，放入活化爐中，在惰性氣氛保護下從室溫升到550℃停留1～2小時后繼續升溫到800～900℃反應1～2小時，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。
其中含炭前驅體為石油焦、瀝青、瀝青焦、煤、果殼、農作物秸稈等。
本發明的優點如下①由于不使用含有金屬鹽的試劑為擴孔劑，減少甚至沒有對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，有利于對含炭前驅體的浸潤，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，并減輕對環境的污染；④采用腐蝕性較小的NaOH代替了一部分腐蝕性極強的KOH，對降低反應器的折舊具有顯著的效益。
具體實施例方式
實施例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，之后繼續升溫至850℃反應2小時，自然冷卻，取出混合物用水洗至中性，干燥后測得其比表面積為1550m2/g，中孔含量40％。
對比例1 除去不加NaOH外，其它同實施例1，所得活性炭的比表面積為1930m2/g，中孔含量8％。
實施例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，之后繼續升溫至800℃反應1小時，自然冷卻，取出混合物用水洗至中性，干燥后測得其比表面積為2850m2/g，中孔含量23％。
對比例2 除去不加NaOH外，其它同實施例2，所得活性炭的比表面積為3030m2/g，中孔含量11％。
實施例3 取粒度為0.5mm的無煙煤與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，之后繼續升溫至900℃反應1小時，自然冷卻，取出混合物用水洗至中性，干燥后測得其比表面積為3010m2/g，中孔含量31％。
對比例3 除去不加NaOH外，其它同實施例3，所得活性炭的比表面積為3410m2/g，中孔含量15％。
實施例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，之后繼續升溫至850℃反應2小時，自然冷卻，取出混合物用水洗至中性，干燥后測得其比表面積為2650m2/g，中孔含量20％。
對比例4 除去不加NaOH外，其它同實施例4，所得活性炭的比表面積為2930m2/g，中孔含量12％。
實施例5 取粒度為0.05mm的農作物秸稈炭化料與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，之后繼續升溫至830℃反應1小時，自然冷卻，取出混合物用水洗至中性，干燥后測得其比表面積為2400m2/g，中孔含量21％。
對比例5 除去不加NaOH外，其它同實施例5，所得活性炭的比表面積為2870m2/g，中孔含量13％。
權利要求
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將含炭前驅體等破碎、篩分至2mm以下；②按照NaOH占KOH質量10％～51％進行NaOH和KOH混合液的配制；③按照KOH與含炭前驅體的質量比為2∶1～6∶1準備含炭前驅體；④將準備好的含炭前驅體與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氣惰性氣氛保護下從室溫升到550℃停留1～2小時后繼續升溫到800～900℃反應1～2小時，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，其特征是含炭前驅體為石油焦、瀝青、瀝青焦、煤、果殼、農作物秸稈。
全文摘要
一種既具有高比表面積同時又富含中孔且不殘留任何金屬元素的活性炭的制備方法，其將含炭前驅體破碎、篩分至2mm以下；按照KOH與含炭前驅體的質量比為2∶1～6∶1，NaOH占KOH質量的10％～51％進行NaOH和KOH的配制；將篩分過的含炭前驅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，在惰性氣氛保護下從室溫升到550℃停留1～2小時后繼續升溫到800～900℃反應1～2小時，自然冷卻后取出混合物，用水洗至pH值為中性，干燥，即可。本發明減少甚至沒有對最終活性炭的金屬污染；同時KOH和NaOH的有利于對含炭前驅體的浸潤，可制得既具有高的比表面積同時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C01B31/08GK1927708SQ20061004156
公開日2007年3月14日 申請日期2006年9月15日 優先權日2006年9月15日
發明者李永昕, 薛冰 申請人:江蘇工業學院