一种高微孔率高比表面积活性炭及其制备方法技术

本发明专利技术属于化工生产技术领域，提供了一种高微孔率高比表面积活性炭及其制备方法，制备方法包括如下步骤：S1、将高碳原料进行粉碎过筛，与氢氧化钾混合均匀后，在500～650℃下，进行低温低碱焦比活化得到活化产物，冷却至室温，经水洗至滤液至中性，干燥得到活性炭中间物；S2、将S1得到的活性炭中间物再加入氢氧化钾混合均匀后，在650～850℃下，进行高温低碱焦比活化得到最终活化产物，冷却至室温，经水洗至滤液呈中性后，干燥得到高微孔率高比表面积活性炭。本发明专利技术采用低温低碱焦比活化和高温低碱焦比活化相结合的方式制备活性炭，从而使所制活性炭有着更为发达的微孔结构，比表面积高、孔容大且具有较高的收率。孔容大且具有较高的收率。

【技术实现步骤摘要】
一种高微孔率高比表面积活性炭及其制备方法


[0001]本专利技术属于化工生产
，提供了一种高微孔率高比表面积活性炭及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着汽车尾气带来的污染越来越严重，以氢气、天然气代替现在使用的汽油、柴油等燃料已成为大趋势，而利用高微孔高比表面积活性炭吸附存储氢气、天然气可以大大降低存储压力，成为一种很具潜力和竞争力的炭质吸附储氢、储能材料。同时，高微孔高比表面积活性炭因具有发达的微孔结构和大的吸附容量，还在气体分离、催化反应等方面具有巨大的应用潜力。因而研究开发高微孔高比表面积活性炭成为国内外学者研究的重点。
[0003]目前，制备高微孔高比表面积活性炭的主要路线之一是由石油焦、沥青焦、无烟煤等高碳原料，以氢氧化钾为活化剂，通过一步化学活化法制备活性炭。
[0004]例如：
[0005]美国专利US5064805将椰壳炭和氢氧化钾混合均匀(碱焦比为4:1)，首先在500℃预活化脱水60min，随后升温至800℃活化100min，所制活性炭收率为60％，比表面积为2680m2/g，总孔容为1.68mL/g，其中微孔孔容0.37mL/g。该方法为一步活化法，所制活性炭收率及比表面积高、孔容大，但微孔含量低，仅为22.0％。
[0006]中国专利CN01126708.9以石油焦为原料，以氢氧化钾为活化剂，以20℃/min升温速率升至800℃活化2h，制备了比表面积高达3152.76m2/g的活性炭，其中微孔比表面积为2019.35m2/g，占比表面积的64.05％，活化收率为32.5％。
[0007]中国专利CN200710008973.X将氢氧化钾溶液与经抽真空处理的石油焦原料按一定的质量比例混合，以20℃/min升温速率升至780℃活化2h，制备了比表面积高达3000m2/g的活性炭，其中微孔比表面积为2000m2/g，占比表面积的66.6％，活化收率为35.0％。
[0008]上述方法尽管制备出高比表高微孔率活性炭，但微孔含量仍不够高，且所制活性炭的收率非常低，不足40％。从上述专利中可以看出，一步活化法可以制备出高比表面积活性炭，但微孔含量和活性炭收率均较低。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种高微孔率高比表面积活性炭及其制备方法，采用氢氧化钾活化造孔分两步进行，第一步是低温低碱焦比活化，活化后进行酸洗水洗，干燥后作为第二步的原料使用；第二步为高温低碱焦比活化，酸洗水洗干燥后得到活性炭产品。低温低碱焦比活化产生一定数量的微孔结构，在活化试剂经洗涤除去后，产生的微孔被释放出来。这部分微孔的形成有利于二次活化混合时碱液的进入并呈均匀分布状态。高温低碱焦比活化阶段主要是在原来孔隙结构的基础上进一步扩孔，同时也向孔内纵深方向制造大量微孔结构，使活性炭的微孔孔隙结构更为发达，制得的活性炭产品比表面积高、孔容大、微孔含量高，且具有较高的收率。
[0010]本专利技术的目的之一是提供一种高微孔率高比表面积活性炭的制备方法，包括如下步骤：
[0011]S1、将高碳原料进行粉碎后过筛，再与氢氧化钾混合均匀后，置于反应器中，在惰性气体保护下，在500～650℃下，进行低温低碱焦比活化得到活化产物，冷却至室温后，经水洗至滤液至中性，干燥得到活性炭中间物；
[0012]S2、将S1得到的活性炭中间物再加入氢氧化钾混合均匀后，置于反应器中，在惰性气体保护下，在650～850℃下，进行高温低碱焦比活化得到最终活化产物，冷却至室温，经水洗至滤液呈中性后，干燥得到高微孔率高比表面积活性炭。
[0013]优选的，S1中，所述高碳原料为石油焦、沥青焦、中间相炭微球或无烟煤。
[0014]优选的，S1中，所述的高碳原料与氢氧化钾的混合方式为固
‑
固物理混合或固
‑
液浸渍混合。
[0015]优选的，S1中，所述高碳原料与氢氧化钾的质量比为1:0.5～2。
[0016]优选的，S1中，所述活化的升温速率为2～15℃/min，活化时间为0.3～2h。
[0017]优选的，S2中，所述活性炭中间产物与氢氧化钾的质量比为1:1～3。
[0018]优选的，S2中，所述活化的升温速率为2～15℃/min，活化时间为0.3～2h。
[0019]优选的，S1和S2中，所述水洗的方式为水洗或者是先0.5～5mol/L盐酸洗后水洗。
[0020]优选的，S1和S2中，所述干燥的温度为100～120℃，时间为1～5h。
[0021]本专利技术的目的之二是提供上述制备方法制备的高微孔率高比表面积活性炭。
[0022]与现有技术相比其有益效果在于：
[0023]1、本专利技术采用低温低碱焦比活化和高温低碱焦比活化相结合的方式制备活性炭，其中低温预活化后将无机盐清洗掉，有利于微孔孔道释放出来，为高温低碱炭比活化氢氧化钾的熔融渗入提供了通道且能均匀分布，且能向纵深方向发展孔隙结构，有利于活化试剂氢氧化钾与高碳原料的充分接触，从而使所制活性炭有着更为发达的微孔结构。
[0024]2、本专利技术制备方法制得的活性炭产品比表面积高、孔容大、微孔含量高，且具有较高的收率，用于氢气吸附存储时展现更高的吸附存储量。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]需要说明的是，本专利技术中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本专利技术的保护范围，除非另有特别说明，本专利技术以下各实施例中用到的各种原料、试剂、仪器和设备均可通过市场购买得到或者通过现有方法制备得到。
[0027]实施例1
[0028]一种高微孔率高比表面积活性炭的制备方法，包括如下步骤：
[0029]S1、称取1g氢氧化钾，加入0.5mL的水进行溶解，随后加入进行粉碎后过100目筛的石油焦原料1g搅拌混合均匀，放入105℃烘箱中烘烤60min，然后置于反应器中，在氮气N2气体保护下，其中N2的流速为140mL/min，以10℃/min的升温速率升至600℃进行低温低碱焦
比活化1h得到活化产物，冷却至室温后，取出活化产物，先用40mL的盐酸(浓度为0.5mol/L)进行洗涤，再经去离子水洗至滤液至中性，在120℃烘箱干燥1h得到活性炭中间物；
[0030]S2、称取2g氢氧化钾，加入1mL水中溶解，随后加入S1得到的活性炭中间物中混合均匀后，放入105℃烘箱中烘烤60min，然后置于反应器中，在N2气体保护下，其中N2的流速为140mL/min，以10℃/min的升温速率升至800℃进行高温低碱焦比活化1h得到最终活化产物，冷却至室温后，取出最终活化产物，先用70mL的盐酸(浓度为0.5m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高微孔率高比表面积活性炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将高碳原料进行粉碎后过筛，再与氢氧化钾混合均匀后，置于反应器中，在惰性气体保护下，在500～650℃下，进行低温低碱焦比活化得到活化产物，冷却至室温后，经水洗至滤液至中性，干燥得到活性炭中间物；S2、将S1得到的活性炭中间物再加入氢氧化钾混合均匀后，置于反应器中，在惰性气体保护下，在650～850℃下，进行高温低碱焦比活化得到最终活化产物，冷却至室温，经水洗至滤液呈中性后，干燥得到高微孔率高比表面积活性炭。2.根据权利要求1所述的高微孔率高比表面积活性炭的制备方法，其特征在于，S1中，所述高碳原料为石油焦、沥青焦、中间相炭微球或无烟煤。3.根据权利要求1所述的高微孔率高比表面积活性炭的制备方法，其特征在于，S1中，所述的高碳原料与氢氧化钾的混合方式为固
‑
固物理混合或固
‑
液混合。4.根据权利要求1所述的高微孔率高比表面积活性炭的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李蓓蓓，贾园，薛敏，杨菊香，翟云会，
申请(专利权)人：西安文理学院，
类型：发明
国别省市：