[发明专利]活性炭及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体吸附剂及其制备方法，特别是一种活性炭及其制备方法。

背景技术

吸附是利用固体介质的多微孔特性，对组分进行选择性吸着的单元操作，是一种比较成熟的分离和净化方法，广泛地应用于化工、环保、医药及军事等领域。在诸多吸附材料中，活性炭因其吸附能力强且成本低而得到广泛地应用。

活性炭是一种多孔碳材料，具有比表面积大、原料来源广泛、机械强度高、易再生及稳定性好等优点。活性炭通常是将原料在一定的条件下经碳化和活化后得到。碳化的主要目的是得到具有适于活化的初始孔隙和一定机械强度的碳化料，碳化的实质是原材料中的有机物进行热解反应，包括热分解反应和缩聚反应。活化的主要目的是制备具有高比表面积的活性炭；活化方法通常分为物理活化法和化学活化法。其中，物理活化法是将碳化后的原材料在水蒸气或二氧化碳中进行热解反应，是一种吸热反应，需要外部不断提供热源。化学活化法是把化学药品加入原料中，然后在惰性气体介质中加热，进行活化；最具代表性的化学活化法有氯化锌法、磷酸盐法、氯化钙法和碱法；但是由于采用化学用品，其会带来以下问题：对设备的腐蚀性高；污染环境；活性炭中残留有化学药品；需要消耗大量的化学药品，成本较高；需要外部热源并严格控制活化温度。

制备活性炭的原料大致可以分为两大类：植物类原料和矿物类原料。植物类原料主要包括木材、木炭、果壳、纸浆废液等；矿物类原料主要包括煤、石油、塑料等。与矿物类原料相比，植物类原料不仅具有可再生、成本低、环保等优点，而且天然的植物纤维结构适合于制备微孔发达、比表面积高及机械强度高的活性炭。目前，制备活性炭原料主要为木材和优质煤等，生产成本较高；因此，近年来特别重视利用各种工农业废弃物制备高吸附性活性炭。我国是世界上最大粮食生产国，其中谷壳约占稻谷重量的20%，是一种丰富廉价的可再生资源，作为废弃物丢弃或燃烧处理，污染环境又浪费资源。

在公布号为CN102247802A的专利文献中公布了一种以谷壳为原料，利用碱性物质活化制备活性碳的方法，其工艺简单，但是采用的活化剂为NaOH；其利用廉价的谷壳为原料进行制备活性炭，使制备成本低，原料可再生，来源广泛；但是由于采用化学活化法，会带来相应的问题。此外，这种方法需要对谷壳进行破碎，只是利用稻壳是一种廉价并可再生资源的优点，并没有利用谷壳本身结构的优点。

采用物理活化法制取生物质壳类活性炭不仅可以节约成本，还可以充分地利用生物质壳本省特有的半椭球形结构。但是常用的物理活化法是先对原材料进行碳化，再进行活化，并且碳化和活化过程中需要外部热源以控制相应的碳化与活化温度条件。针对物理活化法中将活化与碳化阶段分开并需要不同设备的问题，在公开号为CN1048203A的专利文献中公开了一种利用乌柏籽壳制取活性炭的方法，其将碳化与活化阶段同时进行，并且在同个设备中进行；其利用在活化中制得可燃性气体进行燃烧提供热源的同时还需要外部热源，控制碳化的温度范围为500℃-700℃及活化的温度范围为800℃-900℃；由于在制备过程中利用本身生成的可燃性气体进行燃烧提供热量，需要引进空气，存在一定的安全隐患，并且温度控制方法复杂；整个制备周期达到72-120小时。

如果可以采用物理活化法制取生物质壳类活性炭，而不需要外部热源及复杂的温度控制方法，则降低生产成本的同时提高安全性，简化生产工艺。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种成本低且吸附性能好的活性炭。

本发明的另一目的是提供一种成本低、温度控制方法简单、安全性高及无需外部热源的活性炭制备方法。

为实现上述主要目的，本发明提供的活性炭，包括碳、二氧化硅；其中活性炭的自然堆积密度为0.1-0.3克/立方厘米。

由以上方案可见，由于该活性炭的自然堆积密度为0.1-0.3克/立方厘米，与现有的活性炭相比，其自然堆积密度低，适合一些对低密度有特殊要求的场合，便于运输及利用。

一个具体的方案为，活性炭由生物质壳料作为原料制备而成。

由以上方案可见，其采用生物质壳料作为原料制备而成，可以保持原料的原有形状，保持生物质原有的半椭球形且活性炭颗粒大小均匀，机械强度高且具有一定的弹性；堆积时自然形成许多缝隙而有利于流体的流通；单位质量表面积较高。

更具体方案为，活性炭由稻谷壳作为原料制备而成；二氧化硅占活性炭的重量百分比为32%-40%。