一种中孔发达活性炭及其制备方法

摘要

本发明公开了一种中孔发达活性炭及其制备方法，涉及吸附材料制备技术领域，包括如下质量组分：煤粉碳酸钙混合粉60~70份，煤焦油20~30份，5~10%氢氧化钾溶液5~10份。本发明包括以下步骤：a，混合无烟煤、烟煤、纳米碳酸钙；b，步骤a中制得的煤粉碳酸钙混合粉，加入煤焦油、5~10%氢氧化钾溶液，按照比例置于捏合机中捏合，形成膏体置于液压圧伸机中挤压成型；c，将挤塑成型的物料置于在温度梯度的电阻炉内炭化；随后置于恒温电阻炉内，活化，冷却出料；d，使用稀盐酸进行洗涤，过滤，洗至中性，烘干，得到中孔发达活性炭。本发明所制备的活性炭中孔发达且孔隙分布窄，中孔发达，吸附效果良好，解决了中孔发达的活性炭制备工艺复杂，成本高的问题，值得推广。

说明书

技术领域

本发明涉及吸附材料制备技术领域，具体为一种中孔发达活性炭及其制备方法。

背景技术

活性炭的吸附性能在很大程度上取决于活性炭中孔隙结构特性，不同的处理对象，对孔隙结构的大小、分布要求不同。特别是处理吸附质为聚合物或者染料等大分子时，只有中孔和大孔才允许这样的大分子进入，微孔几乎不起作用，因此，针对不同用途开发不同孔隙结构的活性炭提高吸附性能显得尤为重要。此外，水处理、催化剂载体、溶剂回收等领域，均要求含有较多的中孔，以保证尽快达到吸附平衡。同时，中孔是吸附质进入微孔的通道，是决定吸附速度的重要因素，中孔发达可以有效提高吸附质在微孔中的扩散能力，因此，开发中孔发达的活性炭具有重大的市场价值。

现有的活性炭直接通过气体活化法或化学法活化制造孔隙，孔隙结构取决于活化时间和活化剂以及原材料的种类；活性炭微孔发达且孔径分布宽，不利于对诸如染料、聚合物等大分子的吸附，目前存在化学试剂调孔技术，主要采用添加硝酸盐等助剂调节孔径分布，但是使用量大，成本高，后处理工序复杂。为此，需研究解决目前中孔发达的活性炭制备工艺复杂，成本高，对设备腐蚀性大，需要提高活性炭对大分子物质的吸附性能等问题。

发明内容

本发明为了解决目前活性炭对大分子物质的吸附性能差，中孔发达的活性炭制备工艺复杂，成本高，对设备腐蚀性大等问题，提供了一种中孔发达活性炭及其制备方法。

本发明采用如下技术实现：

本发明提供一种中孔发达活性炭，包括如下质量组分：煤粉碳酸钙混合粉60~70份，煤焦油20~30份，5~10%氢氧化钾溶液5~10份；其中煤粉碳酸钙混合粉中，200目无烟煤、200目烟煤、400目纳米碳酸钙的质量比为（60~80）：（10~17）：（1~5）。

上述中孔发达活性炭的具体制备工艺如下：

a，混合

按照质量比为（60~80）：（10~17）：（1~5），取200目无烟煤、200目烟煤、400目纳米碳酸钙，置于混合机中搅拌30~50min，充分混合，所得的煤粉碳酸钙混合粉备用；在高温下纳米碳酸钙分解，分解产物二氧化碳作为活化剂和扩孔剂徐徐溢出进行造孔，有利于活性炭孔隙结构的形成；

b，捏合压型

取质量为60~70份步骤a中制得的煤粉碳酸钙混合粉，加入20~30份煤焦油、5~10%氢氧化钾溶液5~10份，按照比例初步混合后置于捏合机中捏合，形成膏体后，置于液压圧伸机中，挤压成型，成型后的料粒径为1.5~4.0mm，粒径大小根据模具控制；少量添加氢氧化钾，即采用物理~化学联合活化法，可以减少单纯化学活化法对设备的腐蚀和环境的污染；

c，炭化、活化

将步骤b中挤塑成型的物料置于在250~550℃温度梯度的电阻炉内，在隔绝空气条件下炭化0.5~2小时；随后置于850~950℃的恒温电阻炉内，以4~8ml/min的流速通入水蒸气，活化2~4小时，冷却出料；

d，酸洗、水洗

使用5~9%盐酸进行洗涤30~60min，过滤，去离子水洗涤至中性，烘干，得到中孔发达活性炭。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

本发明所制备的活性炭中孔发达且孔隙分布窄，采用物理-化学联合活化法，少量添加氢氧化钾，可以减少单纯化学活化法对设备的腐蚀；在高温下纳米碳酸钙分解，分解产物二氧化碳作为活化剂和扩孔剂徐徐溢出，有利于活性炭孔隙结构的形成，经过试验，样品的平均孔径为3.26nm及3.97nm，中孔比例达56.2%及59.8%，碘吸附值分别为1020mg/g及1065mg/g，亚甲蓝吸附值208mg/g及213mg/g，比表面积1089%及1169%。中孔发达，吸附效果良好，彻底解决了中孔发达的活性炭制备工艺复杂，成本高的问题，值得推广。

附图说明

图1为本发明中孔发达活性炭制备工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

实施例1

一种中孔发达活性炭，包括如下质量组分：煤粉碳酸钙混合粉67份，煤焦油23份，6%氢氧化钾溶液10份；其中煤粉碳酸钙混合粉中，200目无烟煤、200目烟煤、400目纳米碳酸钙的质量比为16：3：1。

上述中孔发达活性炭的制备方法，如图1所示，具体步骤如下：

a，混合

按照质量比为16：3：1，取200目无烟煤、200目烟煤、400目纳米碳酸钙，置于混合机中搅拌30min，充分混合，所得的煤粉碳酸钙混合粉备用；

b，捏合压型

取质量为67份步骤a中制得的煤粉碳酸钙混合粉，加入23份煤焦油、6%氢氧化钾溶液10份，按照比例初步混合后置于捏合机中捏合，形成膏体后，置于液压圧伸机中，挤压成柱状，成型后的料粒径为2.0mm；

c，炭化、活化

将步骤b中挤塑成型的物料置于在电阻炉内，电阻炉的升温梯度为10℃/min，温度上升至500℃后保持30min，在隔绝空气条件下炭化；随后置于900℃的恒温电阻炉内，以6ml/min的流速通入水蒸气，活化2.5小时，冷却出料；

d，酸洗、水洗

使用9%盐酸进行洗涤30min，过滤，去离子水洗涤至中性，烘干，得到中孔发达活性炭。

对上述步骤制得的样品多种参数进行检验

1、平均孔径的测定

检验标准参考GB/T 7702.20《煤质颗粒活性炭试验方法 孔容积和比表面积的测定》，经过试验计算得到样品的平均孔径为3.97nm。

2、中孔比例的测定

检验标准参考GB/T 7702.20《煤质颗粒活性炭试验方法 孔容积和比表面积的测定》，经过试验计算得到样品的中孔比例为59.8%。

3、比表面积的检验

检验标准参考GB/T 7702.20《煤质颗粒活性炭试验方法 孔容积和比表面积的测定》，测得的样品的比表面积分别为1089m

4、碘吸附值的检验

检验标准参考GB/T 7702.7《煤质颗粒活性炭试验方法 碘吸附值的测定》，测得的样品的碘吸附值分别为1020mg/g。

5、亚甲蓝吸附值的检验

检验标准参考GB/T 7702.6《煤质颗粒活性炭试验方法亚甲蓝吸附值的测定》，测得的样品的亚甲蓝吸附值208mg/g。

实施例2

一种中孔发达活性炭，包括如下质量组分：煤粉碳酸钙混合粉67份，煤焦油23份，6%氢氧化钾溶液10份；其中煤粉碳酸钙混合粉中，200目无烟煤、200目烟煤、400目纳米碳酸钙的质量比为16：3：1。

上述中孔发达活性炭的制备方法，如图1所示，具体步骤如下：

a，混合

按照质量比为16：3：1，取200目无烟煤、200目烟煤、400目纳米碳酸钙，置于混合机中搅拌30min，充分混合，所得的煤粉碳酸钙混合粉备用；

b，捏合压型

取质量为67份步骤a中制得的煤粉碳酸钙混合粉，加入23份煤焦油、6%氢氧化钾溶液10份，按照比例初步混合后置于捏合机中捏合，形成膏体后，置于液压圧伸机中，挤压成柱状，成型后的料粒径为2.0mm；

c，炭化、活化

将步骤b中挤塑成型的物料置于电阻炉内，升温梯度为10℃/min，温度上升至500℃后保持30min，在隔绝空气条件下炭化；随后置于900℃的恒温电阻炉内，以6ml/min的流速通入水蒸气，活化3.5小时，冷却出料；

d，酸洗、水洗

使用9%盐酸进行洗涤30min，过滤，去离子水洗涤至中性，烘干，得到中孔发达活性炭。

对上述步骤制得的样品多种参数进行检验

1、平均孔径的测定

检验标准参考GB/T 7702.20《煤质颗粒活性炭试验方法孔容积和比表面积的测定》，经过试验计算得到样品的平均孔径为3.26nm。

2、中孔比例的测定

检验标准参考GB/T 7702.20《煤质颗粒活性炭试验方法孔容积和比表面积的测定》，经过试验计算得到样品的中孔比例为56.2%。

3、比表面积的检验

检验标准参考GB/T 7702.20《煤质颗粒活性炭试验方法孔容积和比表面积的测定》，测得的样品的比表面积分别为1169 m

4、碘吸附值的检验

检验标准参考GB/T 7702.7《煤质颗粒活性炭试验方法 碘吸附值的测定》，测得的样品的碘吸附值分别为1065mg/g。

5、亚甲蓝吸附值的检验

检验标准参考GB/T 7702.6《煤质颗粒活性炭试验方法亚甲蓝吸附值的测定》，测得的样品的亚甲蓝吸附值213mg/g。

对比实施例1与实施例2参数检测结论可以发现，碘吸附值提升至1065 mg/g，提升4.5%；亚甲蓝吸附值提升至 213 mg/g，提升2.4%。其中亚甲蓝吸附值表征活性炭中孔数量，是中孔数量的检测衡量指标，可得结论适当增加活化时间可以促进水蒸气与炭的反应，活性炭的吸附效果更好。

实施例3

一种中孔发达活性炭，包括如下质量组分：煤粉碳酸钙混合粉60份，煤焦油30份，10%氢氧化钾溶液10份；其中煤粉碳酸钙混合粉中，200目无烟煤、200目烟煤、400目纳米碳酸钙的质量比为72：10：1。

上述中孔发达活性炭的制备方法，如图1所示，具体步骤如下：

a，混合

按照质量比为72：10：1，取200目无烟煤、200目烟煤、400目纳米碳酸钙，置于混合机中搅拌40min，充分混合，所得的煤粉碳酸钙混合粉备用；

b，捏合压型

取质量为60份步骤a中制得的煤粉碳酸钙混合粉，加入30份煤焦油、10%氢氧化钾溶液10份，按照比例初步混合后置于捏合机中捏合，形成膏体后，置于液压圧伸机中，挤压成柱状，成型后的料粒径为4mm；

c，炭化、活化

将步骤b中挤塑成型的物料置于250~550℃温度梯度的电阻炉内，在隔绝空气条件下炭化2小时；随后置于850℃的恒温电阻炉内，以4ml/min的流速通入水蒸气，活化4小时，冷却出料；

d，酸洗、水洗

使用7%盐酸进行洗涤40min，过滤，去离子水洗涤至中性，烘干，得到中孔发达活性炭。

实施例4

一种中孔发达活性炭，包括如下质量组分：煤粉碳酸钙混合粉70份，煤焦油20份，5%氢氧化钾溶液5份；其中煤粉碳酸钙混合粉中，200目无烟煤、200目烟煤、400目纳米碳酸钙的质量比为60：17：3。

上述中孔发达活性炭的制备方法，如图1所示，具体步骤如下：

a，混合

按照质量比为60：17：3，取200目无烟煤、200目烟煤、400目纳米碳酸钙，置于混合机中搅拌50min，充分混合，所得的煤粉碳酸钙混合粉备用；

b，捏合压型

取质量为70份步骤a中制得的煤粉碳酸钙混合粉，加入20份煤焦油、5%氢氧化钾溶液5份，按照比例初步混合后置于捏合机中捏合，形成膏体后，置于液压圧伸机中，挤压成柱状，成型后的料粒径为1.5mm；

c，炭化、活化

将步骤b中挤塑成型的物料置于250~550℃温度梯度的电阻炉内，在隔绝空气条件下炭化0.5小时；随后置于950℃的恒温电阻炉内，以8ml/min的流速通入水蒸气，活化2小时，冷却出料；

d，酸洗、水洗

使用5%盐酸进行洗涤60min，过滤，去离子水洗涤至中性，烘干，得到中孔发达活性炭。

本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，而且对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。