[发明专利]调节活性炭孔结构的方法

说明书

技术领域

本发明属于活性炭的制备、改性及催化应用领域。具体地说是涉及一种在化学活化法制备活性炭过程中，通过碳化前控制添加载体的类型和用量、或碳化后选用不同的洗涤液来控制活性炭孔结构的方法。

背景技术

活性炭是一种黑色粉末状或颗粒状的无定形多孔炭材料，常用作吸附剂、脱色剂、干燥剂和催化剂等，广泛应用于化工、食品和环保领域。目前，制备活性炭的常见方法主要分为以下两种：

1.物理活化法。该法特征在于将碳源在高温下热解或碳化后，经二氧化碳、水蒸气或二者的组合作为活化剂活化得到的半焦，通过将部分高反应性的碳原子气化进而形成孔状活性炭(Kovacik et al.Fuel Process Technol 1995；41：89-99.和Wigmans T.Carbon 1989；27：13-22.)。

2.化学活化法。该方法通常先用化学试剂将碳源浸渍后，再进行热解或碳化。然后将化学试剂洗涤掉，即可得到多孔结构的活性炭。常用的活化剂有磷酸、氢氧化钾和氯化锌等(Vilaplana-Ortego et al.Carbon 2009；47：2112-43.和Qian et al.Bioresource Technol 2007；98：353-60.)，常见的洗涤方式为先盐酸洗再水洗(et al.Appl Surf Sci 2004；238：347-54.，Wu et al.J Environ Manage 2010；91：1097-102.和Pietrzak et al.Energ Fuel 2006；20：1275-80.)。

与物理活化法相比，化学活化法通常所需的温度较低，而且需要时间短，得到的活性炭比表面积大、收率高(Caturla et al.Carbon 1991；29：999-1007.)。所以化学活化法得到更多的关注。

然而，在活性炭的具体应用中，通常需要其具有一定的表面和结构特征以及较高的催化活性，而这些性质与其孔形状及其分布密切相关(Lozano-Castellóetal.Carbon 2001；39：741-9.)。因此，有必要对活性炭的孔结构进行调节和控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简单、高效的方法来调节活性炭的孔结构特征。

为达到上述目的，本发明提供一种调节活性炭孔结构的方法，具体步骤为：常温常压下，将一定粒度的碳源原料、活化剂和载体在去离子水中混合，再向混合液中加入乙醇，搅拌均匀；将上述混合液经蒸干、碳化、洗涤液清洗、干燥即可；

所述碳源原料、活化剂和载体质量比为3～10∶1～12∶1～5，去离子水的用量为碳源质量的5～10倍，乙醇加入量为去离子水质量的1％～10％；

所述碳源原料为煤、煤渣、煤液化残渣、煤焦、沥青、石油焦、各果壳、木质素中的一种或几种的组合；

所述活化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、氢氧化镁、氢氧化钙中的一种或几种的组合；

所述载体为二氧化硅、分子筛、氧化铝、氧化镁、氧化钙、活性炭、二氧化钛、二氧化锆、泡沫陶瓷、稀土金属氧化物和复合氧化物中的一种或几种的组合；优选二氧化硅、分子筛或活性炭。

所述洗涤液为水或氢氟酸、盐酸、硫酸、硝酸、磷酸等常见的酸试剂；或者以上任何几种试剂的组合；优选水、氢氟酸、盐酸中的一种或几种的组合，所述酸的浓度为5mol/L。

本发明所述的蒸干、碳化、清洗、干燥等操作步骤均为化学活化法制备活性炭的常规操作，为本领域技术人员所熟知。

通常情况下，碳化条件为：由室温开始以2℃/min左右的加热速率升温至400℃左右，然后以1℃/min左右的加热速率升至600℃左右，停留约90min后再以2℃/min左右的加热速率升至900℃，停留2h后，冷却至50℃以下即得到产品。整个过程在惰性气氛(氮气、氩气或者氦气)下进行。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，以传统的化学活化法为基础，通过在化学活化法制备活性炭过程中，添加一定物质与活化剂发生反应形成可溶性盐做模板，经碳化、洗涤后形成一定孔径分布的孔结构。具体来说，控制碳化前添加载体的种类和用量、或者碳化后选用不同的洗涤液实现活性炭的孔结构的控制。