采用闪热解方式制备活性焦的方法技术

采用闪热解方式制备活性焦的方法，本发明专利技术涉及采用闪热解方式制备活性焦的方法。本发明专利技术的目的是为了解决现有制备活性焦的方法炭损失总量大，从而提高了制焦成本的问题，本发明专利技术方法为：一、将原煤进行研磨筛分，然后进行酸洗，得到酸洗煤，再将酸洗煤装入石英管反应器中，然后用高纯N2进行吹扫；二、将管式炉加热，然后把步骤一的石英管反应器插入管式炉，停留后取出石英管反应器，在高纯N2气氛下降至室温，再活化，得到活性焦，即完成。本发明专利技术通过闪热解终温及停留时间适当调整煤焦宏观和微观结构，可实现在较低炭烧失率下，制备具有明显分级孔结构的低成本活性焦。本发明专利技术应用于活性焦制备领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种采用闪热解方式制备活性焦的方法。
技术介绍
活性焦作为一种高性能吸附材料，广泛应用于能源、环保和化工领域，常采用气体活化法进行制备：即先将原料煤进行热解获得煤焦，然后在高温下使活化剂(CO2或H2O)与煤焦反应生成不同孔隙。Sun等研究表明，微孔是分子吸附及催化反应的场所，充足的中孔用于反应产物的迁移和赋存。因此，具备微孔-中孔分级结构的活性焦，可对气体污染物进行高效的吸附和转化。对于活化剂与不同炭结构反应生成孔隙的过程，研究表明，活化剂首先与无定形炭反应，打开了气体扩散通道，然后微晶的边缘缺陷才与活化剂反应生成大量微孔。而另一项研究表明，气体活化中煤焦的炭烧失率要高于50％以上时，才具有明显的分级孔结构特征，但颗粒表面已发生严重烧失。颗粒表面的炭烧失没有形成有效孔隙，但却增加了炭损失总量，从而提高了制焦成本，这是制约活性焦发展的关键问题。分析原因，一方面，由于煤焦内无定形炭与微晶炭混杂排列阻碍了活化剂的扩散。另一方面，活化产物(如H2、CO等)的扩散性也是孔隙生成过程的控制因素。若其扩散速率低，就会阻碍活化剂的内扩散。最终导致微孔充分发展时，颗粒表面发生严重烧失。采用配煤法虽可获得孔径分布较广的活性焦，但仍始终存在颗粒表面炭损耗高的问题。超临界水具有优良的扩散性和对有机物的溶解性,可以进入煤焦深处发生活化反应，促进孔隙生成并提高活化速率，但设备成本和超临界条件限制了其大规模应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有制备活性焦的方法炭损失总量大，从而提高了制焦成本的问题，提供采用闪热解方式制备活性焦的方法。本专利技术采用闪热解方式制备活性焦的方法，按以下步骤进行：一、将原煤进行研磨筛分，然后进行酸洗，得到酸洗煤，再将酸洗煤装入石英管反应器中，然后用600mL/min高纯N2进行吹扫；二、将管式炉加热至750～850℃，然后把步骤一通有氮气的石英管反应器插入管式炉内并塞入管堵，停留35～45min后取出石英管反应器，在高纯N2气氛下降至室温，在800℃的CO2气氛下进行活化，得到活性焦，即完成采用闪热解方式制备活性焦的方法。本专利技术分步控制孔隙的生成，可在活化中较低炭烧失率下制备具有分级孔结构的活性焦，并有效抑制颗粒表面炭烧失。即通过热解使煤焦先形成一定中孔，增加颗粒比表面积。在活化开始后，减弱气体扩散阻力，使活化剂容易进入煤焦内部，在短时间内发生炭烧失以形成大量微孔，并且促进活化产物快速释放。通过控制热解终温和延长停留时间，使煤焦具有一定的中孔结构，孔径范围分别为2-20nm，并形成大量无序且空间交联结构充分发展的炭微晶。在活化过程中，可有效消除活化中气体内扩散阻力，从而化学反应控制是孔结构形成的主要因素。即活化气体从颗粒内部和表面同时进行烧失，且炭烧失后均生成大量有效微孔并提高比表面积。闪热解方式下延长停留时间会促进芳香结构的解聚和移动、炭微晶交联结构的生成及其石墨化转变，可有效调整炭微晶的形态和空间交联结构。通过XRD和Raman数据对比，在800℃停留40min所得闪热解焦含有大量未石墨化、三维空间交联结构发达、具有较多的边缘缺陷结构的炭微晶，是最适宜作为后续活化实验的前驱体煤焦。因此，通过闪热解终温及停留时间适当调整煤焦宏观和微观结构，可实现在较低炭烧失率下，制备具有明显分级孔结构的低成本活性焦。闪热解焦烧失率为25.2％时，即具有明显分级孔结构，其比表面积为1399.14m2/g，微孔容为0.28m3/g，颗粒表面未发生严重烧失。附图说明图1为实施例1中煤焦M500-10的SEM图；图2为实施例1中煤焦M800-10的SEM图；图3为实施例1中煤焦M1000-10的SEM图；图4为实施例1中煤焦k500-10的SEM图；图5为实施例1中煤焦k800-10的SEM图；图6为实施例1中煤焦k1000-10的SEM图；图7为实施例1中煤焦k500-40的SEM图；图8为实施例1中煤焦k800-40的SEM图；图9为实施例1中煤焦k1000-40的SEM图；图10为实施例1中M500-10、M800-10和M1000-10的N2吸附等温线；图11为实施例1中k500-10和k500-40的N2吸附等温线；图12为实施例1中k800-10和k800-40的N2吸附等温线；图13为实施例1中k1000-10和k1000-40的N2吸附等温线；图14为实施例1中k500-10和k500-40的孔径分布图；图15为实施例1中k800-10和k800-40的孔径分布图；图16为实施例1中k1000-10和k1000-40的孔径分布图；图17为实施例1中JX、M500-10、k500-10和k500-40的XRD图；图18为实施例1中M800-10、k800-10和k800-40的XRD图；图19为实施例1中M1000-10、k1000-10和k1000-40的XRD图；图20为实施例1中M800-10-S12.9、M800-10-S63.6和K800-40-S25.2的N2吸附等温线；图21为实施例1中M800-10-S12.9、M800-10-S63.6和K800-40-S25.2的孔径分布图。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式采用闪热解方式制备活性焦的方法，按以下步骤进行：一、将原煤进行研磨筛分，然后进行酸洗，得到酸洗煤，再将酸洗煤装入石英管反应器中，然后用600mL/min高纯N2进行吹扫；二、将管式炉加热至750～850℃，然后把步骤一通有氮气的石英管反应器插入管式炉内并塞入管堵，停留35～45min后取出石英管反应器，在高纯N2气氛下降至室温，在800℃的CO2气氛下进行活化，得到活性焦，即完成采用闪热解方式制备活性焦的方法。本实施方式分步控制孔隙的生成，可在活化中较低炭烧失率下制备具有分级孔结构的活性焦，并有效抑制颗粒表面炭烧失。即通过热解使煤焦先形成一定中孔，增加颗粒比表面积。在活化开始后，减弱气体扩散阻力，使活化剂容易进入煤焦内部，在短时间内发生炭烧失以形成大量微孔，并且促进活化产物快速释放。通过控制热解终温和延长停留时间，使煤焦具有一定的中孔结构，孔径范围分别为2-20nm，并形成大量无序且空间交联结构充分发展的炭微晶。在活化过程中，可有效消除活化中气体内扩散阻力，从而化学反应控制是孔结构形成的主要因素。即活化气体从颗粒内部和表面同时进行烧失，且炭烧失后均生成大量有效微孔并提高比表面积。闪热解方式下延长停留时间会促进芳香结构的解聚和移动、炭微晶交联结构的生成及其石墨化转变，可有效调整炭微晶的形态和空间交联结构。通过XRD和Raman数据对比，在800℃停留40min所得闪热解焦含有大量未石墨化、三维空间交联结构发达、具有较多的边缘缺陷结构的炭微晶，是最适宜作为后续活化实验的前驱体煤焦。因此，通过闪热解终温及停留时间适当调整煤焦宏观和微观结构，可实现在较低炭烧失率下，制备具有明显分级孔结构的低成本活性焦。闪热解焦烧失率为25.2％时，即具有明显分级孔结构，其比表面积为1399.14m2/g，微孔容为0.28m3/g，颗粒表面未发生严重烧失。具体实施方式二：本实施方式与具本文档来自技高网...

【技术保护点】
采用闪热解方式制备活性焦的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、将原煤进行研磨筛分，然后进行酸洗，得到酸洗煤，再将酸洗煤装入石英管反应器中，然后用600mL/min高纯N2进行吹扫；二、将管式炉加热至750～850℃，然后把步骤一通有氮气的石英管反应器插入管式炉内并塞入管堵，停留35～45min后取出石英管反应器，在高纯N2气氛下降至室温，在800℃的CO2气氛下进行活化，得到活性焦，即完成采用闪热解方式制备活性焦的方法。

【技术特征摘要】
1.采用闪热解方式制备活性焦的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、将原煤进行研磨筛分，然后进行酸洗，得到酸洗煤，再将酸洗煤装入石英管反应器中，然后用600mL/min高纯N2进行吹扫；二、将管式炉加热至750～850℃，然后把步骤一通有氮气的石英管反应器插入管式炉内并塞入管堵，停留35～45min后取出石英管反应器，在高纯N2气氛下降至室温，在800℃的CO2气氛下进行活化，得到活性焦，即完成采用闪热解方式制备活性焦的方法。2.根据权利要求1所述的采用闪热解方式制备活性焦的方法，其特征在于步骤一所述的酸洗煤的粒径为150～180μm。3.根据权利要求1所述的采用闪热解方式制备活性焦的方法，其特征在于步骤一中酸洗的方法为：将筛分后的原煤与5mol/L...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冬冬，高继慧，吴少华，秦裕琨，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23