[发明专利]一种制备三维多级孔道活性炭的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备的技术领域，涉及到一种制备三维多级孔道活性炭的方法，该三维多级孔道活性炭可以用吸附领域。

背景技术

活性炭材料用途广泛，可用于吸附环境污染物，也可用作超级电容器的电极材料。活性炭的特点是高比表面积。制备活性炭的前驱体来源广泛、制备简便、性质稳定等。活性炭通常是通过活化剂（氢氧化钾、氯化锌等）活化碳化的有机物得到。传统的制备方法消耗大量的活化剂，而且得到的活性炭以微孔为主，其吸附值较低。

多级孔道活性炭是一种同时具有大尺寸的孔洞，中孔和一定比例的微孔的活性炭材料。其特点是：具有较高的吸附值。多级孔道活性炭可以通过模板法形成具有一定数量大孔聚合物，继而碳化、活化得到。模板法制备过程复杂、并且需要消耗大量的模板剂。

因此，有必要研发一种更加简便的工艺方法制备三维多级孔道活性炭，其消耗很少量的活化剂。

发明内容

本发明的目的是改进一种制备三维多级孔道活性炭的方法，大大降低活化剂的消耗量，且工艺简便，得到的活性炭具有连续的三维多级孔道的结构。

为达到上述目的，本发明提供了一种制备三维多级孔道活性炭的方法，该方法包含：

步骤1，预处理碳源前驱体：将碳源前驱体清洗、干燥；

步骤2，向步骤1预处理后的碳源前驱体中加入活化剂的水溶液，使其溶解成混合物；该活化剂水溶液为碱溶液；

步骤3，除去步骤2中混合物中的水分，得到固体颗粒或者胶状产物；

步骤4，在非氧化性气体的保护下，对步骤3所得的产物热处理，得到活化产物；

步骤5，步骤4的活化产物经后处理得到三维多级孔道活性炭。

上述的方法，其中，所述的碳源前驱体选择木质素、淀粉、水藻中的任意一种或者几种。

上述的方法，其中，所述的活化剂选择氢氧化钾、碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钙中的任意一种或几种。

上述的方法，其中，所述的活化剂与碳源前躯体的用量比以质量比计为：0.5~2:5。

上述的方法，其中，步骤2中的固体颗粒产物须经处理成粉末状，再继续后续步骤。

上述的方法，其中，所述的非氧化性气体选择氮气、氩气、二氧化碳中的任意一种或几种。

上述的方法，其中，其特征在于，所述的热处理温度为800-1200℃；热处理时间为1-5h。

上述的方法，其中，所述的后处理包含：清洗和干燥步骤。

上述的方法，其中，所述的清洗选择酸液清洗或热水清洗或二者的组合。

本发明所制备的活性炭材料具有连续的三维多级孔道结构，并且与传统方法相比，活化剂的用量大大降低，一步碳化法的方法简单，并且可以使用的碳源相当广泛，因此适宜于规模化生产。

附图说明

图1为本发明的制备三维多级孔道活性炭的方法的工艺流程图。

图2为本发明的实施例1制备的具有连续的三维多级孔道结构的活性炭的扫描电镜照片。

具体实施方式

以下结合附图和实施例说明本发明的具体技术方案。

如图1所示，为本发明的制备三维多级孔道活性炭的方法包含如下步骤：

步骤1（S1），预处理：将碳源前驱体清洗、干燥；

步骤2（S2），与活化剂混合：向步骤1预处理后的碳源前驱体中加入活化剂的水溶液，使其充分溶解成混合物；该活化剂水溶液为碱溶液，可选择氢氧化钾、碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钙中的任意一种或几种的水溶液；

步骤3（S3），除去水分：除去步骤2中混合物中的水分，得到固体颗粒或者胶状产物；

步骤4（S4），热处理：在非氧化性气体的保护下，对步骤3所得的产物热处理，得到活化产物；所述的非氧化性气体选择氮气、氩气、二氧化碳中的任意一种或几种；

步骤5（S5），后处理：步骤4的活化产物经后处理得到三维多级孔道活性炭；所述的后处理为常规后处理工艺，包含：清洗和干燥步骤；所述的清洗选择酸液清洗或热水清洗中的任意一种或几种的组合。

所述的碳源前驱体选择木质素、淀粉、水藻中的任意一种或者几种。

以下结合实施例详细说明。

实施例1：

步骤1，将木质素用水清洗、干燥；

步骤2，将氢氧化钾与步骤1处理后的木质素按照质量比为2:5的比例混合溶于水，制备木质素的碱溶液；

步骤3，将步骤2的木质素的碱溶液在室温下干燥，至水分完全蒸发，得到沥青状固体颗粒，将得到的固体颗粒研磨成粉末；