[发明专利]一种含氮沥青基球形活性炭的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种球形活性炭的制备，具体涉及一种含氮沥青基球形活性炭的制备方法。

背景技术

球状活性炭因其具有原料来源广泛、杂质含量低、机械强度高、孔径分布易于定向控制等特点，目前已经在很多领域得到了应用。在沥青基球形活性炭的实际使用过程中，影响其性能的主要因素有孔隙结构和表面化学性质。孔隙结构主要是指活性炭的比表面积、孔容及孔径分布，其决定了活性炭的吸附速率和吸附容量。表面化学性质主要是指活性炭表面化学基团及其分布，为活性炭表面的杂原子基团，如含氧、含氮、含硫等官能团，活性炭的表面官能团作为活性中心支配着活性炭表面的化学性质，决定了其吸附、亲(疏)水性质、催化、氧化还原、酸碱性等。

然而，常规制备沥青基球形活性炭的方法是沥青直接通过成球、氧化、炭化和活化过程制得，其间并未添加任何能够促进和改善沥青基球形活性炭表面化学结构的物质，从而使得最终产品表面化学结构单一，主要是含有极为微量的含氧官能团，而并未有含氮官能团，其吸附性能较差。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明旨在提供一种具有一定氮含量和表面含氮官能团的沥青基球形活性炭的制备方法。

本发明的构思为：将含氮化合物引入到沥青主体相中，然后通过后续的一列过程制备得到具有一定氮含量和表面含氮官能团的沥青基球形活性炭，改善和丰富沥青基球形活性炭的表面化学性质。

本发明是基于因传统工艺制备得到的沥青基球形活性炭表面化学性质单一而开发的一种改进方法。该方法是在沥青加萘过程中引入含氮化合物，然后再进行成球、不熔化、炭化、活化处理制备得到含氮沥青基球形活性炭。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种含氮沥青基球形活性炭的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：

(1)制备含氮沥青：将软化点为120～300℃，H/C比小于1的石油系沥青或煤系沥青、萘与含氮化合物按10∶1∶30～10∶5∶1的质量份数比置于高压反应釜中，加热至100～350℃，搅拌混合0～10小时，自然冷却后制成含氮沥青；(2)采用乳化法成球：以0.1～30wt％的聚乙烯醇为乳化剂，对含氮沥青球化处理，球化温度为80～300℃，搅拌速率为50～500rpm，制备得到含氮沥青球；(3)含氮沥青球在空气氛围下以0.05～3℃/min升温至150～350℃进行不熔化处理，得到不熔化沥青球；(4)将不熔化沥青球在惰性气体保护下以1～15℃/min加热至800～1200℃进行炭化处理，炭化后的样品在CO₂、H₂O、O₂或空气中的一种气体或几种混合气体中，于800～1200℃活化处理10～300min，制备得到含氮沥青基球形活性炭。

其中，含氮化合物为三聚氰胺、三聚氰胺甲醛树脂中的一种或两种。

当引入的含氮化合物为三聚氰胺和三聚氰胺甲醛树脂时，两种组分可以任意比例混合，其质量份数比优选为三聚氰胺∶三聚氰胺甲醛树脂＝0.1∶1～1∶1。

其中三聚氰胺的结构式为：

其中三聚氰胺甲醛树脂的结构式为：

本发明所说的沥青为高软化点沥青，软化点为120～300℃，H/C比小于1。高软化点沥青可以是具有较低软化点的石油系和煤系沥青经适当热处理以去除其中低分子组分得到，也可以是加入交联剂促使低分子组分形成熔点更高的大分子而得到。

有益效果

本发明对比与传统的制备方法，其益处在于，在所制备得到的沥青基球形活性炭里引入了氮元素，从而改善和丰富了沥青基球形活性炭的表面化学性质。

附图说明

图1为实施例5和对比例所述制得的沥青基球形活性炭的X-射线光电子能谱图。

具体实施方式

下面通过附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，其目的在于更好的理解本发明的内容而非限制本发明的限制内容。

实施例1

将500克软化点为120℃，H/C比小于1的石油系沥青、50克萘和50克三聚氰胺按置于高压反应釜中，加热至150℃搅拌混合2小时，自然冷却后制成含氮沥青。含氮沥青以1wt％的聚乙烯醇为乳化剂，在球化温度为85℃，搅拌速率为200rpm的条件下制备得到含氮沥青球。含氮沥青球在空气氛围下以0.1℃/min升温至250℃，并恒温5小时进行不熔化处理，得到不熔化沥青球。该不熔化沥青球在惰性气体保护下以5℃/min加热至850℃进行炭化处理，炭化后的样品在水蒸气作用下，于850℃活化处理60min，制备得到含氮沥青基球形活性炭。