[发明专利]一种原料煤直接液化处理剂、活性炭纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及一种原料煤直接液化处理剂、活性炭纤维及其制备方法，属于炭纤维材料技术领域，解决了现有的活性炭纤维的机械性能与强度无法满足要求且其制备原料成本高的问题。本发明的活性炭纤维的制备方法包括：步骤1、采用乙二醇‑甘油‑氢氧化钾体系直接液化处理原料煤；步骤2、从原料煤直接液化处理获得的产物中分离出低沸点组分，对剩下的高沸点组分依次进行热处理调制、熔融纺丝和不熔化处理，形成活性炭纤维前体材料；步骤3、将活性炭纤维前体材料依次进行碳化处理和活化处理，制备得到活性炭纤维。本发明降低了原料成本以及实现了煤的高附加值利用。

技术领域

本发明涉及碳纤维技术领域，尤其涉及一种原料煤直接液化处理剂、活性炭纤维及其制备方法。

背景技术

煤是由远古植物经过复杂的生物化学、物理化学及地质化学作用转变而生成的固体富碳矿物质。煤通过直接燃烧与火力发电提供了全球41％的能源需求，煤还大量用于钢铁，水泥，煤化工生产基础化学品，煤也会作为原料来生产用于简单吸附的活性炭材料，煤焦化副产物煤焦油也会被用来作为各种碳材料的前躯体。煤通过煤气化过程产生合成气，然后以合成气为基础合成甲醇，二甲醚等基础化学品，煤可以通过直接催化加氢液化转化为碳氢原料。直接以煤为原料制备高性能、高附加值碳材料还存在很多问题。天然煤自身存在许多缺点，不能直接作为原料，需要一定的预处理过程对煤的大分子结构与组成进行调整，以提高其洁净度，可加工性能等。

纤维状活性炭是一种性能优异的活性炭材料，其具有独特孔隙特性及优异的织造加工性能，在溶剂回收、VOC去除及净水设备得到应用。在活性炭纤维的实际应用中，活性炭纤维在制造成本方面与颗粒活性炭及粉末活性炭存在相对竞争力问题。

活性炭纤维在高端应用方面存在优势，平均单位的吸附能力的制造成本比颗粒活性炭要高出不少，但在大宗工业用途中活性炭纤维是一种昂贵的炭基吸附材料，这也限制了其应用。另外，由于活性炭纤维需要表面有丰富的孔隙结构，这导致其机械性能与强度方面存在一定问题。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种原料煤直接液化处理剂、活性炭纤维及其制备方法，解决了现有的活性炭纤维的机械性能与强度无法满足要求且其制备原料成本高的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种原料煤直接液化处理剂，原料煤直接液化处理剂为乙二醇-甘油-氢氧化钾体系；

乙二醇-甘油-氢氧化钾体系为氢氧化钾的混合多元醇溶液；

乙二醇-甘油混合物中乙二醇与甘油的质量比为1:2～2:1；氢氧化钾含量为乙二醇-甘油-氢氧化钾体系质量的10～25％。

另一方面，本发明还提供了一种活性炭纤维，采用上述的原料煤直接液化处理剂，活性炭纤维的制备材料包括：原料煤和原料煤直接液化处理剂；

原料煤直接液化处理剂的使用量为原料煤质量的3～6倍。

第三方面，本发明还提供了一种活性炭纤维的制备方法，用于制备上述的活性炭纤维，包括以下步骤：

步骤1、采用乙二醇-甘油-氢氧化钾体系直接液化处理原料煤；

步骤2、从原料煤直接液化处理获得的产物中分离出沸点200℃的组分，剩下的组分进行热处理调制，热处理调制的温度为250～450℃，热处理调制的时间为2～6h；将热处理调制处理后的原料煤液化产物进行熔融纺丝，得到纺丝成型纤维；将纺丝成型纤维进行不熔化处理，形成活性炭纤维前体材料；

步骤3、将活性炭纤维前体材料依次进行碳化处理和活化处理，制备得到活性炭纤维。

进一步地，在步骤1中，原料煤的颗粒大小为100～300目；原料煤的水分小于2％。