[发明专利]中孔煤基活性炭及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及活性炭技术领域，是一种中孔煤基活性炭及其制备方法。

背景技术

活性炭是一种具有丰富孔隙结构和巨大比表面积的炭质吸附材料，它具有吸附性强、化学稳定性好等优点，被广泛的应用于工业、农业、国防、交通、医药卫生、环境保护等领域，近年来随着环境保护要求的日益提高，国内外活性炭的需求量越来越大，活性炭的发展也越来越迅速。尤其是煤质活性炭的发展，其原因一方面是由于煤炭资源的储量十分丰富、成本较低，另一方面是由于煤基活性炭技术的成熟和进步，使得以煤为原料来制备活性炭的研究也越来越突出。

目前一些研究者，主要把目光定在追求高比表面积、高吸附性能的活性炭制备方面。其中，邢宝林等人以太西无烟煤为原料，KOH为活化剂，采用化学活化法制得比表面积为3215m²/g、碘吸附值达2884mg/g、亚甲基蓝吸附值达548mg/g的高比表面积煤基活性炭。罗道成等以褐煤为原料，磷酸为活化剂，硫酸为添加剂，采用炭活化一步法制备活性炭，活性炭强度为88.2%，比表面积为1158.6m²/g、碘吸附值为946.5mg/g、亚甲基蓝吸附值为203.4mg/g。陈占军把高变质程度的无烟煤与低变质的烟煤混合，以煤焦油为粘结剂，然后成型，选用水蒸汽为活化剂，制得柱状颗粒活性炭和不定形炭，其比表面积为1000m²/g左右，苯吸附值30%至35%，碘吸附值1000mg/g左右。

从前人的工作中，我们可以看到制备高比表面积的活性炭的发展主要集中在以下几方面：一方面是选用优质的无烟煤为原料，采用KOH等化学活化法，再经炭化、活化制得高比表面积的活性炭；另一方面是采用优质和劣质煤混捏成型等技术，制得一定形状的活性炭。使用化学法制得的活性炭，对设备有较严格的要求，也增加了一定的投资成本，难以实现工业化。利用配煤法制备活性炭，对煤质的要求极其严格，所耗费的成本较高，制备工艺技术较复杂。

众所周知，活性炭拥有十分发达的微孔结构，对小分子物质的吸附有极好的效果。但是，当吸附质为聚合物、染料或维生素等有机物大分子时，微孔则失去了吸附功能，只有大、中孔才能吸附这些大分子物质。所以，对活性炭的中孔孔径的研究是必不可少的。郝丽娜等人有采用硝酸锰和硝酸铜为添加剂，催化制备了含金属氧化物的中孔活性炭。朱文魁等人以太西煤和大同煤为原料，在配煤的基础上，添加镁盐和硝酸盐复合催化剂，发现添加剂有利于促进活性炭中3nm至4nm的中孔孔径的发育。由前人的工作发现，在制备活性炭时，利用配煤技术或者是添加催化剂，对发展活性炭中孔是十分有效的。但是，配煤煤质的严格要求、配煤比例的筛选及其复杂的工艺条件，使配煤法制备中孔活性炭有了一定的局限性，同时也增加了实验的复杂性和一定的生产成本。而复合催化剂间的配合性、拟配比的研究，致使实验具有许多不确定性，也很难解释清楚复合催化剂中哪种元素或是哪种化合物促进了孔径的发展。

发明内容

本发明提供了一种中孔煤基活性炭及其制备方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有中孔活性炭制备方法中对媒质要求很高、工艺条件复杂、重复性差和生产成本高的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种中孔煤基活性炭，按下述步骤得到：第一步，将煤破碎至20目至100目的颗粒状煤，破碎后的颗粒状煤和催化剂按质量比为100:3至100:7称取并混合均匀成反应原料；第二步，把反应原料放置在热解管中，在热解管中持续通入氮气并加热热解管，使热解管中物料的温度达到400℃至600℃，在温度为400℃至600℃下恒温1 h至4h；第三步，继续加热热解管，使热解管中物料的温度达到800℃至1000℃，然后停止向热解管中通入氮气，按每千克反应原料中通入流速为0.7 千克 /h至1.2千克 /h的水蒸汽计向热解管中持续通入水蒸汽，在温度为800℃至1000℃下恒温1 h至5h后得到中孔煤基活性炭。