[发明专利]一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法

说明书

技术领域

本发明属于煤多联产技术领域，具体涉及一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法。

背景技术

氢是一种理想的清洁能源，具有能量高、本身无毒、燃烧性能好、点燃快等特点。作为一种能量载体可满足发电、交通运输、居民与商业住宅以及工厂等的能源需求，具有广泛的应用前景，被公认为是解决环境污染问题的清洁燃料。

活性炭是一种孔隙结构发达、比表面积高、吸附能力强的以含碳物质为前躯体的吸附材料，广泛应用于气体和液体的分离精制、污水净化、空气净化以及资源回收等方面。

煤中含有碳、氢、氧等不同元素，其中碳元素可以作为碳材料活性炭的来源，从而减少了煤作为能源利用时二氧化碳的排放量；氢元素可以用来制取清洁能源氢气，从这个角度可以实现能源——环境——材料一体化，解决国际社会目前最关注的能源、环境等问题。因此，开发煤炭制炭材料联产制备氢气技术是必要且可行的。然而，目前所用的活化工艺下，活化处理过程中气体产物中氢气、甲烷等可燃组分的含量普遍较低。为提高煤活化过程中氢气、甲烷等可燃组分含量，添加合适的催化剂以控制活化过程中的反应方向，同时提高反应速率是一种有效的方法，然而，关于此类研究报道较少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法。该方法采用金属氧化物为催化剂，通过机械研磨法与原料混合，采用水蒸汽活化法制备活性炭并联产氢气，催化剂成本低，工艺简单。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将金属氧化物干燥后与粒度为80目～120目的煤粉按1∶10～50的质量比混合后置于球磨机中进行球磨混合，得到混合物；所述金属氧化物为氧化铁、氧化镍、氧化钙和氧化锰中的一种或几种；

步骤二、将步骤一中所述混合物置于炭化炉内，在氮气保护下以5℃/min～15℃/min的升温速率将炉温升至750℃～950℃，然后关闭氮气，同时向炉内通入水蒸汽，在温度为750℃～950℃的条件下进行活化，得到活化气体和固体物质；

步骤三、将步骤二中所述活化气体经常规除尘和干燥，得到富氢气体；

步骤四、将步骤二中所述固体物质自然冷却至室温，然后用盐酸酸洗，最后将经盐酸酸洗后的固体物质用蒸馏水洗涤至中性，干燥后得到活性炭。

上述的一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法，步骤一中所述球磨机的转速为100rpm～400rpm。

上述的一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法，步骤一中所述球磨的时间为10min～60min。

上述的一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法，步骤二中所述氮气的通气速率为5mL/min～25mL/min。

上述的一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法，步骤二中所述水蒸汽的流量为1mL/min～4mL/min。

上述的一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法，步骤二中所述活化的时间为0.5h～2h。

上述的一种煤催化活化制备活性炭并联产氢气的方法，步骤四中所述盐酸的浓度为5mol/L。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明采用金属氧化物为催化剂，通过机械研磨法与原料混合，采用水蒸汽活化法制备活性炭并联产氢气，催化剂成本低，工艺简单。

2、本发明所得氢气产量比不加催化剂提高了约4～9倍，二氧化碳产量为不加催化剂的1/10～1/5，活性炭的碘吸附量提高了114mg/g～497mg/g，亚甲基蓝吸附量提高了20mg/g～98mg/g。

下面通过实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

具体实施方式

实施例1

步骤一、将金属氧化物在温度为110℃的条件下干燥2h，将1g干燥后的金属氧化物与10g粒度为80目～120目的煤粉混合后置于球磨机中，在转速为100rpm的条件下球磨混合30min，得到混合物；所述金属氧化物为氧化铁；

步骤二、将步骤一中所述混合物置于炭化炉内，在氮气保护下以10℃/min的升温速率将炉温升至800℃，然后关闭氮气，同时向炉内通入水蒸汽，在温度为800℃的条件下活化1h，得到活化气体和固体物质；所述氮气的通气速率为5mL/min；所述水蒸汽的通入速率为1mL/min；

步骤三、将步骤二中所述活化气体经常规除尘和干燥，得到富氢气体；