[发明专利]利用聚乙烯醇制备活性炭的方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用聚乙烯醇制备活性炭的方法，属于材料类中的炭素材料领域。

背景技术

活性炭是一种微晶质炭材料，外观黑色，内部空隙结构发达，比表面积大，吸附能力强，具有电子导电性，是一种常用的吸附剂和催化剂。

高比表面积活性炭性能优于普通活性炭，具有孔隙分布窄、吸附量大、吸附速度快，容易再生等特点，广泛应用于气体分离、净化领域。高比表面积活性炭也可以作为超级电容器的电极材料，所利用的就是活性炭的高比表面积和电子导电性。作为高效的二次能源，超级电容器正在得到广泛应用。目前超级电容器一般采用活性炭作为电极材料的活性组分。理论上，超级电容器的电容量与活性炭的比表面积成正比；这就对活性炭的比表面积提出了更高的要求。一般将比表面积大于1000m²/g的活性炭称为高比表面积活性炭。

目前国内外主要以石焦油、果壳、竹木或椰壳渣为原料，以KOH为活化剂制备高比表面积活性炭。但其比表面积也仅仅在2000m²/g左右。很难达到市场需求。由于采用了碱性极强物质，设备腐蚀严重。

生产活性炭最常用的两种方法是气体活化法和化学药品活化法。在气体活化法中，用水蒸气、烟道气或空气等作为活化剂，在高温下与原料炭发生选择性氧化作用，使材料在局部氧化烧蚀过程中转化为活性炭。在化学药品活化法中，用氯化锌、磷酸、氢氧化钾等化学药品作为活化剂，与原料混合以后，再在炭化炉中加热，同时发生炭化和活化反应，最终得到活性炭。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种利用聚乙烯醇制备活性炭的方法。具体是提供一种高比表面积活性炭的制备方法。

本发明利用聚乙烯醇制备活性炭的方法，其特征在于：包括如下步骤：

a、将聚乙烯醇水溶液与氢氧化钙混匀，过滤，得到沉淀；其中，所述聚乙烯醇的醇解度≥50%；

b、将沉淀于500～1000℃下煅烧0.5～5小时，得到混合固体；

c、向混合固体中加入盐酸，将氧化钙除去，过滤，得到黑色固体；将黑色固体干燥，得到活性炭。

进一步地，由于氢氧化钙微溶于水，为了使聚乙烯醇与氢氧化钙充分混匀，优选如下方式将聚乙烯醇水溶液与氢氧化钙混匀：先将聚乙烯醇水溶液和氯化钙溶液混匀；再向混合后的溶液中加入氢氧化钠溶液；其中，聚乙烯醇水溶液和氯化钙溶液的按重量比为1:1～10。

进一步地，浓度过低，形成氢氧化钙的浓度小，几乎全部溶解，同时受到氯化钙的溶解度限制，所以优选所述氯化钙溶液的质量百分浓度为5～40%。

进一步地，浓度过低，形成氢氧化钙的浓度小，几乎全部溶解，同时受到氢氧化钠的溶解度限制，所以优选所述氢氧化钠溶液的质量百分浓度为5～40%。

进一步地，由于反应中生成氢氧化钙，为了不浪费原料，优选氢氧化钠与氯化钙的摩尔比为2:1。

进一步地，受到聚乙烯醇溶解度的限制，优选步骤a中所述聚乙烯醇水溶液的质量百分浓度为5～20%。

本发明所应用的聚乙烯醇原料首先必须能够溶解在水中，配制成水溶液。聚乙烯醇产品在水中的溶解能力与聚乙烯醇的醇解度有关，只有醇解度≥50%的聚乙烯醇才有可能溶解在水中，其中仅有醇解度在87%～89%的产品水溶性最好。因此，聚乙烯醇的醇解度≥50%，优选聚乙烯醇的醇解度为87～89%；更优选聚乙烯醇的醇解度为88%。

醇解度是醇解之后得到的产品中羟基占原有基团的百分比。

进一步地，为了除去洗涤过量的盐酸，步骤c中过滤得到黑色固体后，加水洗涤黑色固体，直至黑色固体呈中性。

进一步地，优选步骤c中干燥方式为烘干，温度为80～150℃。

本发明的基本原理在于，首先让聚乙烯醇在分子层次上分散在氢氧化钙固体中，然后在氢氧化钙分子的隔离下让聚乙烯醇发生炭化反应。反应式可能为

(CH₂CHOH)_n—→C2_n+H₂O↑+H₂↑

同时，在高温下氢氧化钙也会分解为水和氧化钙。由于有氧化钙分子的空间隔离，反应得到的C_2n分子相互间难以聚拢。最后用盐酸将氧化钙分子除去后，就可以得到比表面积很大的活性炭分子。

本发明具有的有益效果：