一种制备三维多级孔道活性炭的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备三维多级孔道活性炭的方法，该方法包含：步骤1，预处理碳源前驱体：将碳源前驱体清洗、干燥；步骤2，向步骤1预处理后的碳源前驱体中加入活化剂的水溶液，使其溶解成混合物；该活化剂水溶液为碱溶液；步骤3，除去步骤2中混合物中的水分，得到固体颗粒或者胶状产物；步骤4，在非氧化性气体的保护下，对步骤3所得的产物热处理，得到活化产物；步骤5，步骤4的活化产物经后处理得到三维多级孔道活性炭。本发明专利技术采用一步碳化法，工艺简便，与传统方法相比，活化剂的用量大大降低，来源广泛且成本低廉，并且可以使用的碳源相当广泛，适宜于规模化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料制备的
，涉及到，该三维多级孔道活性炭可以用吸附领域。
技术介绍
活性炭材料用途广泛，可用于吸附环境污染物，也可用作超级电容器的电极材料。活性炭的特点是高比表面积。制备活性炭的前驱体来源广泛、制备简便、性质稳定等。活性炭通常是通过活化剂(氢氧化钾、氯化锌等)活化碳化的有机物得到。传统的制备方法消耗大量的活化剂，而且得到的活性炭以微孔为主，其吸附值较低。多级孔道活性炭是一种同时具有大尺寸的孔洞，中孔和一定比例的微孔的活性炭材料。其特点是:具有较高的吸附值。多级孔道活性炭可以通过模板法形成具有一定数量大孔聚合物，继而碳化、活化得到。模板法制备过程复杂、并且需要消耗大量的模板剂。因此，有必要研发一种更加简便的工艺方法制备三维多级孔道活性炭，其消耗很少量的活化剂。
技术实现思路
本专利技术的目的是改进，大大降低活化剂的消耗量，且工艺简便，得到的活性炭具有连续的三维多级孔道的结构。为达到上述目的，本专利技术提供了，该方法包含: 步骤1，预处理碳源前驱体:将碳源前驱体清洗、干燥； 步骤2，向步骤1预处理后的碳源前驱体中加入活化剂的水溶液，使其溶解成混合物；该活化剂水溶液为碱溶液； 步骤3，除去步骤2中混合物中的水分，得到固体颗粒或者胶状产物； 步骤4，在非氧化性气体的保护下，对步骤3所得的产物热处理，得到活化产物； 步骤5，步骤4的活化产物经后处理得到三维多级孔道活性炭。上述的方法，其中，所述的碳源前驱体选择木质素、淀粉、水藻中的任意一种或者几种。上述的方法，其中，所述的活化剂选择氢氧化钾、碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钙中的任意一种或几种。上述的方法，其中，所述的活化剂与碳源前躯体的用量比以质量比计为:0.5~2:5。上述的方法，其中，步骤2中的固体颗粒产物须经处理成粉末状，再继续后续步骤。上述的方法，其中，所述的非氧化性气体选择氮气、氩气、二氧化碳中的任意一种或几种。上述的方法，其中，其特征在于，所述的热处理温度为800-1200°C ;热处理时间为l-5ho上述的方法，其中，所述的后处理包含:清洗和干燥步骤。上述的方法，其中，所述的清洗选择酸液清洗或热水清洗或二者的组合。本专利技术所制备的活性炭材料具有连续的三维多级孔道结构，并且与传统方法相比，活化剂的用量大大降低，一步碳化法的方法简单，并且可以使用的碳源相当广泛，因此适宜于规模化生产。【附图说明】图1为本专利技术的制备三维多级孔道活性炭的方法的工艺流程图。图2为本专利技术的实施例1制备的具有连续的三维多级孔道结构的活性炭的扫描电镜照片。【具体实施方式】以下结合附图和实施例说明本专利技术的具体技术方案。如图1所示，为本专利技术的制备三维多级孔道活性炭的方法包含如下步骤: 步骤1 (S1)，预处理:将碳源前驱体清洗、干燥； 步骤2 (S2)，与活化剂混合:向步骤1预处理后的碳源前驱体中加入活化剂的水溶液，使其充分溶解成混合物；该活化剂水溶液为碱溶液，可选择氢氧化钾、碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钙中的任意一种或几种的水溶液； 步骤3 (S3)，除去水分:除去步骤2中混合物中的水分，得到固体颗粒或者胶状产物；步骤4 (S4)，热处理:在非氧化性气体的保护下，对步骤3所得的产物热处理，得到活化产物；所述的非氧化性气体选择氮气、氩气、二氧化碳中的任意一种或几种； 步骤5 (S5)，后处理:步骤4的活化产物经后处理得到三维多级孔道活性炭；所述的后处理为常规后处理工艺，包含:清洗和干燥步骤；所述的清洗选择酸液清洗或热水清洗中的任意一种或几种的组合。所述的碳源前驱体选择木质素、淀粉、水藻中的任意一种或者几种。以下结合实施例详细说明。实施例1: 步骤1，将木质素用水清洗、干燥； 步骤2，将氢氧化钾与步骤1处理后的木质素按照质量比为2:5的比例混合溶于水，制备木质素的碱溶液； 步骤3，将步骤2的木质素的碱溶液在室温下干燥，至水分完全蒸发，得到沥青状固体颗粒，将得到的固体颗粒研磨成粉末；步骤4，将步骤3得到的固体粉末在氮气保护下600~700°C下处理2h，得到碳化物；步骤5，将步骤4制得的碳化物用5~10wt%的盐酸清洗、中和，并用热水清洗至pH=7-9，在100°C干燥24h，得到具有连续的三维多级孔道结构的活性炭，其电镜扫描照片如图2所不ο实施例2 步骤1，将水藻用水清洗、干燥，研磨至粉末状； 步骤2，将氢氧化钾与步骤1处理后的水藻按照质量比为2:5的比例混合溶于水，制备水藻的碱浑浊液； 步骤3，将步骤2的混合溶液在室温下干燥，至水分完全蒸发，得到水藻与氢氧化钾的混合固体，将得到的混合固体颗粒研磨成粉末； 步骤4，将步骤3得到的混合固体粉末在氮气保护下700°C下处理2h ; 步骤5，将步骤4制得的碳化物用10wt%的盐酸清洗、中和，并用热水清洗至pH=7-9，在100°C干燥24h ;得到具有连续三维多级孔道结构的活性炭。本专利技术提供的多级孔道结构的活性炭的制备工艺简便，其所耗费的活化剂很少，且成本低廉，可使用的碳源广泛，可用于规模化生产。尽管本专利技术的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本专利技术的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本专利技术的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本专利技术的保护范围应由所附的权利要求来限定。【主权项】1.，其特征在于，该方法包含: 步骤1，预处理碳源前驱体:将碳源前驱体清洗、干燥； 步骤2，向步骤I预处理后的碳源前驱体中加入活化剂的水溶液，使其溶解成混合物；该活化剂水溶液为碱溶液； 步骤3，除去步骤2中混合物中的水分，得到固体颗粒或者胶状产物； 步骤4，在非氧化性气体的保护下，对步骤3所得的产物热处理，得到活化产物； 步骤5，步骤4的活化产物经后处理得到三维多级孔道活性炭。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的碳源前驱体选择木质素、淀粉、水藻中的任意一种或者几种。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的活化剂选择氢氧化钾、碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钙中的任意一种或几种。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的活化剂与碳源前躯体的用量比以质量比计为0.5-2:5ο5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中的固体颗粒产物须经处理成粉末状，再继续后续步骤。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的非氧化性气体选择氮气、氩气、二氧化碳中的任意一种或几种。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的热处理温度为800-1200°C，热处理时间为l-5ho8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的后处理包含:清洗和干燥步骤。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的清洗选择酸液清洗或热水清洗或二者的组合。【专利摘要】本专利技术公开了，该方法包含：步骤1，预处理碳源前驱体：将碳源前驱体清洗、干燥；步骤2，向步骤1预处理后的碳源前驱体中加入活化剂的水溶液，使其溶解成混合物；该活化剂水溶液为碱溶液；步骤3，除去步骤2中混合物中的水分，得到固体颗粒或者胶状产物；步骤4，在非氧化性气体的保护下，对步骤3所得的产物热处理，得到活化产物；步骤5，步骤4的活化产物经后处理得到三维多级孔道活性炭。本专利技术采用一步碳化法，工艺简便，与传统方法相比，活化剂的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备三维多级孔道活性炭的方法，其特征在于，该方法包含：步骤1，预处理碳源前驱体：将碳源前驱体清洗、干燥；步骤2，向步骤1预处理后的碳源前驱体中加入活化剂的水溶液，使其溶解成混合物；该活化剂水溶液为碱溶液；步骤3，除去步骤2中混合物中的水分，得到固体颗粒或者胶状产物；步骤4，在非氧化性气体的保护下，对步骤3所得的产物热处理，得到活化产物；步骤5，步骤4的活化产物经后处理得到三维多级孔道活性炭。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯亮，张文礼，
申请(专利权)人：上海市政工程设计研究总院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31