專利名稱：吸附儲存甲烷的活性炭的制備方法
技術領域：
本發明屬于一種活性炭的制備方法，具體涉及一種以石油焦或瀝青焦為原料制備吸附儲存甲烷的高比表面積活性炭的方法。
天然氣作為一種資源豐富、低污染的代用汽車燃料，正日益受到汽車行業的普遍重視。然而與汽油相比，天然氣的能量密度(每體積燃料的燃燒熱)比較低，為了解決這一問題，人們研究出了壓縮天然氣(CNG)技術，并已經應用于汽車行業。但是由于高壓(＞20MPa)所帶來的安全和經濟問題限制了其廣泛的應用和發展。相比之下，吸附天然氣技術(ANG)能在相對較低的壓力下(3-4MPa)將天然氣充入裝有吸附劑的輕型容器內，利用吸附技術來儲存天然氣，從而有望在汽車行業的發展中得到應用。選擇合適的具有高甲烷吸附容量以及吸脫附速度的吸附劑是吸附天然氣技術走向實際大規模應用最關鍵的一步。在一般的吸附劑中，活性炭對甲烷的吸附容量最大(Parkyns ND，Quinn D F.Porosity in Carbons，ed.Patrick J W.Edward Arnold，London，1995，PP，302)，然而目前已商品化的普通粒狀活性炭由于比表面積太低(1200m2/g左右)，孔分布太寬，在常溫、3.4MPa下吸附儲存甲烷的量只相當于20MPa下壓縮儲存甲烷量的二分之一(Quinn D F，Macdonald J A.Carbon，1992，30(7)1097。在常溫3-4MPa下，甲烷的吸附主要是發生在微孔，并且隨著活性炭比表面積的增大，對甲烷的吸附量也呈增大的趨勢。用KOH活化法制得的高比表面積活性炭大多為粉末狀，裝填密度比較小，在常溫3.5MPa下對甲烷的質量吸附量雖然較大，換算為標準狀態下的體積吸附量為122V/V左右，相對較小，不能滿足實際應用的要求。
本發明的目的在于提供一種甲烷體積吸附容量高的活性炭的制備方法。
本發明的制備方法包括如下步驟(1)將石油焦或瀝青焦磨碎至180-40μm，干燥后與KOH(重量比)以1∶(1-6)的比例浸漬混合，然后于氮氣保護下，在700-1000℃下活化0.5-2.0hr制得粉狀的高比表面積活性炭；(2)將上述方法制得的粉狀活性炭與粘結劑(重量比)按1∶(0.30-0.60)的比例混合均勻，在20-130℃、50-320MPa壓力下壓制成型，得到塊狀炭；(3)將塊狀活性炭在氮氣的保護下以0.5-5.0℃/min的升溫速率升至700-1000℃炭化處理0.5-2小時；
(4)將炭化后的塊狀炭，在700-1000℃下，用活化劑進行活化0.5-2.0小時，可制得成型的高比表面積活性炭。
所述的粘結劑是瀝青、煤焦油、樹脂。
所述的活化劑是水蒸氣、二氧化碳。
本發明具有如下優點1.本發明制備的成型活性炭BET比表面積為1916-2700m2/g。
2.利用添加粘結劑的方法成型，提高了活性炭的裝填密度，從而提高了活性炭對于甲烷的體積吸附量，在3.5MPa下對甲烷的體積吸附量可達到170V/V，5.5MPa下的甲烷體積吸附量可達到240V/V。
本發明的實施例如下對比例取40克石油焦，與160克KOH浸漬混合，在800℃下活化1.5hr，制得粉狀高比表面積活性炭，這種粉狀活性炭在26℃、3.5MPa下對于甲烷的質量吸附量為0.35g/g，換算為標準狀態下的體積吸附量為122V/V；5.5MPa下對甲烷的體積吸附量為158V/V。
實施例1按對比例中的方法制得粉狀高比面積活性炭；取此種粉狀炭3克，加入1.9克中溫瀝青，在80℃，160MPa壓力下壓制成型，然后在氮氣保護下于800℃炭化1小時，再于800℃下水蒸氣活化1.5小時，制得高比表面積活性型炭，其BET比表面積為2308m2/g。此種型炭在26℃，3.5MPa下對于甲烷的體積吸附量為170V/V；5.5MPa下對于甲烷的體積吸附量為240V/V。
實施例2按對比例中的方法制得高比表面積粉狀活性炭；取此種粉狀炭3克，與1.8克中溫瀝青混合均勻，在80℃、160MPa壓力下壓制成型，然后在惰性氣體保護下于800℃炭化1.0小時，再在800℃下二氧化碳活化1.0小時，制得高比表面積活性型炭，其BET比表面積為2053m2/g。此種型炭在26℃、3.5MPa下對于甲烷的吸附量為160V/V；5.5MPa下對于甲烷的體積吸附量為218V/V。
實施例3按對比例中的方法制得高比表面積粉狀活性炭；取此種粉狀活性炭2克，與3克煤焦油混合均勻，在25℃、100MPa壓力下壓制成型，然后在氮氣保護下于800℃炭化1.0小時，再在900℃下水蒸氣活化0.5hr，制得高比表面積型炭，其BET比表面積為2700m2/g。此種型炭在26℃、3.5MPa下對于甲烷的吸附量為146V/V；5.5MPa下對于甲烷的吸附量為202V/V。
實施例4按對比例中的方法制得高比表面積粉狀活性炭；取此種粉狀炭3克，與1.3克酚醛樹脂混合均勻，在120℃、50MPa壓下下壓制成型。在氮氣保護下于800℃炭化1.0小時，然后再于800℃下水蒸氣活化1.0小時，得到高比表面積型炭，其BET比表面積為2200m2/g。此種型炭在26℃、3.5MPa下對甲烷的體積吸附量為148V/V；5.5MPa下對甲烷的體積吸附量為191V/V。
實施例5按對比例中的方法制得高比表面積粉狀活性炭；取此種粉狀炭3克，與1.9克中溫瀝青混合均勻，在83℃，320MPa壓力下壓制成型。在氮氣保護下于800℃炭化1.0小時，然后再于800℃下水蒸氣活化1.0小時，得到高比表面積型炭，其BET比表面積為2016m2/g。此種型炭在26℃、3.5MPa下對甲烷的體積吸附量為154V/V；5.5MP下以甲烷的體積吸附量為215V/V。
實施例6取30克瀝青焦，與120克KOH浸漬混合，于800℃下活化1.5小時，制得粉狀高比表面積活性炭；取此種粉狀炭4克，加入中溫瀝青2.67克，在86℃、160MPa壓力下壓制成型，然后在惰性氣體保護下于800℃炭化1小時，再于800℃水蒸氣活化1.0小時，制得型炭，其BET比表面積為1916m2/g。此種型炭在26℃、3.5MPa下對甲烷的體積吸附量為142V/V；5.5MPa下對甲烷的體積吸附量為196V/V。
權利要求
1.一種吸附儲存甲烷的活性炭的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)將石油焦或瀝青焦磨碎至180-40μm，干燥后與KOH(重量比)以1∶(1-6)的比例浸漬混合，然后于氮氣保護下，在700-1000℃下活化0.5-2.0hr制得粉狀的高比表面積活性炭；(2)將上述方法制得的粉狀活性炭與粘結劑(重量比)按1∶(0.30-0.60)的比例混合均勻，在20-130℃、50-320MPa壓力下壓制成型，得到塊狀炭；(3)將塊狀炭在氮氣的保護下以0.5-5.0℃/min的升溫速率升至700-1000℃炭化處理0.5-2小時；(4)將炭化后的塊狀炭，在700-1000℃下，用活化劑進行活化0.5-2.0小時，可制得成型的高比表面積活性炭。
2.如權利要求1所述的一種吸附儲存甲烷的活性炭的制備方法，其特征在于所述的粘結劑是瀝青、煤焦油、樹脂。
3.如權利要求1所述的一種吸附儲存甲烷的活性炭的制備方法，其特征在于所述的活化劑是水蒸氣、二氧化碳。
全文摘要
一種吸附儲存甲烷的活性炭的制備方法,該方法是以石油焦或瀝青焦為原料,KOH為活化劑制得高比表面積粉狀的活性炭,然后將粉狀活性炭與粘結劑以1∶0.30—0.60的比例混合,在20—130℃、50—320MPa壓力下壓制成型,于700—1000℃炭化,再利用水蒸氣或二氧化碳在700—1000℃下活化處理,制得成型高比表面積活性炭。該方法制得的型炭在26℃、3.5MPa下對于甲烷的體積吸附量達到140—170V/V,5.5MPa下對甲烷的體積吸附量為190—240V/V。該型炭具有制備方法簡單,對甲烷體積吸附量大等優點,為將來大規模應用提供了良好的前景。
文檔編號C01B31/12GK1258638SQ9812646
公開日2000年7月5日 申請日期1998年12月25日 優先權日1998年12月25日
發明者凌立成, 劉海燕, 劉朗, 呂春祥, 朱星明 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所