[发明专利]一种高比表面积成型炭材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高比表面积成型炭材料及其制备方法。炭材料具有如下性质：具有微孔/超大孔双重孔道，具有50‑300μm的三维贯通孔道，比表面积600‑1500m²/g，压碎强度为5‑15N/mm，质量磨耗率小于0.5%。制备方法如下：（1）将水、发酵菌、面粉、助挤剂混合，搅拌，混捏，得到可塑体；（2）将可塑体密封保存一定时间后，再次混捏，并采用挤条机将可塑体挤出成为特定形状的颗粒，在密闭的条件下水热处理；（3）将步骤（2）水热处理后的产物干燥、焙烧；（4）将步骤（3）的产物水蒸气活化，干燥后得到成型炭材料。本发明炭材料含有大尺寸三维贯通通道，颗粒的压碎强度高，耐磨性强，在多种应用场景下具有良好的催化、吸附分离效果。

技术领域

本发明属于非金属功能材料领域，涉及一种成型活性炭材料及其制备方法。

背景技术

多孔炭材料因其比表面积大、孔道结构可控、物理化学稳定性高及较低的制备成本，被广泛用于吸附分离、催化、新能源等领域。现有炭材料的应用多以吸附、分离及催化为主，因此比表面积及孔道结构是炭材料极其重要的物化性质，在很大程度上决定了其应用性能的优劣。

CN201110158789.X将氢氧化钾、碳粉按比例混合均匀，采用分段升温、保温的方法，得到高比表面积的活性炭。CN201811482678.2将生物质浸入到双盐水溶液中，经180-300℃的水热法预碳化，然后在惰性气氛下保护下碳化、活化，得到具有较高的比表面积和三维联结孔道结构的多孔炭。CN1207191C将玉米芯渗透活化液，在高温条件下处理得到高表面积活性炭。上述通过碳化、活化步骤得到的活性炭材料一般具有丰富的微介孔结构，但缺乏三维贯通的大孔或超大孔孔道。

为了制备大孔活性炭，CN2012101945199以酚醛树脂、环氧树脂等与固化剂充分混合、加热固化，将固化料粉碎后，加入聚乙烯醇为造孔剂和石墨粉为支撑剂，压制成预制体，在气体保护下高温碳化，得到孔径在0.05-10μm、比表面积100-1000m²/g的中大孔炭。该方法制备时需要用到的酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇等高成本原料，同时还要用到石墨粉、活性炭粉、活性炭纤维、纳米碳管等硬质颗粒原料，所得中大孔分布弥散，三维贯通性较差。

在工业技术应用领域，活性炭一般要以成型颗粒的形式运用，以便于装填、回收及性能控制。CN1204046C在活性炭粉中加入水溶性淀粉粘合剂，制成胶泥状混合物，通过挤压成型，得到高密度高比表面积活性炭颗粒。

由上述专利可知，现有活性炭一般采用碳粉、生物质等硬质原料经碳化、活化而得，产物的孔道尺寸属于微介孔范畴，而采用造孔剂分解法得到的大孔活性炭的孔道分布弥散，三维贯通性差。在成型上，主要是通过将硬质活性炭或前体与粘结剂混合后挤压成型而得，由于粘结剂仅能与硬质颗粒的表面发生作用，两者的相容性受到限制，从而影响活性炭颗粒的成型性、强度及耐磨性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高比表面积成型炭材料及其制备方法。本发明的高比表面积成型炭材料，具有特定的颗粒形状，含有大尺寸三维贯通通道，颗粒的压碎强度高，耐磨性强，在多种应用场景下具有良好的催化、吸附分离效果。

本发明的高比表面积成型炭材料，具有如下性质：具有微介孔/超大孔多级孔道，微介孔尺寸为1-6nm，超大孔尺寸为50-300μm，超大孔三维贯通，比表面积600-1500m²/g，颗粒的压碎强度为5-15N/mm，质量磨耗率小于0.5%。

本发明的高比表面成型炭材料的制备方法，包括如下内容：

（1）将水、发酵菌、面粉、助挤剂混合，搅拌，混捏，形成均匀的可塑体；

（2）将可塑体密封保存一定时间后，再次混捏可塑体，并采用挤条机将可塑体挤出成为特定形状的颗粒，将挤出颗粒在密闭的条件下水热处理；

（3）将步骤（2）水热处理后的产物干燥、焙烧；

（4）将步骤（3）的产物水蒸气活化，干燥后得到所述高比表面积成型炭材料。