活性炭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种活性炭及其制备方法和应用。所述活性炭的制备方法包括以下步骤：浸渍步骤：将含碳基体浸渍于含有金属离子的溶液中；干燥步骤：对浸渍后的产物进行干燥处理，使所述含碳基体的表面和/或内部形成含有金属离子的胶团；炭化焙烧步骤：对干燥后的产物进行焙烧，得到含金属簇状结构的炭化物；气化步骤：在所述金属簇状结构的催化下，使活化气体与所述炭化物反应，从而在所述炭化物的表面和/或内部形成孔道结构。本发明专利技术提供的活性炭的制备方法，可以根据需要制备具有特定的比表面积、特定孔体积以及中孔结构的活性炭，并且得率较高。并且该制备方法经济简便，容易大规模生产。

Activated carbon and its preparation and Application

The invention provides an active carbon and a preparation method and application thereof. The preparation method of the activated carbon comprises the following steps: impregnation step: impregnating the carbon containing matrix into a solution containing metal ions; drying step: drying the impregnated product to form a micelle containing metal ions on the surface and / or inside of the carbon containing matrix; carbonization roasting step: roasting the dried product to obtain the carbon with metal cluster structure Gasification step: under the catalysis of the metal cluster structure, the activated gas reacts with the carbide to form a pore structure on the surface and / or inside of the carbide. The preparation method of the active carbon provided by the invention can prepare the active carbon with specific specific surface area, specific pore volume and mesoporous structure according to needs, and the yield is high. And the preparation method is simple and economic, and easy to large-scale production.

【技术实现步骤摘要】
活性炭及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种活性炭及其制备方法和应用，属于多孔吸附材料及其制备的
，尤其属于多孔活性炭及其制备领域。
技术介绍
作为最重要的工业吸附剂之一，活性炭是一种具有多孔隙结构、较高比表面积，多种表面官能团(如羧基、羰基、羟基等)、较大机械强度、以及耐酸、耐碱、耐热、失效后易再生等特性的含碳物质，可以广泛应用于水净化、空气净化、有机溶剂回收、航空、军事、食品、催化剂载体、电极材料等方面。现有技术中按生产原料可划分为煤基活性炭、木质活性炭等。目前使用最广泛的是煤质活性炭，传统煤质活性炭的主要工序依次为：原料预处理、挤压成型及破碎、炭化工序和活化工序。其中炭化工序和活化工序为制备活性炭最主要的两道工序，炭化即是将原料在高温炉中加热炭化，炭化完成后，将炭化料与水蒸汽、二氧化碳等活化气体进行反应生产活性炭。但是该方法只能获得比表面积或孔结构均较小的活性炭，使用局限性大。水体净化是目前环保领域最为重要的研究热点之一。目前，研究工作者致力于去除水体中各种各样的污染物，包括有毒金属离子、染料、生物可降解废物、含氮磷的化合物、沉积物、氟化物、危险及有毒的化学品、放射性污染物、药物等各种污染物。任何少量这些污染物进入水体都将会导致大量的水体污染，并且很难除去，这都将威胁到人类健康生存以及其它生物的生存，因此污水的处理在当前来说是至关重要的主题。现有技术中，到目前为止，已经有多种不同的污水处理方式广泛应用到除去水体中的污染物。包括凝结-共沉淀方法、离子交换方法、物理吸附方法、氧化-沉淀方法、反渗透方法、溶剂提取法等。然而，这些方法在技术或经济方面都存在相对的局限性，例如，氧化-沉淀法虽然在具体实施方面比较方便且具有低成本的优势，但是这种处理方法会产生二次污染，带来垃圾填埋问题；膜分离方法具有相对节能和分离效率高等优点，但是这种方法不太经济，维护费用高。在生产生活的实际应用中，物理吸附法因其材料成本低廉，操作制备简单，吸附选择性好而广泛受到人们的青睐，但是，现有吸附速度慢、选择性差、难以再生等缺点。引用文献[1]公开了一种煤制活性炭炉制备活性炭方法，是将褐煤与弱粘煤的混合料进行压块、破碎、干燥，然后在氮气气氛下，通过电加热和天然气燃烧供热进行炭化。炭化反应后，由天然气入口和氧气入口按比例通入天然气和氧气，氧气经过离子发生器后与天然气在混合器中混合，然后进入燃烧室燃烧后生成水蒸气和二氧化碳，生成的水蒸气、二氧化碳与通入的氮气混合后经气体供热室进入气体分布室中，然后进入反应单元与原料进行活化反应，最后在氮气氛围下降温得到活性炭，其所获得的活性炭的比表面积、孔体积、中孔比等不能进行相应调整，无法获得更加合适的比表面积、孔体积、中孔比等参数，使用局限性较大。引用文献[2]提供了一种煤基脱硫用活性炭的制备方法，包括：分别将太西无烟煤，1/3焦精煤以及不粘煤磨成200目通过率在80％以上的煤粉；利用所述太西无烟煤、1/3焦精煤以及不粘煤为原料进行配煤，以得到混合原料煤；分别取所述混合原料煤、粘结剂以及水为原料搅拌混合均匀，以得到煤膏；将所述煤膏挤压成型、固化，然后进行氧化处理、炭化处理和活化处理，以制得活性炭。本专利技术选用太西无烟煤、1/3焦精煤以及不粘煤，配煤制备活性炭，得到了既拥有很好的强度，又拥有优质的吸附/脱附性能的煤基脱硫用活性炭。该活性炭仅适用于脱硫，不适用于其它领域，例如：水体净化领域等。引用文献[1]：CN108217649A引用文献[2]：CN108014750A
技术实现思路
专利技术要解决的问题鉴于现有技术中存在的技术问题，本专利技术首先提供了一种活性炭的制备方法，可以根据需要制备具有特定的比表面积、特定孔体积以及中孔结构的活性炭，并且得率较高。并且，所述方法具有制备简单、经济的特点。进一步地，本专利技术还提供了一种活性炭，该活性炭的吸附能力强，尤其是在工业化的高效吸附脱附水体净化等对中孔结构要求较高的应用领域的吸附能力。用于解决问题的方案[1]、一种活性炭的制备方法，其中，包括以下步骤：浸渍步骤：将含碳基体浸渍于含有金属离子的溶液中；干燥步骤：对浸渍后的产物进行干燥处理，使所述含碳基体的表面和/或内部形成含有金属离子的胶团；炭化焙烧步骤：对干燥后的产物进行焙烧，得到含金属簇状结构的炭化物；气化步骤：在所述金属簇状结构的催化下，使活化气体与所述炭化物反应，从而在所述炭化物的表面和/或内部形成孔道结构。[2]、根据[1]所述的活性炭的制备方法，其中，形成所述金属离子的金属包括碱金属、碱土金属、过渡金属、稀土金属中的一种或两种以上的组合。[3]、根据[2]所述的活性炭的制备方法，其中，所述金属离子包括Na+、K+、Fe3+、Ca2+、Mg2+、Ni2+、Ru+中的一种或两种以上的组合。[4]、根据[1]-[3]任一项所述的活性炭的制备方法，其中，所述含有金属离子的溶液中包含表面活性剂，优选是阴离子表面活性剂；更优选地，所述表面活性剂的质量浓度为0.05％～8％；进一步优选地，所述含碳基体的粒径为40～200目，优选100～200目时，所述含碳基体与含有金属离子的溶液的质量比为1～1000:100。[5]、根据[4]所述的活性炭的制备方法，其中，所述阴离子表面活性剂包括烷基硫酸盐、烷基硫酸酯盐、烷基羧酸盐、烷基磷酸酯盐中的一种或两种以上的组合；其中，所述烷基中的碳原子数为5～20个，优选10～18个。[6]、根据[1]-[5]任一项所述的活性炭的制备方法，其中，所述干燥包括自然热风干燥；优选地，所述自然热风干燥的温度为120℃以下。[7]、根据[1]-[6]任一项所述的活性炭的制备方法，其中，所述炭化焙烧的温度为300～800℃，炭化焙烧的时间为0.5～4小时。[8]、根据[1]-[7]任一项所述的活性炭的制备方法，其中，所述活化气体包括水蒸汽和/或二氧化碳；优选地，所述气化的温度为800～1000℃，所述气化的时间为1～5h，所述活化气体的通入量按每千克反应物料通入流速为0.3～1.2kg/h的活化气体计。[9]、根据[1]-[8]任一项所述的活性炭的制备方法，其中，所述制备方法还包括后处理步骤，所述后处理步骤包括除去所述金属簇状结构；优选地，所述后处理步骤包括使用水和/或酸洗涤的步骤。[10]、根据[1]-[9]任一项所述的活性炭的制备方法，其中，所述含碳基体包括无烟煤、蓝炭、微晶石墨中的一种或多种。[11]、一种活性炭，其由包括[1]-[10]任一项所述的制备方法制备得到，所述活性炭的亚甲基蓝吸附值为150mg/g以上，所述活性炭的得率为40％以上。[12]、一种根据[11]所述的活性炭在水体净化中的应用。专利技术的效果(1)本专利技术提供的活性炭的制备方法，可以根据需要制备具有特定的比表面积、特定孔体积以及中孔结构的活性炭，并且得率较高。并且该制备方法经济简便，容易大规模生产。(2)本专利技术的活本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n浸渍步骤：将含碳基体浸渍于含有金属离子的溶液中；/n干燥步骤：对浸渍后的产物进行干燥处理，使所述含碳基体的表面和/或内部形成含有金属离子的胶团；/n炭化焙烧步骤：对干燥后的产物进行焙烧，得到含金属簇状结构的炭化物；/n气化步骤：在所述金属簇状结构的催化下，使活化气体与所述炭化物反应，从而在所述炭化物的表面和/或内部形成孔道结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
浸渍步骤：将含碳基体浸渍于含有金属离子的溶液中；
干燥步骤：对浸渍后的产物进行干燥处理，使所述含碳基体的表面和/或内部形成含有金属离子的胶团；
炭化焙烧步骤：对干燥后的产物进行焙烧，得到含金属簇状结构的炭化物；
气化步骤：在所述金属簇状结构的催化下，使活化气体与所述炭化物反应，从而在所述炭化物的表面和/或内部形成孔道结构。


2.根据权利要求1所述的活性炭的制备方法，其特征在于，形成所述金属离子的金属包括碱金属、碱土金属、过渡金属、稀土金属中的一种或两种以上的组合。


3.根据权利要求2所述的活性炭的制备方法，其特征在于，所述金属离子包括Na+、K+、Fe3+、Ca2+、Mg2+、Ni2+、Ru+中的一种或两种以上的组合。


4.根据权利要求1-3任一项所述的活性炭的制备方法，其特征在于，所述含有金属离子的溶液中包含表面活性剂，优选是阴离子表面活性剂；更优选地，所述表面活性剂的质量浓度为0.05％～8％；进一步优选地，所述含碳基体的粒径为40～200目，优选100～200目时，所述含碳基体与含有金属离子的溶液的质量比为1～1000:100。


5.根据权利要求4所述的活性炭的制备方法，其特征在于，所述阴离子表面活性剂包括烷基硫酸盐、烷基硫酸酯盐、烷基羧酸盐、烷基磷酸酯盐中的一种或两种以上的组...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈彦，陈琳，苏达艺，吴炳德，陈泽强，
申请(专利权)人：炬福福建环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35