[发明专利]低KOH用量制备高比表面积复合孔结构煤质活性炭

说明书

技术领域

本发明属于一种高效吸附剂活性炭的制备方法，尤其是一种以煤炭制备高比表面积复合孔结构活性炭的方法。 

背景技术

活性炭是一种具有丰富孔隙结构的炭材料，具有比表面积大、原料丰富、价格低廉等优点。活性炭的发展应用中先后有多种活化剂被用于活性炭的生产，被用于大规模工业生产的活化剂主要有ZnCl₂、H₃PO₄、水蒸气、CO₂、空气等。 

目前生产活性炭常用的原料有木材、果壳、石油焦以及煤炭等。煤炭由于价格相对便宜并且易于获得所以在活性炭产品中煤质活性炭占活性炭产量的大部分，但以物理活化法生产的煤质活性炭比表面积低、灰分含量高，所以限制了其应用领域，并且物理活化法的能耗高，设备投入大。 

1971年Wennerberg首先使用KOH为活化剂制得了高比表面积的活性炭，此方法成为美国、日本等国家生产高比表面积活性炭的主要方法（US3817874）。利用KOH制备高比表面积活性炭的原料通常为石油焦，制备过程中KOH与石油焦的质量比通常为2-4，生产出的活性炭孔结构以微孔为主。该方法存在的问题在于石油焦的价格相对较高，在生产过程中KOH的大量使用使得生产成本升高，同时会对生产设备造成严重的腐蚀，也会使洗涤时的用水量剧增，并且所得产品的孔结构单一限定了其在一些领域中的应用。 

发明内容

本发明的目的是要克服上述的缺陷，提出一种在较低碱性活化剂用量下以相对廉价的煤炭制备高比表面积活性炭的方法，由该方法制得的活性炭杂质含量低，具有微孔-介孔复合孔结构，吸附能力优良且生产成本较低，产品的性价比较高。此外由于该方法可以减少碱性活化剂的用量，从而降低了生产过程中对设备的腐蚀。 

本发明以煤炭制备高比表面积活性炭的方法是按如下步骤进行： 

将块状原煤粉碎至100-200目；将碱性活化剂与煤粉按0.6-1.6的质量比研磨混合均匀；反应混合物在惰性气氛中通过多段热处理活化0.5-2h；活化后的混合物经冷却、洗涤、干燥后得到最终产物。

本发明的方法与已有技术相比具有以下优点： 

1、以煤炭为原料制备的活性炭，BET比表面积为2000-2500 m²/g，Langmuir比表面积可以达到2200-3400m²/g，孔结构为微孔-介孔复合孔结构，且微孔、介孔比例可调。

2、由于采用多段热处理方式，该热处理方式法可以控制活化剂的活性及存在形式，因此提高了活化剂的利用效率，从而大大降低了活化剂的消耗，降低了生产成本，减少了环境污染。 

3、所用原料煤无需进行复杂的预处理，在降低能耗的同时也节约了成本。 

在具体实施时煤种的选择为腐殖煤，所述的碱性活化剂可以是氢氧化钾（KOH）、氢氧化钠（NaOH）或二者混合物，本方法所以活化法是活性炭制备领域中常用的工艺方法，活化设备可以是平炉也可以是转炉，升温速率要控制在4-12℃/min，活化温度＜1200℃，本方法中所述洗涤，是指以先后以沸水，5-10%的稀盐酸洗涤，最后水洗除酸。 

附图说明    

图1为实施例1所制得样品的XRD图；图2为实施例1所制得样品的吸脱附等温线图；图3为实施例1所制得样品的孔径-孔容分布图；图4为实施例2所制得样品的吸脱附等温线图；图5为实施例2所制得样品的孔径-孔容分布图。

具体的实施方法

 实施例1：将新疆硫磺沟煤样进行破碎，筛分至150-200目，将筛分的煤样与KOH按1:1.4的比例通过固相研磨混合均匀，在氮气（N₂）气氛中进行炭化和活化（以6℃/min的升温速率升至800℃，恒温30min，再以5℃/min的升温速率升至1000℃，恒温30min）冷却至室温后取出活化产物，先以沸水洗涤，后用稀盐酸洗涤最后水洗除酸，干燥后即可得到样品，样品的收率为30.9％，样品的BET比表面积为2532 m²/g，Langmuir比表面积可以达到3400m²/g，总孔容为1.724cm³/g，微孔孔容为1.152 cm³/g，孔结构为微孔-介孔复合孔结构，微孔所占比例较高。

 实施例2：将新疆硫磺沟煤样进行破碎，筛分至150-200目，将筛分的煤样与KOH按1:0.6的比例通过固相研磨混合均匀，在氮气（N₂）气氛中进行炭化和活化（以6℃/min的升温速率升至800℃，恒温30min，再以5℃/min的升温速率升至1100℃，恒温30min）冷却至室温后取出活化产物，先以沸水洗涤，后用稀盐酸洗涤最后水洗除酸，干燥后即可得到样品，样品的收率为37.6％，样品的BET比表面积为1579 m²/g，Langmuir比表面积为1866m²/g，孔容为0.773cm³/g，介孔孔容为0.449cm³/g，孔结构为微孔-介孔复合孔结构，介孔所占比例较高。