一种活性炭的孔径修复及调控方法技术

本发明专利技术属于活性炭制备领域，具体设计一种活性炭的孔径修复及调控方法。以甲醛和苯酚为前驱体，在活性炭孔内合成酚醛树脂，并与高温下炭化，通过调整升温速率、炭化温度、炭化时间来控制孔径的范围和数量。经过了本发明专利技术的修复，可实现大孔转化为中孔和微孔、中孔转化为微孔，从而提升了活性炭的中孔容积和微孔容积。修复后的活性炭不仅比表面积变高，而且含有丰富的中孔，适用于电容器用电极材料的制备，也适用于污水和大气中中各类污染物的吸附。而且本发明专利技术工艺简单、成本低，适用于目前市场上已有的活性炭。

【技术实现步骤摘要】
一种活性炭的孔径修复及调控方法
本专利技术属于活性炭制备领域，具体设计一种活性炭的孔径修复及调控方法。
技术介绍
活性炭是一种具有极高的比表面积和极为发达的孔隙结构的人工炭材料制品，比表面积通常为400~1000m2/g，孔容积为0.2~1.0cm3/g。活性炭的这种多孔结构使它对多种物质都具有较强的吸附能力，在空气净化、水污染治理、食品及医药的脱色除味、血液净化、药物载体以及有机溶剂的精制和回收、电容器行业等被广泛应用。活性炭的吸附性能在很大程度上是取决于其孔径分布状况。有研究表明，当孔径与被吸附分子的尺寸比值为1.7:3时对目标分子的吸附能力最强。一般认为活性炭内部的孔径在50nm以上为大孔、2~50nm为中孔、小于2nm为微孔。许多被吸附的分子大小几乎都小于2nm，与微孔同一数量级，微孔比表面积占活性炭总比表面积的95%，大部分的吸附作用都发生在微孔；一些物质因分子尺寸大于微孔孔径而被拒绝进入微孔时，则会被吸入中孔；尤其在电容器行业，活性炭用作电极材料时，不仅要求比表面积高，且主要起作用孔径大小为4nm最佳，也就是中孔数量要多。因此，对活性炭孔径分布的修复与调控就显得尤为重要。传统的活性炭孔径调控方法有物理法和化学法。这两种方法都能够较为有效地调控活性炭孔径分布，但是物理法需要900～1000℃的高温和CO2、H2O等活化气体，得率往往在20%以下;化学法所需活化温度相对较低且得率相对较高，但活化试剂腐蚀性较强，须解决试剂造成的二次污染。近年来，以热稳定性较强的聚合物，例如聚芳香酰胺、脱氟聚四氟乙烯、酚醛树脂等作为碳源直接炭化制备具有一定孔径分布的分子筛或活性炭已有报道，但是以聚合物直接作为炭源成本较高、性能较差，而且有较为繁杂的预处理工序。例如专利号CN201010017138.4公开了一种酚醛树脂活性炭微球及其快速制备方法，所述聚合物原料为酚醛树脂，通过喷雾、固化、炭化、活化制备了一种酚醛树脂活性炭微球，所得产品粒径均匀、球径和比表面积可控，但工艺较为复杂且吸附性能较低。中国科学院山西煤炭化学研究所的刘朗等人的专利(专利号ZL98115717.3):利用线型热塑性酚醛树脂为原料，通过成球之前加入固化剂，省掉了以沥青为原料制备沥青基球形活性炭的氧化不熔化过程，达到能耗降低的目的，并得到粒径在2mm左右且分布均匀的酚醛树脂基球形活性炭。具体步骤为:先将线型酚醛树脂与固化剂混合后，制成块状混合物，再粉碎至1.25-2.5mm，得到原料树脂；将原料树脂分散到含有分散剂的分散液中，乳化成球；将制成的球在惰性气体保护下炭化并用水蒸汽或二氧化碳进行活化，得到酚醛树脂基球形活性炭。但所涉及的方法由于与固化剂、致孔剂与酚醛树脂的混合、破碎、筛分有十分密切的关系，因此损耗大、成本高，而且球体直径大，必须增加扩散过程，影响使用效果。南京大学的左宋林等人所申请的一种酌醒树脂基高比表面积活性炭的制备方法(专利号ZL200610038065.0)则是:先将粉碎至粒径小于0.5mm的固体酚醛树脂与固化剂混合，再与活化剂KOH混合研磨，最后进行预活化、活化等而制得的。此方法由于涉及到粉碎等，存在损耗大、设备要求高、成本高的缺点。综上所述，采用酚醛树脂作为前驱体制备炭材料已有相关的专利报道。但它们共同的特点是以酚醛树脂为原料制备活性炭或活性炭微球，其缺点不仅是工艺复杂，而且所制备的活性炭或活性炭微球吸附性能差。但若能在活性炭的中大孔壁内合成酚醛树脂并炭化，即可填补中大孔，达到缩小中大孔孔径，提高微孔比率的目的。酚醛树脂价格低廉，易于合成，且具有较高的炭化收率，较合适作为炭源。
技术实现思路
为了修复活性炭内部的中孔和大孔，调控活性炭的孔径分布、提高比表面积，本专利技术提供一种活性炭的孔径修复及调控方法，制作方法简单易行、快速，活性炭孔径分布均匀可控、且比表面积有很大提升。为达到上述目的，本专利技术所采用的的技术手段是：一种活性炭的孔径修复及调控方法，将活性炭进行前处理，而后在活性炭孔内合成酚醛树脂，将合成好后的产物经过炭化、洗涤、干燥获得孔径被修复的活性炭。进一步的，所述前处理是指：将活性炭磨粉至颗粒度在200目～300目。更进一步的，所述活性炭包括所有品质的活性炭。进一步的，所述酚醛树脂的合成方法是指：酸性条件下将苯酚和浓度为40%的甲醛溶液在高温下反应一段时间合成。更进一步的，酸性条件是0.01~1moL的盐酸溶液；苯酚的添加质量是甲醛的1~2倍；反应温度为0~100℃；反应时间为1~9h。进一步的，在活性炭孔内合成酚醛树脂是指，活性炭作为载体，在其孔内合成酚醛树脂，其添加顺序是先加活性炭到反应容器内，然后加入苯酚、甲醛、盐酸溶液合成。其中活性炭先加入，苯酚和甲醛中间加入，最后再加盐酸溶液。进一步的，所述炭化是指：在活性炭孔内合成酚醛树脂后，将其置于密闭环境中，通入保护气，升温至900℃，而后降温至100℃，停止通入保护气，冷却至室温。更进一步的，所述保护气，升温至900℃是指：通入保护气15min，升温至900℃，且在900℃保温0.5～2h。更进一步的，所述升温是指：400℃前，每分钟以10~20℃升温，400℃后，每分钟以1~10℃升温。进一步的，所述洗涤、干燥是指：将炭化后的产物取出洒水，使产物湿润，冷却后，溶于沸水中，分别加两次盐酸溶液，将盐酸溶液淹没炭面，酸煮，每加一次盐酸溶液，酸煮一次，一次时间在0.5～1.5h，用去离子水洗涤至PH值中性，第二次水洗达到中性后，过滤，在120℃干燥箱中干燥3h，得到孔径修复后的活性炭。本专利技术的有益效果是：首先在现有的活性炭孔内合成酚醛树脂，主要填充了中孔和大孔，进行炭化煅烧，特别是在900℃保温使酚醛树脂炭化且挥发物质大量析出，产生了更多更小的孔隙，达到缩小中孔和大孔孔径，提高微孔比率的目的，微孔增加，进一步提高了比表面积。比表面积的提高和孔径分布的调控使得活性炭的应用更加宽广，市场前景更好。具体实施方式实施例一一种制备高比表面高容量超级电容器活性炭的方法，包含以下步骤：（I）预处理：将市售活性炭破碎粒度小于300目（通过300目的标准筛）,取出,混匀；（II）活性炭孔内原位合成酚醛树脂：称取2g经过筛分处理的活性炭置于250mL三口烧瓶中，加入1.5g苯酚和1.25g40%的甲醛溶液后加入0.1mol/L的盐酸溶液150mL，于95℃下反应3h后真空抽滤并用蒸馏水洗涤3次，得到的固体于120℃下烘干2h称质量后置于密闭坩埚；（III）炭化：将上述的固体产物装入石英舟后置于管式炉内，先持续通入保护气15min，以10℃/min的升温至400℃，以再以6℃/min的升温至900℃并保温2h，而后降温至100℃，停止通入保护气，冷却至室温；（IV）洗涤、干燥：将炭化后的产物取出洒水，使产物湿润，冷却后，溶于沸水中，分别加两次盐酸溶液，将盐酸溶液淹没炭面，酸煮，每加一次盐酸溶液，酸煮一次，一次时间在0.5h，用去离子水洗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种活性炭的孔径修复及调控方法，其特征在于，将活性炭进行前处理，而后在活性炭孔内合成酚醛树脂，将合成好后的产物经过炭化、洗涤、干燥获得孔径被修复的活性炭。/n

【技术特征摘要】
1.一种活性炭的孔径修复及调控方法，其特征在于，将活性炭进行前处理，而后在活性炭孔内合成酚醛树脂，将合成好后的产物经过炭化、洗涤、干燥获得孔径被修复的活性炭。


2.根据权利要求1所述的一种活性炭的孔径修复及调控方法，其特征在于：所述前处理是指：将活性炭磨粉至颗粒度在200目～300目。


3.根据权利要求1所述的一种活性炭的孔径修复及调控方法，其特征在于：所述酚醛树脂是可替代的，本发明不限于酚醛树脂，其他物质如聚芳香酰胺，脱氟聚四氟乙烯等一切可炭化聚合物也可做活性炭孔径修复剂。


4.根据权利要求1所述的一种活性炭的孔径修复及调控方法，其特征在于：所述在活性炭孔内合成酚醛树脂，其添加顺序是先加活性炭到反应容器内，然后加入苯酚、甲醛、盐酸溶液合成。


5.其中活性炭先加入，苯酚和甲醛中间加入，最后再加盐酸溶液。


6.根据权利要求1所述的一种活性炭的孔径修复及调控方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈嘉炼，刘金玲，
申请(专利权)人：福建师范大学泉港石化研究院，
类型：发明
国别省市：福建;35