[发明专利]一种富含中孔沥青基球状活性炭的制备方法

说明书

一种富含中孔沥青基球状活性炭的制备方法是将沥青原料与Lewis酸催化剂混合料磨成微粉，随后投入高压反应釜中直接密封升温至反应温度，搅拌，恒温反应得到含部分中间相的沥青，将其研磨，在有机溶剂中超声处理，随后倒入反应釜中，加入表面活性剂聚乙烯醇和水，搅拌升温后悬浮成球，将该球经氧化不融化进行水蒸气活化，即得富含中孔沥青基球状活性炭。本发明具有方法简单、无任何添加剂，比表面积高，导热性好，中孔含量多的优点。

技术领域

本发明属于球状活性炭的制备领域，具体涉及一种富含中孔沥青基球状活性炭的制备方法。

背景技术

球状活性炭具有比表面积高、孔容大、堆密度高、生物相容性好、流体力学性能好等一系列优良特点，使得它在催化剂载体、吸附剂、药物载体等领域具有广泛的用途。

沥青具有含碳量高、流动性好、易于石墨化、与炭质骨料有极好的配伍性等优点，通常作为球状活性炭的前驱体。专利CN1224034A中将沥青、有机金属化合物和芳香溶剂按一定比例在高压釜中高温混合，制得含金属微粒的沥青原料，经乳化法成球。专利CN102795624A将过氧化苯甲酰、二乙烯苯、苯乙烯、二乙苯及软化点为240～280℃的和粒径为150～200目筛的沥青粉混料，在聚乙烯醇分散液中悬浮成球。以上专利，成球工艺复杂，所制备的沥青球内部较为致密，缺乏中大孔。在氧化不融化时不利于氧气的扩散，增加了稳定化时间和能耗，而且，也不利于其后期活化过程的进行。

传统上，沥青基球状活性炭以微孔为主，中大孔比例较少，限制了其在液相吸附、工业催化等场合的应用。为制备富含中孔的球状活性炭，专利CN1250024A将一次活化制得的沥青基球状活性炭在不同金属化合物的溶液中浸渍一段时间，干燥后，在900℃进行水蒸气二次活化。该发明方法中沥青球经二次活化，增加了生产周期和反应能耗，且所制备的产品的中大孔率仍然较低。另外，专利CN103787331A以中间相沥青为原料，首先通过加入芳香烃类物质和热固性酚醛树脂等添加剂对其进行调制，调制产物经悬浮法制备出沥青球，最后采用常规预氧化、炭化和活化等工艺制备出沥青基球形活性炭。尽管该发明方法所得产品的介孔率较高，但需加入添加剂对沥青进行调制，由于分子极性差异较大，导致沥青与添加剂的“混溶”程度较差，而这一点直接关系到最终产品的孔结构能否均匀发展。此外，该工艺操作复杂。

专利CN106348290A制备了一种高导热性沥青基球状活性炭，该过程需要加入导热剂如中间相沥青粉、中间相沥青碳纤维、石墨粉、石墨蠕虫中的一种或两种混合物。该发明方法虽然能够制得导热性较好的球状活性炭，但导热剂的引入增加了生产成本，且可能存在分散不均匀的问题，该种方法所制备的球状活性炭的孔结构仍以微孔为主。已有文献表明，中间相沥青的碳化产物具有导电导热性好、高强度等特点。因此，为结合各向同性沥青和中间相沥青两者间的优势，以含部分中间相的沥青为原料，或可制备出价廉质优的产品，但鲜有相关专利报道。

发明内容

针对目前的缺点，本发明的目的是提供一种方法简单、无任何添加剂，比表面积高，中孔含量多的以沥青为原料制备富含中孔的球状活性炭的方法。

本发明首先制得含部分中间相的各向同性沥青，将该沥青粉末在有机溶剂中超声分散，随后转移至反应釜中加入适量水和聚乙烯醇，搅拌升温悬浮成球。当有机溶剂挥发后，沥青球内部预留下中孔。该球经氧化不融化之后，再经水蒸气活化促进其微孔的生成和进一步的扩孔。

本发明的制备方法包括如下步骤：

将沥青原料与Lewis酸催化剂混合料磨成80-200目微粉，随后投入高压反应釜中直接密封升温至反应温度250-400℃，搅拌，恒温反应1-4h得到含部分中间相的沥青，将其研磨、筛分成10-100目粉末，在有机溶剂中超声10-100min，随后倒入反应釜中，加入表面活性剂聚乙烯醇和水，搅拌升温至100-150℃悬浮成球。将该球经氧化不融化后在750-950℃下进行水蒸气活化0.5-3h，即得富含中孔沥青基球状活性炭。