[发明专利]活性炭及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种活性炭及其制备方法和应用，所述活性炭具有超高的比表面积和孔隙度，孔径范围为0.4～10nm，且1nm以下的微孔容为0.5cm³/g以下，具有高于现有商业活性炭的吸附性能。因此该活性炭吸附材料在化工和环保中二氧化硫、氮氧化物及挥发性有机物等污染物控制领域有较大的应用潜力。

技术领域

本发明属于多孔吸附材料及其制备的技术领域，尤其属于多孔活性炭及其制备领域，同时涉及化工和环保行业中二氧化硫、氮氧化物及多种VOCs的吸附净化，特别涉及一种多微孔的活性炭吸附剂及其净化VOCs的应用。

背景技术

VOCs的治理是目前环保领域最为重要的研究热点之一。大气中的人为来源挥发性有机物(VOCs)来源广泛，主要包括石化、油品运输、印刷和建材装饰等行业，对人体和环境危害巨大。

在常见的VOCs治理方法中，固体吸附法具有成熟的应用背景，且广泛应用于VOCs的去除，活性炭是最常见的吸附剂。作为最重要的工业吸附剂之一，活性炭是一种具有发达孔隙结构、较高比表面积，多种表面官能团(如羧基、羰基、羟基等)、较大机械强度、以及耐酸、耐碱、耐热、失效后易再生等特性的含碳物质，可以广泛应用于水净化、空气净化、有机溶剂回收、航空、军事、食品、催化剂载体、电极材料等方面。

活性炭用于VOCs吸附中，最关键的难点是，针对不同类型和不同浓度的VOCs，如何调节适合的孔结构以获得优化的吸附性能。活性炭主要分为煤质活性炭和木质活性炭。目前使用最广泛的是煤质活性炭，然而木质活性炭的比表面积和孔隙度通常高于煤质活性炭，因此更加适合VOCs吸附。但是木质活性炭通常多用于水处理中有机污染物或重金属离子的吸附去除，对于气相VOCs的吸附研究相对较少，因此缺乏合适的制备方法以获得更多适合VOCs吸附的孔结构。

引用文献1公开了一种木质活性炭的生产工艺，包括以下步骤：(1)准备原料、(2)对原料进行碳化处理、(3)粉碎、检验、包装入库，本发明充分运用了木材、木屑、树根、果核、果壳等植物资源、拓宽了活性炭原料的来源渠道，降低了活性炭的原料成本，并且该活性炭制备方法简便、耗时较短，制成的活性炭成品品质较高。但该文献没有对所得到的活性炭的吸附行为作出进一步的研究。

引用文献2针对于现有活性炭吸附容积小、脱硫活性不高、表面含氮官能团热稳定性差等缺陷，设计了一套具备高吸附容积、高热稳定性、高吸附活性和易于实现工业化系统的制备工艺，并在实际烟气条件下得到了改性后活性炭对烟气中的SO₂的良好吸附作用。其提出商业柱状活性炭先进行900-1100℃的氮气气氛高温处理，活性炭的孔隙结构得到明显改善，孔隙度和介孔率增加，活性炭吸附能力得到极大的增强。其次，扩孔后的活性炭经过氨气在900-1100℃的高温修饰改性，表面含氮官能团明显增加，热稳定性及活性显著增强，实现对于SO₂的大容量吸附-脱附的吸附作用。该文献基于商业活性炭的二次处理，也没有针对木质活性炭提出特别的观点。

引用文献3提供了一种改性活性炭的制备方法，将木质素活性炭在过氧化氢中浸泡，然后将活性炭粉与强碱溶液混合，在氧化气氛下进行活化得到改性活性炭前驱体，然后与强酸溶液混合，处理后得到产品。该方法制备得到的改性活性炭孔隙率提高，具有较大的比表面积。但没有对孔径对于特定浓度的气体吸附行为的影响进行研究。

另外，引用文献4提供了一种制备活性炭的方法，其包括把有机化合物吸附到含有显示出宽孔径分布(0.5～10nm)的孔的活性炭中从而选择性地封闭具有小孔径的孔(0.5～2nm)的步骤。根据该制备方法，可以制备出吸附-脱附特性优良的活性炭。虽然其提出了通过控制孔径来对吸附或脱附行为进行改进，但其使用了额外的有机化合物。

因此，可见，虽然现有技术对源自于木质的活性炭的制备进行了一定程度的改进，同时对不同来源的活性炭的孔径与吸附行为的关系进行了某些讨论，但总体上对于用于VOCs吸附的源自于木质的活性炭的可控吸附行为还有进一步研究的余地。

引用文献：