[发明专利]成本低且具有层次孔结构沥青基球形活性炭的制备方法

说明书

本发明涉及本发明公开一种成本低且具有层次孔结构沥青基球形活性炭的制备方法，本发明以软化点为130～230℃的煤沥青为原料，以低温易分解有机物作造孔剂，经过混合、破碎、球化、空气氧化、液相氧化、炭化、水蒸气活化和酸洗而制得沥青基球形活性炭。其中，所制沥青基球形活性炭的球径为0.4～1.5mm、密度为0.5～0.85g/cm3，比表面积为800～1500m2/g，抗振强度高于95％，微孔含量为60～83％，中孔含量为30～5％，大孔含量为10～12％，球形度高于99％。该发明对推进沥青基球形活性炭的工程化以及促进球形活性炭在民用、工业、航天航空等领域中的应用具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种沥青基球形活性炭的制备方法，尤其是涉及一种成本低且具有层次孔结构沥青基球形活性炭的制备方法。

背景技术

军民融合新材料已上升为国家战略，国防重点工程、高精尖武器装备、医药、电子、空气与水净化对高端吸附材料需求迫切。沥青基球形活性炭，是一种以高软化点煤沥青(软化点：240～280℃)为原料，以精萘为造孔剂，经过球化、萃取、氧化不熔化、炭化和水蒸气活化而制得。它是一种粒径为0.1～1.5mm、球形结构、强度高且富含微孔(孔径：0.4～2nm)结构的碳质吸附材料。同现有市售粒状、柱状、粉状活性炭相比，沥青基球形活性炭不仅吸附选择性好、吸附容量高、强度高，而且在实际使用过程中还具有装填密度高、可采用电解吸技术进行快速吸脱附的优势；同树脂基球形活性炭相比，树脂基球形活性炭在制备过程中需要进行硫酸磺化反应以提高树脂球的耐热温度，也因此带来严重的设备腐蚀和难以工程放大的难题。因此，沥青基球形活性炭比树脂基球形活性炭具有更好的发展前景，而且比市售活性炭具有更为广泛的应用领域，对促进我国国防、医药、电子、化工等行业的发展具有重要意义。

需要指出的是，现有的沥青基球形活性炭因原料、制备工艺的限制导致其制备成本较高。导致成本高的具体因素和缺陷如下：

(1)原料是软化点为240～280℃的高软化点煤沥青，目前的市售价格是中温煤沥青的8倍以上；

(2)为了降低成球温度并在沥青球内部产生原始的孔隙，必须在高软化点煤沥青中均匀混合10～50％的精萘；

(3)采用有机溶剂萃取的方法脱除含萘沥青球中的萘，需要用到大量的有机溶剂，而用到的有机溶剂(如石油醚等)均为工业甲类物质；

(4)采用固定床反应器对多孔沥青球进行氧化不熔化时，氧气在固定床反应器内部的扩散阻力太大，反应时间长，能耗高，产能小；

(5)精萘和有机溶剂萃取剂，不仅易燃易爆，而且对厂房结构和设备布局有严格的要求，进一步增加固定资产成本。

发明内容

本发明设计了一种成本低且具有层次孔结构沥青基球形活性炭的制备方法，目的在于提供一种制备成本低、球径为0.4～1.5mm、密度为0.5～0.85g/cm³、比表面积为900～1300m²/g、抗振强度高于95％且兼具“大孔-中孔-微孔”层次孔结构的沥青基球形活性炭的制备方法。

该方法具有以下特点：(1)以价格低、喹啉不溶物含量高且软化点为130～230℃的煤沥青为原料；2)以价格低且低温容易分解的煤焦油类物质为造孔剂；3)通过空气预氧化，一方面让造孔剂发生裂解反应在沥青球的基体中形成适量的原始孔隙，一方面提高含孔沥青球的强度；4)采用液相氧化的方法，缩短多孔沥青球的氧化不熔化时间；5)利用特种煤沥青自身存在的微量金属作为催化剂，降低炭化沥青球的水蒸气活化温度及时间。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种成本低且具有层次孔结构沥青基球形活性炭的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将特种煤沥青、造孔剂按质量比1：0.1～0.3在常温下通过双螺杆挤出机进行均匀混合，然后制成直径为2～3mm的造孔剂/煤沥青条；