[发明专利]超级活性炭的制备方法及所产废液的循环回用并副产碳酸盐的方法

说明书

本发明涉及生物材料加工、能源材料及环护领域，公开了一种超级活性炭的制备方法及所产废液的循环回用并副产碳酸盐的方法。超级活性炭的制备方法包括：真空条件下，将碳质材料与氧化剂和水合碱性活化剂接触，使氧化剂和水合碱性活化剂浸入到碳质材料中；将浸入有氧化剂和水合碱性活化剂的碳质材料进行第一热处理，以活化碳质材料，并得到二氧化碳气体；将得到的活化的碳质材料进行冷却、洗涤并干燥，得到超级活性炭和二氧化碳气体。同时还公开了对如上工艺所产废液在不同的pH值下进行处理以实现副产品的回收以及废液的循环利用。通过如上方法，可有效提高产品得率，循环回用废液并回收副产品，节能环保，具有显著的社会、环境和经济效益。

技术领域

本发明涉及生物材料加工、能源材料及环护领域，具体地，涉及一种超级活性炭的制备方法以及超级活性炭制备工艺所产废液的循环回用并副产碳酸盐的方法。

背景技术

将天然植物材料，例如秸秆，木材等生物材料经过高温炭化过程得到高比表面的活性炭，广泛应用于食品、化工、水和空气净化等传统领域。近年来，人们发现椰壳，桃壳和杏壳等果壳经过炭化和活化加工后，可以获得比表面更高的活性炭，这种活性炭一般称之为高级活性炭。一般地，现有通过水蒸气、空气和二氧化碳活化后的果壳炭的比表面可以达到700-1100m²/g，这些高比表面的活性炭具有很强的吸附能力，广泛用于室内空气净化，有色贵金属吸附回收和生物医药载体等要求相对较高的领域。

为了进一步提高碳材料的比表面和相关的吸附性能，大量研究者开展了果壳炭，石油焦等含碳原料的化学活化工艺研究，目前有关这种超高比表面的活性炭的制备工艺主要以化学活化为主。常见的化学活化剂有碱金属、碱土金属的氢氧化物(CN01126708.9，CN00107740.6)，无机盐类和无机酸类，其中以KOH作为活化剂制得的超级活性炭性能最优异，通常的碱炭比例一般在3-8:1(煤炭转化，Vol.24，No.2，2001，4:29)。例如早期的美国专利US 4082694将石油焦与重量为3倍的KOH混合后，在300-500℃温度下进行脱水预活化，再在700-1000℃高温下活化后冷却并充分水洗，制得比表面积可达2600m²/g的超级活性炭；中国专利CN105948042A报道了生物类碳材料和氢氧化钾在超声和振动作用下进行化学活化，得到超级电容器所需的超级活性炭。CN105923634A也报道了椰壳炭和KOH按照1:2-1:5的比例在800-850℃温度下进行焙烧得到超级活性炭材料。CN105384169A也报道了含碳材料在浸渍KOH后高温活化焙烧得到超级活性炭。CN105948042A也新近公开了椰壳和秸秆等生物质材料浸渍在KOH溶液中，经过超声分散和搅拌，然后高温活化得到超级电容器专用的超级活性炭。从近几年的发明专利申请数量来看，KOH活化法是非常热的研究领域。相对来说，NaOH由于碱性和扩散性相对较弱，有关它的活化研究则相对较少，例如CN104276571A报道了含碳材料和NaOH或者硫酸锌在高温500-800℃温度下进行焙烧得到超级活性炭材料，有关它的电化学特性研究也相对较少。

KOH作为一种比NaOH碱性更强的碱金属氢氧化物，在高温下具有很强的腐蚀作用，甚至腐蚀碳材料，在碳材料内部造成很多新的内孔，从而进一步提高活性炭的比表面。当活性炭的比表面达到1500-2500m²/g时，通常这种高比表面的活性炭称之为超级活性炭。

近年来，人们发现这种超级活性炭不仅对气体和浮尘具有很高的吸附作用，同时对溶液中的离子也有很强的吸附作用，因此超级活性炭不仅被用来原有的医药和催化剂载体上，它的超级电容特性被推荐用来制造超级电容器和铅炭电池等。超级活性炭作为超级电容器和铅炭启停电池的关键储能材料，可以用来吸收刹车过程的回收能量，并在启动过程加以释放，起到回收能量、辅助启动和延长电池寿命的作用，在降低燃油消耗和减少燃油车尾气排放等方面具有积极的作用。

由于大多数厂家采用KOH作为活化剂，相关的污染主要包括：

(1)由于KOH具有很强的腐蚀性，高温生产过程产生的碱蒸汽、碱雾和碱飞沫对员工的呼吸道及其设备也具有很强的腐蚀作用，直接影响了员工的健康。