[发明专利]一种用于捕获CO2的球状活性炭的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于活性炭的一种制备方法，具体地说涉及一种用于捕获CO₂的球状活性炭的制备方法。 

背景技术

全球气候变暖是21世纪人类面临的最重大的环境问题。由于燃煤发电厂排放的CO₂被认为是引起“温室效应”的主要气体，因此人们付出巨大努力发展新型材料和技术用于降低CO₂的排放量。球状活性炭具有丰富的孔容、表面光滑、流动性好、压降小、吸脱附速率快及化学和热稳定性高优点，被认为是一种良好的CO₂固体捕获剂。然而球状活性炭在捕获CO₂的实际应用中必须满足另外两个条件：（1）高强度，主要是针对捕获CO₂所使用的大型流化床。低强度球状活性炭在大型流化床中由于滚动摩擦和气流穿透摩擦容易破碎；（2）高比表面积，利用大量的微孔空间能大量吸附CO₂。综合以上因素，大孔吸附树脂基和大孔离子交换树脂基球状活性炭显示出其明显的优势。吕春祥（专利公开号：CN1480397A）等采用球形树脂为原料，经过溶胀、深度磺化、梯度浓度酸洗、炭化和活化制备了球状活性炭。凌立成（专利公开号：CN1480399A）等采用球形树脂为原料，经过空气预氧化、高温炭化和水蒸气活化制备了球状活性炭。齐鸿云（专利公开号：CN1631516）等采用苯乙烯-二乙烯苯共聚大孔型珠体为原料，经过氯甲基化、傅氏反应、稳定化、和活化等一系列工艺路线制备了球状活性炭。虽然以上专利均采用大孔吸附树脂球或大孔离子交换树脂球制备了高强度的球状活性炭，但比表面积相对较低（450-1500m²/g），不利于CO₂捕获。梁晓怿（专利公开号：CN101062770A）等采用沥青球、酚醛树脂球及大孔吸附树脂球等原球先高温炭化，后经KOH活化制备了高比表面积的球状活性炭（1400-2300m²/g）。虽然经KOH活化后能制备出无破裂的高比表面积球状活性炭，但KOH属于强碱性活化剂，在高温下对碳原子的刻蚀能力超强，导致炭收率较低，在实验中我们发现这种高比表面积球状活性炭的强度较低，平均颗粒强度仅4-6 N，难以在用于吸附CO₂的大型流化床中使用。目前在制备即具高强度又兼有高比表面积的球状活性炭方面尚未见报道。 

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺路线简单，工艺步骤少，具有高强度、高比表面积和高CO₂吸附量的用于捕获CO₂的球状活性炭的制备方法。 

本发明采用商品化的大孔吸附树脂球或大孔离子交换树脂球为原料，通过高温炭化、K₂CO₃活化制备球状活性炭。K₂CO₃作为一种相对于KOH温和的活化剂，能够在最大程度上降低钾离子对炭原子的刻蚀程度，使获得的球状活性炭具有较高的机械强度。同时，K₂CO₃通过树脂球本身存在的中大孔容易进入内部进行有效的刻蚀炭原子，能够制备高比表面积的球状活性炭。具体步骤为： 

（1）树脂球的炭化：将树脂球在氮气保护下以0.5-2℃/min的速率升温至700-900℃，并在此温度下炭化1-3h，得到球状炭；

（2）球状炭的活化：将得到的球状炭与K₂CO₃按质量比1:2-6混合后，以2-5℃/min的速率升温至800-900℃，并在此温度下活化0.5-2h。最后经去离子水反复洗涤至中性，干燥，即得球状活性炭。

所述的树脂球是大孔吸附树脂球或大孔离子交换树脂球等其中一种，其中孔径分布于10-50nm。 

所述的树脂球是直接炭化和活化，不需经过氧化、磺化等预处理。 

本发明制备的球状活性炭的平均颗粒强度为10-15N、比表面积为1800-2600m²/g、CO₂吸附量为10-18 wt%。 

本发明具有如下优点： 

本方法工艺路线简单、工艺步骤少、产率高、有利于工业化推广。

本方法制备的球状活性炭强度高（平均颗粒：10-15N）、比表面积高（1800-2600m²/g）、CO₂吸附量高（10-18 wt%）。 

具体实施方式

实施例1：