[发明专利]具有高比表面积的球形活性炭及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种球形活性炭及其制备方法，特别涉及一种具有高比表面积的球形活性炭及其制备方法。

背景技术

球形活性炭具有填充密度大、易于装填、耐磨损、易回收利用及使用寿命长等优点，被广泛用于医药、能量存储、催化剂载体、气体净化和溶剂提取等领域。

随着科技的发展，球形活性炭的应用领域被不断拓宽(特别在医药领域)，对球形活性炭的性能提出了更高的要求(如要求球形活性炭同时具有较大的吸附容量和较大的吸附速率)。

鉴于此，本发明提供一种新型球形活性炭来满足这些需求。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种新型球形活性炭(具有高比表面积的球形活性炭)及其制备方法。填补现有技术中的空白。

本发明所说的具有高比表面积的球形活性炭，其粒径(直径)为0.01mm～2mm，比表面积(BET)大于500m²/g，孔容大于0.3cm³/g；

其中：孔径(直径)小于2nm孔的比表面积大于350m²/g，孔径(直径)大于2nm孔的孔容大于0.15cm³/g。

制备本发明所说的球形活性炭的方法，包括如下步骤：

(1)将制备球形活性炭的起始原料在有惰性气体存在条件下进行炭化处理，即于300℃～1100℃状态下保持1小时～5小时，选取含有孔径为2nm～400nm，且其孔容大于0.1cm³/g或比表面积大于10m²/g的球形炭化物备用；

(2)用KOH溶液对由步骤(1)制得的球形炭化物进行活化，活化温度为400℃～1000℃，经冷却和洗涤后得目标物；

其中制备球形活性炭的起始原料包括沥青基或树脂基。

所说的沥青基的前驱体包括：石油沥青、煤沥青或中间相沥青。

所说的树脂基的前驱体包括：酚醛树脂、苯乙烯树脂、二乙烯基苯树脂、丙烯腈树脂、聚偏二氯乙烯树脂、甲基丙烯酸树脂、或由它们共聚物构成的树脂(如苯乙烯和二乙烯基苯共聚物树脂等)。

树脂基前驱体可以通过溶液聚合、乳液聚合、分散聚合和悬浮聚合等方法合成，或由商品化的离子交换树脂或大孔吸附树脂得到。

本发明首次采用KOH活化法制得无破裂、表面光滑的高比表面积球形活性炭。这是由于由起始原料获得的球形炭化物中具有丰富的孔隙结构，为KOH溶液提供了到很好的通道，使KOH和球形炭化物在微米和纳米尺度内有效接触，从而达到均一活化的目的，最终使球形形貌经过KOH活化后还能得到很好的保存，也获得了高的比表面积。本发明所制备球形活性炭同时具有较大的吸附容量(比表面积大于500m²/g)和较大的吸附速率(富含“中、大”孔，孔容大于0.3cm³/g)，其比现有的粉状或颗粒状的活性炭具有更广泛的用途(如在血液灌流、储气储能、汽油脱硫和催化剂载体等领域)。

附图说明

图1实施例1制备的球形活性炭的扫描电子显微镜照片(×150)。

图2实施例2制备的球形活性炭的扫描电子显微镜照片(×50)。

图3实施例3制备的球形活性炭的扫描电子显微镜照片(×50)。

图4实施例4制备的球形活性炭的扫描电子显微镜照片(×100)。

图5实施例5制备的球形活性炭的扫描电子显微镜照片(×200)。

图6实施例6制备的球形活性炭的扫描电子显微镜照片(×250)。

图7实施例7制备的球形活性炭的扫描电子显微镜照片(×30)。

图8实施例8制备的球形活性炭的扫描电子显微镜照片(×250)。

图9实施例9制备的球形活性炭的扫描电子显微镜照片(×600)。

具体实施方式

在本发明中，我们选用一种含有“中、大孔(孔直径大于2nm)”的制备球形活性炭起始原料的炭化物(其需满足的条件为所含孔的孔径(直径)为2nm～400nm，且其孔容大于0.1cm³/g或比表面积(BET)大于10m²/g，所说炭化物的制备条件为：将制备球形活性炭的起始原料在惰性气氛中，于300℃～1100℃，保持1小时～5小时)。所含这些孔隙“中、大孔”在氢氧化钾(KOH)溶液活化过程中充当通道作用，从而使活化分子能到达炭微球的内部，而且活化后产生的气体也能快速排出，从而达到在纳米和微米尺度内均一活化的目的，使最终制备的活性炭保持良好的球形。