一种KOH活化法制备超级活性炭工艺中的KOH回收与活性炭精制方法技术

本发明专利技术公开了一种KOH活化法制备超级活性炭工艺中的KOH回收与活性炭精制方法，包括：活化料中KOH及其衍生物的高浓度回收，高压反应釜中蒸煮回收KOH，水的漂洗，稀酸液处理和去离子水的漂洗。本发明专利技术的KOH回收与活性炭精制方法，可解决超级活性炭的安全生产问题；活化后，通过水洗能回收绝大部分的KOH，大大降低了超级活性炭的生产成本；最终可以使超级活性炭的灰分含量降低至0.5%以下，解决KOH活化过程中高纯度活性炭的制造技术难题，为超级活性炭制作电容器电极材料提供工业生产技术。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化工生产
，具体涉及一种KOH活化法制备超级活性炭工艺中的KOH回收与活性炭精制方法。
技术介绍
超级活性炭是一类比表面积大于2000m2/g的新型多孔质炭材料，它在超级双电层电容器电极材料、催化剂载体、气体分离、氢气和天然气储存材料等领域中有着广阔的应用前景。因此，超级活性炭已成为近20年来世界炭材料行业中竞相开发的新型炭材料。目前制备高比表面积活性炭的主要方法为化学试剂活化法，化学试剂主要包括碱金属化合物，如KOH、NaOH和K2CO3，其中活化效果最好的为KOH。因此在制备超级活性炭时，大多采用KOH活化法。目前，KOH活化法制备的超级活性炭主要作为超级电容器电极材料，该应用要求电极材料活性炭具有非常高的纯度，其灰分含量要求低于0.5％，有的甚至要求低于0.1％，比灰分含量在4-10％左右的普通活性炭的灰分要低得多，因此，在制备出高比表面积活性炭的同时，活性炭的精制是提高活性炭电化学应用性能的关键技术之一。由于KOH活化法的工业化生产目前还属于起步阶段，因此，在活化过程中大量使用的KOH的回收以及活性炭的精制等后处理工序都没有得到解决，大大制约了KOH活化法的工业化生产和活性炭产品的应用推广。在KOH活化制备高比表面积活性炭过程中，通常需要使用原料量的3-4倍KOH，因此，活化料中含有大量的KOH以及KOH演变生成的K2O、K2CO3和单质钾，它们都溶于水，可以采用水的溶解方式回收。KOH活化制得的活性炭中含有原料炭带来的灰分以及在KOH活化过程中由于KOH与二氧化硅等组分的反应生成的灰分成分，导致KOH活化后，活性炭的灰分有较明显升高。且采用单一的酸洗工艺无法达到制备高纯度活性炭的目的。而且由于在KOH活化过程中，产生的单质钾及其氧化物可能渗透到炭的结构内部，增大了活性炭精制的难度。因此，需要发展专门的回收与精制技术，才能达到较好的效果。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种KOH活化法制备超级活性炭工艺中的KOH回收与活性炭精制方法，不仅回收KOH，而且制备高纯度高比表面积活性炭。本专利技术的技术原理如下：研究表明，KOH活化过程中KOH与原料炭主要发生(1)和(2)的反应：6KOH+2C＝2K2CO3+2K+3H2(1)2KOH＝K2O+H2O(2)因此，回收KOH及其衍生物，可以采用水溶解的方法实现，但由于KOH的用量很大，且需要多次回收，才能达到较好的回收效率。活性炭中的灰分杂质，其组成与在炭结构中的位置随原料来源以及制造设备与工艺的不同而具有一定差异。但它们主要是含有金属氧化物和碳酸盐等金属化合物以及二氧化硅等非金属化合物。而且由于灰分处于炭结构内部，大大增加了去除的难度。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种KOH活化法制备超级活性炭工艺中的KOH回收与活性炭精制方法，包括以下步骤：(1)将低浓度KOH溶液与活化料混合溶解、搅拌，通过过滤分离，获得固体炭与高浓度KOH溶液，回收该高浓度KOH溶液得到固体KOH；(2)将低浓度KOH溶液与过滤得到的活化料混合，在高压釜中升温至100℃以上，搅拌，然后过滤分离得到固体炭与KOH溶液，KOH溶液循环到下一批活化料处理工艺中使用；然后将固体炭用余下的低浓度KOH溶液漂洗数次，过滤，依次得到固体炭与系列低浓度的KOH溶液；系列低浓度的KOH溶液循环到下一批活化料处理工艺中使用；(3)再用水漂洗固体炭后，然后加入低浓度的硫酸或盐酸溶液漂洗，过滤；(4)用去离子水漂洗固体炭数次，过滤，干燥得到高纯度活性炭产品。所述的KOH活化法制备超级活性炭工艺中的KOH回收与活性炭精制方法，在连续多次KOH循环使用回收过程中，形成从高到低的KOH浓度梯度，最高浓度的KOH溶液通过蒸发水分实现回收，余下的从高到低的KOH溶液依次成为下一批活化料的浸洗液，最终实现全部回收。步骤(1)中，低浓度KOH溶液与炭的体积比1.3-2:1。步骤(2)中，KOH溶液与炭的体积比1.3-2:1。步骤(2)中，高压釜采用的压力为2-10公斤，温度为100-150℃。步骤(3)中，所采用的酸为0.5～2％盐酸或硫酸。步骤(3)中，低浓度酸溶液与炭的体积比为1.5-3.0:1。步骤(3)中，低浓度酸漂洗温度在50-90℃。步骤(4)中，采用去离子水进行漂洗，去离子水与炭的体积比1.0-2：1。步骤(4)中，去离子水漂洗次数2-4次。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的KOH活化法制备超级活性炭工艺中的KOH回收与活性炭精制方法，具有以下优点：1)通过浓度梯度的低浓度KOH溶液连续回收活化料中的KOH及其衍生物，可以实现KOH额回收。2)采用低浓度KOH溶液的高压浸泡，可以大大降低活性炭的灰分至1-4％。3)采用低浓度KOH溶液的高压浸渍、水洗、酸洗和去离子水洗，可以将活性炭的灰分降低至0.1％，制备高纯度高比表面积活性炭。4)本技术提供的KOH回收与精制工艺简便、便于连续操作，有利于KOH活化法生产超级活性炭的工业化生产。具体实施方式根据下述实施例，可以更好地理解本专利技术。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本专利技术，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本专利技术。为了实施上述专利技术方案，采用KOH活化制备得到的活化料进行实验，下面的实施例所使用的KOH活化料的制备条件是：KOH与椰壳炭的碱炭比为4:1，活化气氛为氮气，升温速率5K/min，活化温度800℃，恒温1小时，在氮气下冷却至100℃以下取出活化料。为了更好地了解下面的实施例，在回收采用上述KOH活化得到的第一批活化料中的KOH过程中，都采用水进行回收。即在第一、二、三、四….次都采用水代替不同浓度的KOH溶液，通过过滤，它们依次得到浓度从高到低的KOH溶液，即KOH溶液的浓度梯度液。当开始下一批活化料的回收时，依次采用回收这一批活化料得到的第二、三、四….次KOH溶液的浓度梯度液。即下面的实施例中的上一批活化料就可以理解本次活化料。在一批活化料的回收过程中通常回收5次，即形成了5种不同浓度的KOH溶液梯度液，它们的浓度范围由高到低的顺序依次是：第一次形成的高浓度KOH溶液浓度大于80％(质量百分比，下同)，其浓度取决于活化过程中活化剂KOH的用量；第二、三、四和五次的KOH溶液浓度分别是20-30％，10-20％，5-10％，1-5％，小于1％。实施例1按照体积比为1.5:1的比例将活化料与上一批第二次回收得到的低浓度KOH溶液混合溶解、搅拌、过滤分离炭与KOH溶液，获得高浓度KOH溶液和固体炭；该高浓度KOH溶液可以采用蒸发方式回收得到固体KOH。然后将上一批第三次回收活化料中KOH得到的低浓度KOH溶液依次与过滤得到的活化料混合，在高压釜中升温至110℃，并加压至5公斤压力，搅拌，然后过滤分离得到固体炭与低浓度KOH溶液；然后依次将上一批第四、五....回收得到的低浓度KOH溶液，按照KOH溶液与固体炭的体积比为1.5:1的比例混合浸泡固体炭3次，每次浸泡时间2小时，过滤分离固体炭与低浓度KOH溶液；KOH回收工序结束后，用水漂洗一次固体炭，然后在固体炭中按照酸溶液与固体炭的体积为1.5:1加入质量百分比为1％的盐酸溶液进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种KOH活化法制备超级活性炭工艺中的KOH回收与活性炭精制KOH回收与活性炭精制方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将低浓度KOH溶液与活化料混合溶解、搅拌，通过过滤分离，获得固体炭与高浓度KOH溶液，回收该高浓度KOH溶液得到固体KOH；（2）将低浓度KOH溶液与过滤得到的活化料混合，在高压釜中升温至100℃以上，搅拌，然后过滤分离得到固体炭与KOH溶液，KOH溶液循环到下一批活化料处理工艺中使用；然后将固体炭用余下的低浓度KOH溶液漂洗数次，过滤，依次得到固体炭与系列低浓度的KOH溶液；系列低浓度的KOH溶液循环到下一批活化料处理工艺中使用；（3）再用水漂洗固体炭后，然后加入低浓度的硫酸或盐酸溶液漂洗，过滤；（4）用去离子水漂洗固体炭数次，过滤，干燥得到高纯度活性炭产品。

【技术特征摘要】
1.一种KOH活化法制备超级活性炭工艺中的KOH回收与活性炭精制KOH回收与活性炭精制方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将低浓度KOH溶液与活化料混合溶解、搅拌，通过过滤分离，获得固体炭与高浓度KOH溶液，回收该高浓度KOH溶液得到固体KOH；（2）将低浓度KOH溶液与过滤得到的活化料混合，在高压釜中升温至100℃以上，搅拌，然后过滤分离得到固体炭与KOH溶液，KOH溶液循环到下一批活化料处理工艺中使用；然后将固体炭用余下的低浓度KOH溶液漂洗数次，过滤，依次得到固体炭与系列低浓度的KOH溶液；系列低浓度的KOH溶液循环到下一批活化料处理工艺中使用；（3）再用水漂洗固体炭后，然后加入低浓度的硫酸或盐酸溶液漂洗，过滤；（4）用去离子水漂洗固体炭数次，过滤，干燥得到高纯度活性炭产品。2.根据权利要求1所述的KOH活化法制备超级活性炭工艺中的KOH回收与活性炭精制方法，其特征是：在连续多次KOH循环使用回收过程中，形成从高到低的KOH浓度梯度，最高浓度的KOH溶液通过蒸发水分实现回收，余下的从高到低的KOH溶液依次成为下一批活化料的浸洗液，最终实现全部回收。3.根据权利要求1所述的KOH活化法制备超级活性炭工艺中的KOH回收与活性炭精制方法，其特征在于，步骤（1）中，低浓度KOH溶液与炭...

【专利技术属性】
技术研发人员：左宋林，陈继锡，夏海岸，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32