[发明专利]活性炭及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年2月25日提交的韩国专利申请第10-2016-0022772号的优先权，该申请的全部内容结合于本文用于通过该引用的所有目的。

技术领域

本发明涉及活性炭及其制造方法。

背景技术

目前，由于矿物燃料的消耗和温室气体的排放，人们对环境友好汽车的兴趣已经迅速地增加。特别是对于生态友好汽车，电动车辆的行驶距离已经成为重要问题。

对于加热和冷却，不同于内燃机，电动车辆通常不具有用于加热的废热源(发动机冷却剂)和用于压缩冷却剂的废电力。所以，可能额外需要用于PTC(正温度系数)加热器和用于压缩冷却剂的电力，并因此可能消耗额外的电力。结果，行驶距离可能减少大约30至50％。

因此，有必要最小化外部空气的引入以阻止温度的改变。在这种情况下，车辆中二氧化碳的浓度因乘客排放的二氧化碳而可能增加，并由此产生安全问题。例如，2000ppm或更大量的二氧化碳可以引起困倦，并且5000ppm的二氧化碳可以引起陷入呼吸苦难的问题。

因此，已经进行减少车辆中二氧化碳的研究。目前，空气过滤器(包括活性炭)已经应用于一些高端汽车中。尽管，这样的空气过滤器可以用作去除有害气体，例如挥发性有机化合物(VOC)或细尘，但其难以去除二氧化碳。

已经使用一种常规活性炭制造方法。例如，在非活化环境下通过高温热处理可以碳化作为前体的各种植物材料(如椰子壳)，并可以额外地对其进行温度化学或物理活化以使其具有大量的孔。然而，根据这种常规方法，所制造的活性炭的表面孔尺寸可能是非均匀的，使得可以形成微孔至大孔的宽广范围的分布。因此，孔隙均匀度可能降低并且难于形成1纳米或更小的超微孔。

上述内容仅旨在帮助理解本发明的背景，并不旨在意指本发明落入本领域技术人员已知的相关技术的范围内。

发明内容

在优选方面，本发明提供活性炭及其制造方法，由此改进二氧化碳的选择性吸附能力。

在本发明的一个方面中，提供包括在其表面形成孔的活性炭。孔可以包括直径等于或小于约1.0nm的超微孔。

超微孔的容积可以适宜地在活性炭表面孔的100％的总体积的大约67容积％至83容积％的范围内。

活性炭的颗粒尺寸可以适宜地在大约150μm至250μm的范围内。

活性炭的BET比表面积可以大于约672.7m²/g。

在另一方面中，本发明提供一种制造活性炭的方法。所述方法可以包括：制备碳前体；通过在碳前体上进行热处理来碳化碳前体；通过研磨来均衡经碳化的碳前体的尺寸；通过将氧化剂和蒸馏水加入至碳前体并进行热处理来活化经研磨的碳前体，由此形成活性炭。

本文所用的术语“碳前体”指的是在碳的改性、处理或活化之前可以提供主要碳源的材料。可以改性、处理或活化碳前体使得所获得的碳材料可以包括作为主要成分的碳，例如，构成大于大约50重量％，大于大约60重量％，大于大约70重量％，大于大约80重量％，大于大约90重量％，大于大约95重量％，或大于大约99重量％的碳材料的总重量。碳前体可以包括矿物源(如煤、矿物燃料)、化学源(如有机化合物)，或生物源(如植物)。本文所用的术语“碳化”指的是将含有碳成分的材料或有机材料转化成碳或基本上纯碳的方法或反应。碳化可以通过例如加热、燃烧、热化学分解、催化反应等等进行。示例性的碳化可以是在惰性气体条件下加热，由此在碳化过程中阻止碳材料的燃烧或氧化。在活化中合适的氧化剂可以包括H₂O₂、HNO₃、O₃、N₂O、H₂SO₄、F₂、Cl₂或它们的组合。

在活化中，氧化剂的体积可以适宜地在氧化剂和蒸馏水的100％的总体积的10体积％至50体积％的范围内。

活化可以适宜地在大约在700℃至1000℃的范围内的温度下进行。

在将氧化剂和蒸馏水的混合物以大约1ml/h至100ml/h的范围内的速度注入碳前体时可以适宜地进行活化。

活化可以适宜地在在0巴至约5巴的范围内的压力下进行。

活化可以适宜地进行大约1h至5h。

制造方法可以进一步包括在活化之后在包含氢气(H₂)的气氛下通过加热处理还原活性炭的表面。