[发明专利]一种具有高比表面积的活性炭及其制备方法

说明书

本发明属于生物质可再生利用领域，并具体公开了一种具有高比表面积的活性炭及其制备方法。该制备方法的步骤包括将热溶富碳残渣与活化剂充分混合后，置于惰性气氛下加热并保温一段时间，然后冷却至室温获得中间产物；将所述中间产物酸洗后用去离子水清洗至中性，最后烘干制得所述具有高比表面积的活性炭。本发明充分利用生物质热溶富碳处理过程中产生的废弃物制备活性炭，不仅为生物质废弃物的高附加值利用提供了一个新的途径，并且补充了热溶富碳技术的不足，实现了热溶富碳技术中各种固体废物的综合利用。

技术领域

本发明属于生物质可再生利用领域，更具体地，涉及一种具有高比表面积的活性炭及其制备方法。

背景技术

活性炭是一种由木质、煤质和石油焦等含碳的原料经热解、活化加工制备而成，具有发达的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面化学基团并且特异性吸附能力较强的炭材料的统称。活性炭在石油化工、食品、医药乃至航空航天等领域均有广泛应用，已成为国民经济发展和国防建设的重要功能材料。近年来，随着环保、新能源等行业的快速发展，活性炭的市场需求激增，我国活性炭的生产量和出口量均已达到世界第一。并且市场对具有高比表面积或者高吸附性能的活性炭仍有着十分巨大的需求。

生物质是自然界中可再生碳资源储量最丰富的一种资源，并且廉价易得，因此利用生物质制备活性炭具有较好的应用前景。李显等提出的高效生物质废弃物提质技术(LiX et al.Preparation of High-Grade Carbonaceous Materials Having SimilarChemical and Physical Properties from Various Low- Rank Coals by DegradativeSolvent Extraction.Energy&Fuels.2012,26(11): 6897-6904)提供了一种对生物质采用热溶富碳技术进行预处理，制备碳纤维前驱体的方法。该方法主要是通过对生物质进行热溶富碳处理，使其在热溶剂的分散媒介中进行脱氧及芳香化反应，反应一定时间后根据产物在高温及常温下在溶剂中的溶解性进行逐级分离，分别获得高分子量萃取物、低分子量萃取物及热溶富碳残渣。这两种萃取物已经被证明是十分优良碳源，在碳纤维，炼焦添加剂和超级电容器的制备中展示出优良的表现，而收率同样较高的热溶富碳残渣目前没有可行的应用。

在活性炭制备工艺中，活性炭的性质与原材料本身的物理化学性质以及活化的条件密切相关。在目前的研究过程中，较高的固定碳含量和较高的碳含量是制备具有高比表面积活性炭的重要保证。利用生物质直接活化制备活性炭时，往往存在着收率低、能量投入大、活化效果不均匀等问题，因此对生物质进行有效的预处理来制备碳含量和固定碳含量较高的前驱体是当今高性能活性炭制备领域中非常重要的一步。

发明内容

针对现有技术的上述缺点和/或改进需求，本发明提供了一种具有高比表面积的活性炭及其制备方法，其中通过选用碳含量相对较高的热溶富碳残渣，并对制备的工艺条件进行优化，相应的能够有效提高活性炭的比表面积等性质，因而尤其适用于处理生物热溶富碳过程中产生的残渣之类的应用场合。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种具有高比表面积的活性炭的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：

(a)将热溶富碳残渣与活化剂充分混合后，置于惰性气氛下加热并保温一段时间，然后冷却至室温获得中间产物；

(b)将所述中间产物酸洗后用去离子水清洗至中性，最后烘干制得所述具有高比表面积的活性炭。

作为进一步优选地，所述步骤(a)中的活化剂优选为氢氧化钠，氢氧化钾，碳酸氢钠，碳酸氢钾，氯化铁，氯化锌，磷酸或硫酸。

作为进一步优选地，所述步骤(a)中热溶富碳残渣与活化剂的质量比优选为2:1～1:6。