[发明专利]一种分级孔活性炭可调控制备方法及应用

说明书

本公开涉及碳材料制备及应用领域，具体提供一种分级孔活性炭可调控制备方法及应用。包括如下步骤：对碳材料进行前期处理后干燥，干燥后的碳材料置于去离子水中，放入水热反应釜中加热，待水热反应釜降温冷却后，进行后处理，调控活性炭孔径的方法包括：在一定范围内提高水热反应温度提高中大孔比例，反之，则降低中大孔比例；将水热法改为常规碳化方法，提高微孔比例；将水蒸气活化法改变为CO₂活化法，在相同比表面积下可在一定范围内提高微孔比例；活化过程中采用CaCl₂溶液浸渍，在一定范围内，随着CaCl₂溶液浓度升高，活性炭中大孔比例升高。解决现有技术中活性炭孔径难以控制，且即使能够得到分级孔，也以牺牲比表面积为代价的问题。

技术领域

本公开涉及碳材料制备及应用领域，具体提供一种分级孔活性炭可调控制备方法及应用。

背景技术

这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。

活性炭作为一种廉价易制的、可重新获得的优秀吸附材料和催化剂，可以通过其表面丰富的孔隙结构、大比表面积和改变反应物电极性等方式，使其在吸附过程中表现优异，也使反应过程中电子更易转移，使得原本较难反应或者平衡转化率较低的反应更易进行，至今已经在燃料电池、硫氧化物和氮氧化物等大气污染物的脱除、CO₂吸附分离和催化氧化还原反应等很多领域得到广泛利用。

不同物理性质的活性炭催化活性有很大区别，活性炭催化能力的大小与其孔隙结构具有必然的联系，所以调控活性炭的比表面积、孔隙结构等物性参数也是学术界的热点问题。活性炭的孔隙结构分为三种：大孔的直径大于50nm，作用是将物质从活性炭由外部向内部传送；中孔的直径为2-50nm，可以吸附较大的分子，也可以进行一定的物质传输；微孔的直径是0-2nm，主要进行吸附与反应过程。很多工程制得的活性炭催化效率很低，就是因为孔隙分布的问题。

发明人发现，现有技术中的商品活性炭催化效率较低，反应平衡转化率很不理想。其根本原因是大部分商品活性炭都是微孔机构(如竹溪1000商品活性炭)，虽然比表面积较大，但是很多催化过程在微孔结构中表现不佳；有些商品活性炭(绿之源商品活性炭)虽然得到了分级孔，但是代价是牺牲了比表面积，同样严重影响了自身的催化活性。所以制备一种比表面积损失较小，孔隙结构分布均匀的活性炭，并且根据不同的化学反应机理可以调节孔隙结构分级比例具有极强的实用价值。

发明内容

针对现有技术中活性炭孔径难以控制，且即使能够得到分级孔，也以牺牲比表面积为代价的问题。

本公开一个或一些实施方式中，提供一种分级孔活性炭可调控制备方法，包括如下步骤：

对碳材料进行前期处理后干燥，干燥后的碳材料置于去离子水中，放入水热反应釜中加热，待水热反应釜降温冷却后，进行后处理，

后处理包括：使用去离子水和无水乙醇清洗材料表面，干燥后制得水热碳化的碳化前驱体；对碳化前驱体样品进行升温活化，所述升温活化包括在一定温度下分别在氮气与水蒸气混合气体、水蒸气气氛下活化；

调控活性炭孔径的方法包括：在一定范围内提高水热反应温度提高中大孔比例，反之，则降低中大孔比例；

将水热法改为常规碳化方法，提高微孔比例；

将水蒸气活化法改变为CO₂活化法，在相同比表面积下可在一定范围内提高微孔比例；

活化过程中采用CaCl₂溶液浸渍，在一定范围内，随着CaCl₂溶液浓度升高，活性炭中大孔比例升高。

本公开一个或一些实施方式中，提供上述分级孔活性炭可调控制备方法制得的活性炭。