一种岩沥青基球形活性炭的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种岩沥青基球形活性炭的制备方法，以岩沥青为原料，低温下易于分解的非萘类有机物质作造孔剂，经过双螺杆挤出机混合、破碎、球化、氧化不熔化‑炭化‑水蒸气活化一体化和酸洗而制得岩沥青基球形活性炭。所制岩沥青基球形活性炭的球径为0.4～1.5mm、密度为0.5～0.85g/cm

【技术实现步骤摘要】
一种岩沥青基球形活性炭的制备方法
本专利技术涉及一种岩沥青基球形活性炭的制备方法，尤其是涉及一种强度高、比表面积高、微孔含量高岩沥青基球形活性炭的制备方法。
技术介绍
军民融合、生态文明建设上升为国家战略，国防重点工程、高精尖武器装备、医药、电子、空气与水净化对球形活性炭需求迫切。同时，随着页岩气的开发，岩沥青作为一种新的矿物质，也逐渐引起工业界的高度重视；但岩沥青除了用作道路沥青的添加剂外，尚未发现新的用途。岩沥青基球形活性炭，不同于高软化点煤沥青基球形活性炭和酚醛树脂基球形活性炭。它是以岩沥青为原料，通过球化、氧化不熔化、炭化、水蒸气活化和酸洗而制得的新型碳质多孔材料。同高软化点煤沥青基球形活性炭相比，岩沥青基球形活性炭的原料成本仅为高软化点煤沥青基球形活性炭的十分之一，因其生产成本低而具有更为广泛的应用前景。同酚醛树脂基球形活性炭相比，岩沥青基球形活性炭的微孔(孔径小于2nm)比例可高达85％以上，而酚醛树脂基球形活性炭主要以中孔(孔径介于2～50nm)为主，因此岩沥青基球形活性炭对二氧化碳等小分子气体或特种液相分子具有更高的吸附选择性。同普通粒状活性炭、柱状活性炭或粉体活性炭相比，岩沥青基球形活性炭在装填密度、强度、电解吸脱附等方面具有不可比拟的性能优势。自1996年以来，国内就开始进行高软化点煤沥青球形活性炭的应用基础研究。通常高软化点煤沥青球形活性炭是以软化点为240～280℃的高软化点煤沥青为原料，以精萘作造孔剂，然后通过球化、萃取、液/液分离、氧化不熔化、炭化和水蒸气活化而制得。该技术，不仅高软化点煤沥青原料的成本较高，更为重要的是精萘作为造孔剂将带来一些列技术难题，例如含萘沥青球的表面微裂纹难以控制、需要引入有机溶剂萃取分离含萘沥青球中的萘、萘/有机溶剂的液/液分离、萘与有机溶剂的回收再利用、有机溶剂作萃取剂将带来极大的安全隐患、工业生产时需要化工甲级厂房等。对此，如何有效降低高软化点沥青基球形活性炭的生产成本、简化工艺流程、降低生产安全等级对推动球形活性炭的工业化进程及其广泛应用至关重要。就制备技术而言，岩沥青基球形活性炭与高软化点煤沥青基球形活性炭也存在本质的差别。首先，岩沥青的软化点较低，一般为170～230℃，当添加适量的非精萘类造孔剂后，不仅可在较低的温度下进行球化(75～98℃)，而且避免了精萘作为造孔剂所带来的一系列问题；其次，岩沥青存在一定量的轻组分，在氧化不熔化环节，可以利用轻组分的逸出形成原始孔隙，为后续水蒸气活化过程提供足够的反应界面；最后，岩沥青中存在Fe、Cu等金属杂质，这些金属在水蒸气活化过程中将发挥催化剂的功能，因此可在相对较低的温度(700～800℃)下进行水蒸气活化反应，大幅度地降低了生产过程中的能耗。
技术实现思路
本专利技术设计了一种岩沥青基球形活性炭的制备方法，本专利技术的目的在于提供一种球径为0.4～1.5mm、密度为0.5～0.85g/cm3、比表面积为800～1500m2/g、抗振强度高于95％且微孔含量高于85％的岩沥青基球形活性炭的制备方法。本专利技术公开一种强度高、比表面积高、微孔含量高的岩沥青基球形活性炭的制备方法。具体以岩沥青为原料，以低温下易于分解或裂解的有机物质作造孔剂，经过混合、破碎、球化、氧化不熔化、炭化、水蒸气活化和酸洗制得岩沥青基球形活性炭。该专利技术对促进球形活性炭新材料的发展以及岩沥青的资源化再利用都具有重要意义。该方法，首先通过在岩沥青中添加适量的低温下易于分解或裂解的有机物质作造孔剂，以降低在球化过程中的成球温度；然后，利用岩沥青中的轻组分和造孔剂在氧化不熔化过程中的分解或裂解，在岩沥青球的基体中形成原始孔隙，为后续岩沥青球的氧化不熔化、水蒸气活化反应提供足够的反应界面；最后，利用岩沥青自身存在的微量金属作为催化剂，降低球形岩沥青的水蒸气活化温度。为了解决上述存在的技术问题，本专利技术采用了以下方案：一种岩沥青基球形活性炭的制备方法，包括以下步骤：步骤1、采用双螺杆挤出机，将岩沥青、造孔剂按质量比为1：0.1～0.3进行均匀混合，制成直径为2～3mm的造孔剂/岩沥青条；步骤2、采用对辊式破碎机，将步骤1所制得的造孔剂/岩沥青条进行破碎，制得粒径为0.6～2mm的造孔剂/岩沥青颗粒；步骤3、将步骤2所制500Kg造孔剂/岩沥青颗粒置于5000L的高压反应釜中，添加3000L去离子水和5～20Kg聚乙烯醇，并通入99.99％的高纯氮气使得反应釜内的压力保持在0.2～2MPa，将高压反应釜先以5℃/min的升温速度升温至75～150℃，并恒温30min；然后自然降温至30～65℃，得到直径为0.6～2mm的造孔剂/岩沥青球；步骤4、将步骤3所制造孔剂/岩沥青球置于回转炉(内腔容积为12m3)中，通入5～30m3/h流量的空气，以0.2～1℃/min的升温速度由室温升至280～350℃并在该温度下恒温2～4h，进行氧化不熔化处理，制得氧化岩沥青球；步骤5、待步骤4的氧化不熔化结束后，直接将空气切换成纯度为99.99％的氮气，并以5～10℃/min的升温速度升温至800～900℃，优选850～900℃，并在此温度下恒温2～4h，制得炭化岩沥青球；步骤6、待步骤5的炭化结束后，采用自动降温，将温度降至700～800℃，恒温30min；再将氮气切换成30～60m3/h流量的水蒸气，并在该温度下反应2～10h，制得基球形活性炭；步骤7、将步骤6所制球形活性炭，在常温下进行酸洗，并用去离子水水洗1～5次；水洗之后，在50～150℃将所制球形活性炭干燥1～3h，即制得岩沥青基球形活性炭。进一步，步骤1中所述的岩沥青属于一种矿物质，其软化点为170～230℃、喹啉不溶物含量为20～40％、结焦值为60～78％、灰分含量为1～10％。进一步，步骤1中所述的造孔剂为煤焦油、软化点为30～50℃的煤沥青、软化点为30～50℃的石油沥青、软化点为80～95℃的中温煤沥青、乙烯渣油、酚醛树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯中的一种。进一步，步骤1中所述的岩沥青与造孔剂的混合是采用双螺杆挤出机进行均混合。进一步，所述步骤4中氧化不熔化、所述步骤5中炭化、所述步骤6中水蒸气活化过程这采用同一套回转炉，并实现氧化不熔化-炭化-水蒸气活化一体化连续工作。进一步，步骤7中所述酸洗过程中的酸为盐酸、硝酸、硫酸中的一种或其中两种的混合溶液。一种岩沥青基球形活性炭的制备方法，包括以下步骤：将岩沥青和造孔剂混合制成造孔剂/岩沥青条；将造孔剂/岩沥青条破碎制成造孔剂/岩沥青颗粒；将造孔剂/岩沥青颗粒球化制成造孔剂/岩沥青球；将造孔剂/岩沥青球氧化不熔化制成氧化岩沥青球；将氧化岩沥青球炭化制成炭化岩沥青球；将炭化岩沥青球水蒸气活化制成基球形活性炭；将基球形活性炭酸洗制成岩沥青基球形活性炭。进一步，所述的岩沥青属于一种矿物质，其软化点为170～230℃、喹啉不溶物含量为20～40％、结焦值为60～78％、灰分含量为1～10％；所述的造孔剂为煤焦油、软化点为30～50℃的煤沥青、软化点为30～50℃的石油沥青、软化点为80～95℃的中温煤沥青、乙烯渣油、酚醛树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯中的一种。一种岩沥青基球形活性炭，其特征在于：使用上述任何一项所述制备方法制得。进一步，所制岩沥青基球形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩沥青基球形活性炭的制备方法，包括以下步骤：步骤1、采用双螺杆挤出机，将岩沥青、造孔剂按质量比为1：0.1～0.3进行均匀混合，制成直径为2～3mm的造孔剂/岩沥青条；步骤2、采用对辊式破碎机，将步骤1所制得的造孔剂/岩沥青条进行破碎，制得粒径为0.6～2mm的造孔剂/岩沥青颗粒；步骤3、将步骤2所制500Kg造孔剂/岩沥青颗粒置于5000L的高压反应釜中，添加3000L去离子水和5～20Kg聚乙烯醇，并通入99.99％的高纯氮气使得反应釜内的压力保持在0.2～2MPa，将高压反应釜先以5℃/min的升温速度升温至75～150℃，并恒温30min；然后自然降温至30～65℃，得到直径为0.6～2mm的造孔剂/岩沥青球；步骤4、将步骤3所制造孔剂/岩沥青球置于回转炉中，通入5～30m3/h流量的空气，以0.2～1℃/min的升温速度由室温升至280～350℃并在该温度下恒温2～4h，进行氧化不熔化处理，制得氧化岩沥青球；步骤5、待步骤4的氧化不熔化结束后，直接将空气切换成纯度为99.99％的氮气，并以5～10℃/min的升温速度升温至800～900℃，并在此温度下恒温2～4h，制得炭化岩沥青球；步骤6、待步骤5的炭化结束后，采用自动降温，将温度降至700～800℃，恒温30min；再将氮气切换成30～60m3/h流量的水蒸气，并在该温度下反应2～10h，制得基球形活性炭；步骤7、将步骤6所制球形活性炭，在常温下进行酸洗，并用去离子水水洗1～5次；水洗之后，在50～150℃将所制球形活性炭干燥1～3h，即制得岩沥青基球形活性炭。...

【技术特征摘要】
1.一种岩沥青基球形活性炭的制备方法，包括以下步骤：步骤1、采用双螺杆挤出机，将岩沥青、造孔剂按质量比为1：0.1～0.3进行均匀混合，制成直径为2～3mm的造孔剂/岩沥青条；步骤2、采用对辊式破碎机，将步骤1所制得的造孔剂/岩沥青条进行破碎，制得粒径为0.6～2mm的造孔剂/岩沥青颗粒；步骤3、将步骤2所制500Kg造孔剂/岩沥青颗粒置于5000L的高压反应釜中，添加3000L去离子水和5～20Kg聚乙烯醇，并通入99.99％的高纯氮气使得反应釜内的压力保持在0.2～2MPa，将高压反应釜先以5℃/min的升温速度升温至75～150℃，并恒温30min；然后自然降温至30～65℃，得到直径为0.6～2mm的造孔剂/岩沥青球；步骤4、将步骤3所制造孔剂/岩沥青球置于回转炉中，通入5～30m3/h流量的空气，以0.2～1℃/min的升温速度由室温升至280～350℃并在该温度下恒温2～4h，进行氧化不熔化处理，制得氧化岩沥青球；步骤5、待步骤4的氧化不熔化结束后，直接将空气切换成纯度为99.99％的氮气，并以5～10℃/min的升温速度升温至800～900℃，并在此温度下恒温2～4h，制得炭化岩沥青球；步骤6、待步骤5的炭化结束后，采用自动降温，将温度降至700～800℃，恒温30min；再将氮气切换成30～60m3/h流量的水蒸气，并在该温度下反应2～10h，制得基球形活性炭；步骤7、将步骤6所制球形活性炭，在常温下进行酸洗，并用去离子水水洗1～5次；水洗之后，在50～150℃将所制球形活性炭干燥1～3h，即制得岩沥青基球形活性炭。2.根据权利要求1所述的岩沥青基球形活性炭的制备方法，其特征在于：步骤1中所述的岩沥青属于一种矿物质，其软化点为170～230℃、喹啉不溶物含量为20～40％、结焦值为60～78％、灰分含量为1～10％。3.根据权利要求1或2所述的岩沥青基球形活性炭的制备方法，其特征在于：步骤1中所述的造孔剂为煤焦油、软化点...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹亮，李国俊，李才毅，罗浩，
申请(专利权)人：湖南曦威新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43