[发明专利]一种高硫含量沥青和活性炭及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种高硫含量沥青和活性炭及其制备方法，沥青中硫含量在3-30wt％，活性炭中的硫含量在2-15wt％。该活性炭对含硫物质有高的选择性吸附能力，在脱硫(物理或化学)和选择性吸附(如汞)有多种用途。

背景技术

活性炭是一种比表面积高的炭材料，作为吸附剂广泛应用于分离、电化学、催化等领域。活性炭主要是由碳原子组成的固体物质，其碳含量达90％以上。活性炭的研究已经很充分了，近年来人们发现提高活性炭中的杂原子含量(如氮、硫等)可以提高其选择性吸附能力，如孙康等人在“表面掺氮活性炭的制备及其甲醛吸附性能研究”(《林产化学与工业》2014，Vol.34，No.4，77-82)中通过在活性炭表面采用苯胺制备富氮的活性炭，对甲醛的选择性吸附性很高。又如，邓先伦等人在“除汞载硫活性炭研发”一文中(《林产化工通讯》2004，第38卷，第3期，13-16)提出，采用单质硫在一定工艺条件下，将硫分布在活性炭的微孔中，对汞的吸附性有所提高。蒋媛媛等(Effectoforganicsulfurcompoundsinprecursoronthecapacitanceperformanceofpreparedactivatedcarbon.Industrial&EngineeringChemistryResearch.2013，52(45)：15801-15807)。通过FeS₂加入沥青和石油焦中，制得的活性炭含有有机硫化合物，硫对这种活性炭作为电容器电极材料性能的提高有利。MykolaSeredych等人(美国纽约城市大学)在(AppliedCatalysisB：Environmental106(2011)133-141上发表了“Removalofdibenzothiophenesfrommodeldieselfuelonsulfurrichactivatedcarbons”采用硫化氢处理活性炭，使硫化物负载在活性炭表面，这种活性炭表现出对硫化物良好的选择性吸附。

要想提高活性炭的选择性吸附，最简单的方法是提高活性炭中硫元素的含量。前述蒋媛媛采用添加FeS₂的方法制备的活性炭硫含量可达到5％，但活性炭中的硫是无机硫和有机硫的混合物，无机硫的存在对活性炭的使用是不利的。而前述的MykolaSeredych采用H₂S气氛处理的方法，所负载的硫不到1％。要提高含硫活性炭的选择性能力，最简单的方法是提高活性炭有机硫的含量。本发明就是在上述思路下完成的。

工业沥青是以石油重质油或者煤焦油为原料，经一系列工艺处理形成的由多环芳烃化合物组成的混合物。其中有部分杂原子，如硫、氮和氧等，这些杂原子的含量在2％(质量百分数，以下同)以下。沥青是制备炭材料的前驱体原料之一，当采用沥青为部分原料制备活性炭时，杂原子也就或多或少的保留在炭材料中，通常杂原子的含量在1％以下。所以，一般活性炭的杂原子含量很低。采用含杂原子高的原料制备活性炭是提高杂原子含量的主要方法，其中含氮的活性炭研究较多，而对提高硫含量的研究相对较少，目前制备的活性炭中硫含量较低。本发明采用单质硫和多环芳烃化合物反应制备出一种硫含量高的沥青，这种沥青中硫含量可达30％，由此制备的活性炭中硫含量达到15％。由于硫含量很高，所以在选择性吸附表现出与以往活性炭不同的特性。

发明内容：

本发明的目的是提供一种高硫含量沥青及其活性炭的方法。这种活性炭对硫化物有较高的选择性吸附特性，在一些领域有广泛用途。

高硫含量沥青及其活性炭制作方法如附图1所示：

(1)沥青的制备：采用多环芳烃化合物或其混合物与单质硫以1∶1--20∶1的质量比例混合，在密闭或半敞开体系中，体系压力0.1-5MPa，反应温度150-400℃，反应时间0.5-15小时，反应完成后就得到含硫沥青；

(2)上述含硫沥青制备所用多环芳烃化合物是2个苯环以上的芳烃化合物，如萘、蒽、菲等，也可以是多种芳烃化合物混合物；

(3)含硫活性炭的制备：制备活性炭的原料有三种，它们是a：将上述含硫沥青在空气中氧化-交联不熔化，即固化的含硫沥青；b：在惰性气氛下直接在600-1000℃炭化得到含硫的焦；c：以含硫沥青为粘结剂，普通沥青焦或者石油焦及其它富含碳元素的物质为骨料，采用混合-成型-炭化的工艺制得的炭质材料。

(4)采用(3)中的原料，在水蒸气或添加活化剂的条件下活化，就得到含硫活性炭。