[发明专利]一种超级活性炭的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工生产技术领域，具体涉及一种活性炭的制备方法。

背景技术

活性炭是一种多孔炭材料，具有高度发达的孔隙结构和大的比表面积，作为一种优良的吸附剂，早已广泛应用于环境保护、化学工业、食品工业、湿法冶金、药物精制、军事化学保护等领域。随着活性炭在超级双电层电容器的电极材料、催化剂载体、气体分离、氢气和天然气储存材料等新领域中的应用，比表面积为800～1500m²/g的普通活性炭，吸附容量有限，不能满足其应用的要求，因而开发比表面积达到2000m²/g以上的超级活性炭成为多孔炭材料研究领域中新的热点。超级活性炭具有比表面积大、化学稳定性好、吸附容量大等优点，除可替代普通活性炭更有效地应用于传统领域外，它将成为电子、精细化工和清洁能源等高新技术领域的一种新型基础材料。

早在20世纪60年代美国就开始了超级活性炭的研究。如Wenerberg[U.S.Pat，4082694，1975]将石油焦和硝酸溶液混合后在112～118℃下加热8h，过滤后再加硝酸在85～115℃下继续反应8h，冷却至25℃再过滤、洗涤、真空干燥。所得样品与KOH反应生成羟基酸盐，在惰性气氛中将其热解，热解产物在700～1200℃用二氧化碳活化制得表面积为2000m²/g的活性炭，不难看出这种方法非常繁琐。70年代初期，Wenerberg直接用比表面积为100m²/g的活性炭与KOH甲醇溶液混合均匀，真空蒸发甲醇后，再用二氧化碳活化法制备超级活性炭。70年代中期Wenerberg改进上述方法，直接将石油焦粉末与KOH混合均匀，惰性气氛下在400～500℃预焙烧并脱水，然后继续升温至700～1000℃反应2h左右，惰性气氛下冷却至室温、洗涤、干燥得到比表面积为3000～4000m²/g的超级活性炭。尽管在有关超级活性炭的研究中，也采用了一些其他的方法，如模板法、氯化锌活化法等，但它们或者价格太贵，难以工业化；或者比表面积不太高，工业化价值不大。因此，目前制备高比表面积活性炭的主要活化方法为化学试剂活化法，化学试剂包括碱金属化合物，已进行研究的活化剂有KOH、NaOH、K₂CO₃。其中活化效果最好的为KOH，因此在制备高比表面积活性炭时，大多采用KOH活化法。尽管KOH活化炭质前驱体能够制备超级活性炭，且有较长的研究历史，但它在工业化方面的进展甚微。其中的关键问题是在KOH活化过程中，会有大量的单质钾生成，而KOH活化的活化温度一般在800℃左右，超过了钾的沸点，因此在KOH活化的工业化过程中，会有大量的钾逸出。钾是一种非常活泼的金属单质，遇到空气中的水分就能够反应生成氢气，并释放出大量的热，以致产生爆炸，给KOH活化的安全生产带来了巨大隐患。同时，单质钾在逸出过程中，部分会冷结在活化炉的管道中，以至于堵塞管道，也会给安全生产带来隐患。因此，采用KOH活化法生产超级活性炭的关键技术是解决KOH活化过程的安全性。我们通过深入的研究，发现钾的释放可以在一定的工艺条件下得到解决，成功实现了KOH活化法的工业化生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种超级活性炭的制备方法，以控制KOH活化生产超级活性炭过程中钾的释放，实现KOH活化法的安全工业化生产。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种超级活性炭的制备方法，包括如下步骤：

1、碳原料、活化剂KOH与活化助剂按1∶1～7∶0.001～0.1的重量比混合；

2、将步骤1得到的混合物料，于200～300℃下干燥脱水1～3h，再在惰性气体保护下，真空或高压条件下，以1～7℃/min的升温速度升温至活化温度600～850℃后，活化1～4h；

3、步骤2得到的活化料在惰性气体保护下冷却至100℃以下，用水洗涤活化料3～4次后，用5％(质量比)盐酸洗涤1～2次，再用水洗涤至滤液的pH达到6～7为止，再在120～150℃下干燥至衡重，得到超级活性炭产品。

步骤1中，所述的原料炭为石油焦、或煤、或椰壳炭、或竹炭。

步骤1中，所述的原料炭为20～150目。

步骤1中，所述的活化助剂为不溶性的碳酸盐或其酸式盐。

步骤1中，所述的活化助剂为碳酸钙、或碳酸钡、或碳酸氢钙、或碳酸氢钡。

步骤1中，原料炭、活化剂KOH与活化助剂的混合重量比优选1∶1～5∶0.03～0.1。

步骤2或3中，所述的惰性气体为氮气或氩气。