介孔炭及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种介孔炭及其制备方法。该制备方法包括：分子蒸馏过程，将煤液化沥青进行分子蒸馏，得到轻组分沥青和重组分沥青，分子蒸馏过程的分离温度为300～350℃，压力为15～100Pa；以轻组分沥青为碳源制备介孔炭。通过分子蒸馏的方法在特定的蒸馏温度和压力下，将煤液化沥青中具有稠环和/或芳环结构的大分子化合物分离，得到软化点、结焦值、喹啉不溶物等含量更低的轻组分沥青。而相比于稠环和/或芳环结构的大分子化合物，轻组分沥青的热稳定性具有较大优越性，因而以轻组分沥青为原料制备介孔炭有利于得到同时兼具孔道有序性好和比表面积高的介孔炭材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及煤化工领域，具体而言，涉及一种介孔炭及其制备方法。
技术介绍
煤液化残渣是煤直接液化过程的非目标产品，约占投煤量的30％。煤液化残渣是一种高灰、高硫和高热值的物质，主要由非馏出液化油(正己烷可溶物)、沥青质(正己烷不溶四氢呋喃可溶物)、未转化煤和无机质组成。非馏出液化油和沥青质(以下统称为煤液化沥青)约占残渣的50％，主要由多环缩合芳烃组成，具有芳香度高，碳含量高，容易聚合或交联的特点。与石油沥青和煤焦油沥青的特性不同，煤液化沥青非常适合作为制备炭素材料的原料。未转化煤是指残渣中不溶于四氢呋喃的有机质，约占残渣总量的30％，其具有较高的热值。无机质主要是由煤中的矿物质和外加的催化剂组成，约占残渣总量的20％。当今，国内大规模应用煤液化残渣的方法是将煤液化残渣与煤调配成水煤浆，作为气化炉原料制备合成气和氢气，解决了煤液化残渣大规模应用的出路，实现了残渣资源化利用。但是，煤液化残渣、特别是其中的可溶部分(四氢呋喃可溶物)未实现高附加值的利用，煤直接液化产业的经济效益未得到最大化的体现。因此，将煤液化残渣中的煤液化沥青和不可溶部分分离开来，并进行合理地综合开发利用，具有较大的经济效益和社会效益的。介孔炭是指孔径分布在2～50nm的多孔炭材料，自1999年Ryoo首次以介孔硅基分子筛MCM-48为模板、以蔗糖为炭源制备出高度有序的介孔炭以来，这种具有规整孔道结构的多孔炭材料，就以其显著的结构特征以及由此衍生而来的优异性能在吸附分离、新型催化和传感器等领域脱颖而出。国内采用煤液化残渣制备介孔炭的制备途径有两种：一种是直接以煤液化残渣或沥青为原料，通过添加活化剂对煤液化残渣进行活化，然后再经过升温炭化得到活性炭的方法。通过该方法制得的介孔炭的比表面积较高，但是缺点是介孔炭的孔道有序性较低。另一种是以提取煤液化残渣中的沥青烯和前沥青烯作为碳源，以介孔硅SBA-15、SBA-16和KIT-6为硬模板，制备得到有序介孔炭的方法。通过该方法制得的介孔炭的有序性较好，但是比表面积和孔容偏低。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种介孔炭及其制备方法，以解决现有方法无法制备出兼具较大的比表面积和较高孔道有序性的介孔炭的问题。为了实现上述目的，本专利技术一个方面提供了一种介孔炭的制备方法，该制备方法包括：分子蒸馏过程，将煤液化沥青进行分子蒸馏，得到轻组分沥青和重组分沥青，分子蒸馏过程的分离温度为300～350℃，压力为15～100Pa；以轻组分沥青为碳源制备介孔炭。进一步地，制备方法还包括制备煤液化沥青的过程，过程包括：在氮气或惰性气体保护下，将煤直接液化残渣与萃取溶剂按重量比1:1～8进行搅拌混合，得到混合液，且搅拌的速率为50～150r/min；将混合液在温度为30～200℃，压力为0.01～1MPa的条件下萃取5～30min后进行固液分离，得到清液和分离固相，清液的固含量为0.001～0.2wt％；将清液进行第一溶剂回收过程，得到煤液化沥青。进一步地，萃取溶剂选自四氢呋喃、糠醛、N-甲基吡咯烷酮、喹啉、煤液化油和煤焦油中的一种或多种。进一步地，固液分离的方法选自过滤法、旋流分离法、离心分离法或沉降分离法。进一步地，当采用过滤法进行固液分离过程时，分离温度为30～200℃，压力为0.01～1.0MPa；当采用旋流分离法进行固液分离过程时，分离温度为30～200℃，压力为0.2～0.6MPa；当采用离心分离法进行固液分离过程时，分离温度为30～200℃，压力为0.01～0.05MPa；当采用沉降分离法进行固液分离过程时，分离温度为30～200℃，压力为0.01～0.1MPa。进一步地，第一溶剂回收的方法为常压蒸馏、减压蒸馏或蒸发。进一步地，制备煤液化沥青的过程还包括对分离固相进行第二溶剂回收得到萃取溶剂和固渣的步骤，且第二溶剂回收的方法选自气提或真空干燥。进一步地，以轻组分沥青为碳源制备介孔炭的过程包括：碳源/模板复合物制备，将轻组分沥青与模板混合，制成碳源/模板复合物；炭化，在氮气或惰性气体的保护下，将碳源/模板复合物进行炭化，得到炭/模板复合物；以及脱模板，脱除炭/模板复合物中的模板，得到介孔炭。进一步地，碳源/模板复合物制备的过程包括：将轻组分沥青与有机溶剂溶解后，得到第一成模组分；将第一成模组合物与模板以重量比1:0.1～1进行混合，去除有机溶剂后，得到碳源/模板复合物。进一步地，轻组分沥青的粒径为20～100μm，模板为分子筛，优选SBA-15。进一步地，去除有机溶剂的方法选自自然挥发、烘干或蒸馏。进一步地，炭化过程包括：在流速为20～200mL/min的氮气或惰性气体的保护下，将碳源/模板复合物加热至700～900℃后恒温0.1～10h，得到炭/模板复合物，优选地，加热过程为程序升温过程。进一步地，程序升温过程包括：以3～5℃/min的速率，将碳源/模板复合物加热至500～600℃，得到中间产物；以1～2℃/min的速率将中间产物升温至700～900℃。进一步地，脱模板过程包括：采用HF酸或者NaOH溶液对炭/模板复合物进行第一次洗涤，得到第一产物；采用去离子水或醇溶液对第一产物进行洗涤，直至滤液的pH至6.0～8.5，得到第二产物，及将第二产物在80～120℃下进行干燥，得到介孔炭。为了实现上述目的，本专利技术另一个方面提供了一种介孔炭，介孔炭采用上述制备方法制得。进一步地，介孔炭的表面积为600～1500m2/g，孔径为3～5nm，孔容为0.5～1.0cm3/g。应用本专利技术的技术方案，通过分子蒸馏的方法在特定的蒸馏温度和压力下，将煤液化沥青中具有稠环和/或芳环结构的大分子化合物分离，得到软化点、结焦值、喹啉不溶物等含量更低的轻组分沥青。而相比于稠环和/或芳环结构的大分子化合物，轻组分沥青的热稳定性具有较大优越性，因而以轻组分沥青为原料制备介孔炭有利于得到同时兼具孔道有序性好和比表面积高的介孔炭材料。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了本专利技术提供的一种典型的实施方式中制备介孔炭的工艺流程图；以及图2示出了本专利技术提供的另一种优选实施方式中制备介孔炭的工艺流程图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。本申请中“重组分沥青”和“轻组分沥青”划分的依据是指煤液化沥青在经历分子蒸馏过程中，在达到分离温度之前分离出的组分为轻组分沥青，剩余的部分为重组分沥青。正如
技术介绍
所描述的，现有方法中无法制备出兼具较大的比表面积和较高孔道有序性的介孔炭的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种介孔炭的制备方法，如图1所示，该制备方法包括：分子蒸馏过程，将煤液化沥青进行分子蒸馏，得到轻组分沥青和重组分沥青，分子蒸馏过程的分离温度为300～350℃，压力为15～100Pa；以轻组分沥青为碳源制备介孔炭。通过分子蒸馏的方法在特定的蒸馏温度和压力下，将煤液化沥青中具有稠环和/或芳环结构的大分子化合物分离，得到软化点、结焦值、喹啉不溶物等含量更低的轻组分沥青。而相比于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种介孔炭的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：分子蒸馏过程，将煤液化沥青进行分子蒸馏，得到轻组分沥青和重组分沥青，所述分子蒸馏过程的分离温度为300～350℃，压力为15～100Pa；以所述轻组分沥青为碳源制备所述介孔炭。

【技术特征摘要】
1.一种介孔炭的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：分子蒸馏过程，将煤液化沥青进行分子蒸馏，得到轻组分沥青和重组分沥青，所述分子蒸馏过程的分离温度为300～350℃，压力为15～100Pa；以所述轻组分沥青为碳源制备所述介孔炭。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括制备所述煤液化沥青的过程，所述过程包括：在氮气或惰性气体保护下，将煤直接液化残渣与萃取溶剂按重量比1:1～8进行搅拌混合，得到混合液，且所述搅拌的速率为50～150r/min；将所述混合液在温度为30～200℃，压力为0.01～1MPa的条件下萃取5～30min后进行固液分离，得到清液和分离固相，所述清液的固含量为0.001～0.2wt％；将所述清液进行第一溶剂回收过程，得到所述煤液化沥青。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述萃取溶剂选自四氢呋喃、糠醛、N-甲基吡咯烷酮、喹啉、煤液化油和煤焦油中的一种或多种。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述固液分离的方法选自过滤法、旋流分离法、离心分离法或沉降分离法。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，当采用所述过滤法进行所述固液分离过程时，分离温度为30～200℃，压力为0.01～1.0MPa；当采用所述旋流分离法进行所述固液分离过程时，分离温度为30～200℃，压力为0.2～0.6MPa；当采用所述离心分离法进行所述固液分离过程时，分离温度为30～200℃，压力为0.01～0.05MPa；当采用所述沉降分离法进行所述固液分离过程时，分离温度为30～200℃，压力为0.01～0.1MPa。6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂回收的方法为常压蒸馏、减压蒸馏或蒸发。7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述制备煤液化沥青的过程还包括对所述分离固相进行第二溶剂回收得到所述萃取溶剂和固渣的步骤，且所述第二溶剂回收的方法选自气提或真空干燥。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以所述轻组分沥青为碳源制备所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：程时富，李克健，章序文，王洪学，向柠，舒成，辛凡文，
申请(专利权)人：神华集团有限责任公司，中国神华煤制油化工有限公司，中国神华煤制油化工有限公司上海研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11