一种氨气活化制备含氮活性炭的方法技术

一种氨气活化制备含氮活性炭的方法，属于活性炭改性技术领域，包括预处理、碱处理、浸渍、活化四个步骤。本发明专利技术所述方法，活化温度相对较低（700~800℃），操作简单，且本发明专利技术制备出的活性炭表面含氮量高（6.93~8.24%）；制备的含氮活性炭，在700℃、750℃、800℃活化温度下所得到的含氮活性炭，其氮含量分别为6.93%、8.24%、7.03%，其收率分别为85.2%、78.9%、63.7%（根据得到的含氮活性炭质量与原料活性炭的质量之比计算氨气活化后含氮活性炭的收率）。量之比计算氨气活化后含氮活性炭的收率）。

【技术实现步骤摘要】
一种氨气活化制备含氮活性炭的方法


[0001]本专利技术涉及一种氨气活化制备含氮活性炭的方法，属于活性炭改性


技术介绍

[0002]含氮活性炭具有比表面积大，孔隙发达，表面酸碱性质易于调控，耐强酸强碱，耐高温水热环境，无金属溶出和环境友好等优异性质，同时活性炭中氮的存在会改变碳材料表面局部电子结构，形成局部的富电子区域，使活性炭表面具有固体碱的性质，显示出一定的催化活性，这让含氮活性炭在催化剂领域展现出一定的应用前景。此外含氮活性炭电化学性能方面的特殊表现使其在超级电容器方面得到广泛应用。
[0003]现有技术中制备含氮活性炭的方法主要是采用等离子处理、浸渍含氮化合物等来对活性炭进行表面改性，达到引入氮元素的目的。然而，上述方法，工艺操作较为复杂，制备成本相对较高，而且制备出的含氮活性炭表面氮元素的含量并不高。
[0004]中国专利CN106629721A公开了一种安全生产含氮超级活性炭的方法，包括在KOH活化过程中通入氨气进行活化，不仅可以利用在高温下氨气与炭发生的反应产生发达孔隙结构，而且可以利用氨气与钾反应解决KOH活化过程中钾的释放问题，同时达到活性炭表面掺杂氮元素的目的。该专利所披露的氨气活化方法仅仅只是在超级活性炭常规制备工艺的活化步骤中通入氨气，KOH活化与氨气的活化存在竞争反应，该专利并不能得到表面含氮量很高的活性炭。
[0005]中国专利CN105905895A公开了一种含氮活性炭的制备装置及制备方法，含氮活性炭制备工艺包括：前驱体碳化；碳化后的前驱体进行氨气活化。该专利所披露的方法，使用氨气和水蒸气的混合物对碳化后的活性炭进行活化，工艺要求较为苛刻，高温氨气和水蒸气对设备腐蚀严重，设备成本比较高。
[0006]以上可以看到，现有含氮活性炭的制备方法中仍存在活化温度高，操作繁琐，活性炭表面含氮量低等问题，因此开发一种活化温度相对较低，操作简单，提高活性炭表面含氮量的制备方法对提升含氮活性炭的应用品质意义重大。

技术实现思路

[0007]针对上述现有技术存在的不足，本专利技术提供一种氨气活化制备含氮活性炭的方法，实现以下专利技术目的：开发一种活化温度相对较低，操作简单的含氮活性炭的制备方法，且该方法制备出的活性炭表面含氮量高。
[0008]为实现上述专利技术目的，本专利技术采取以下技术方案：一种氨气活化制备含氮活性炭的方法，包括预处理、碱处理、浸渍、活化四个步骤。
[0009]以下是对上述技术方案的进一步改进：步骤1：预处理将水溶性酰胺、表面活性剂、助渗剂溶于去离子水中，配成预处理溶液，控温60~90℃，将活性炭放入溶液中，超声震荡2~8小时，然后过滤出活性炭，将活性炭用去离子水淋洗
至pH呈中性后，放于烘箱中，在90~130℃下干燥2~4小时后得到预处理的活性炭；所述活性炭的粒径为5~30目，内部孔径为50~150纳米，比表面积为700~950m
²
/g；所述活性炭与预处理溶液的质量比为20~40:100；所述预处理溶液中，水溶性酰胺、表面活性剂、助渗剂、去离子水的质量比为5~10:1~2:0.5~1.5:50~80；所述水溶性酰胺为氰乙酰胺、磺酰胺、甲基磺酰胺中的一种；所述表面活性剂为N,N,4
‑
三甲基苯胺氧化胺、N,N
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二甲基癸烷基
‑
N
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氧化胺、三(2
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羟乙基)甲基氢氧化胺中的一种；所述助渗剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。
[0010]步骤2：碱处理将季铵盐、含胺膦酸溶解在氢氧化钠水溶液中，得到碱处理液，控温40~70℃下，将预处理的活性炭放入碱处理液中，浸泡40~50小时后取出，用去离子水淋洗至洗出液的pH为中性后，在90~130℃下干燥1~4小时后得到碱处理的活性炭；所述预处理的活性炭与碱处理液的质量比为15~30:100；所述碱处理液中，季铵盐、含胺膦酸、氢氧化钠水溶液的质量比为2~9:0.8~2:60~75；所述氢氧化钠水溶液的质量浓度为10~16wt%；所述季铵盐为四乙基氯化铵、四丙基氯化铵、四丙基溴化铵中的一种；所述含胺膦酸为己二胺四甲叉膦酸、多氨基多醚基甲叉膦酸、双1,6
‑
亚己基三胺五甲叉膦酸中的一种。
[0011]步骤3：浸渍将硫酸肼、硫代硫酸钠、二氧化硫脲溶解在去离子水中，得到浸渍液，控温50~70℃，将碱处理的活性炭放入浸渍液中，浸渍24~48小时后取出，用去离子水淋洗至洗出液的pH为中性后，在100 ~140℃下干燥1.5~3小时后得到浸渍处理的活性炭；所述碱处理的活性炭与浸渍液的质量比为15~35:100；所述浸渍液中，硫酸肼、硫代硫酸钠、二氧化硫脲、去离子水的质量比为3~10:2~9:1~11:70~95。
[0012]步骤4：活化将浸渍处理的活性炭放入真空管式炉中，通入氨气、氮气的混合气体，以2~8℃/min的升温速率，升温至700~800℃，保温1~2.5小时后，继续通入混合气体，至冷却到室温后取出，得到含氮活性炭；所述混合气体中氨气、氮气的体积比为1:0.5~2；所述混合气体的通入速度为0.5~3.5mL/min。
[0013]与现有技术相比，本专利技术取得以下有益效果：1、本专利技术所述制备含氮活性炭的方法，活化温度相对较低（700~800℃），操作简单，且本专利技术制备出的活性炭表面含氮量高（6.93~8.24%）；2、采用本专利技术方法制备含氮活性炭，在700℃、750℃、800℃活化温度下所得到的含氮活性炭，其氮含量分别为6.93%、8.24%、7.03%，其收率分别为85.2%、78.9%、63.7%（根据得到的含氮活性炭质量与原料活性炭的质量之比计算氨气活化后含氮活性炭的收率）；
3、本专利技术所述制备含氮活性炭的方法，750℃为最佳的活化温度，在此温度下，含氮活性炭的氮含量最高，达到8.24%，活性炭收率能达到78.9%（根据得到的含氮活性炭质量与原料活性炭的质量之比计算氨气活化后含氮活性炭的收率）。
具体实施方式
[0014]以下对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0015]实施例1：一种氨气活化制备含氮活性炭的方法包括以下步骤：1、预处理将水溶性酰胺、表面活性剂、助渗剂溶于去离子水中，配成预处理溶液，控温80℃，将活性炭放入溶液中，超声震荡4小时，然后过滤出活性炭，将活性炭用去离子水淋洗至pH呈中性后，放于烘箱中，在110℃下干燥3小时后得到预处理的活性炭；所述活性炭的粒径为15目，内部孔径为90纳米，比表面积为850m
²
/g；所述活性炭与预处理溶液的质量比为30:100；所述预处理溶液中，水溶性酰胺、表面活性剂、助渗剂、去离子水的质量比为8:1.5:1.0:70；所述水溶性酰胺为氰乙酰胺；所述表面活性剂为N,N,4
‑
三甲基苯胺氧化胺；所述助渗剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。
[0016]2、碱处理将季铵盐、含胺膦酸溶解在氢氧化钠水溶液中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氨气活化制备含氮活性炭的方法，其特征在于：包括预处理、碱处理、浸渍、活化四个步骤；所述预处理的方法为将水溶性酰胺、表面活性剂、助渗剂溶于去离子水中，配成预处理溶液，控温60~90℃，将活性炭放入溶液中，超声震荡2~8小时，然后过滤出活性炭，将活性炭用去离子水淋洗至pH呈中性后，放于烘箱中，在90~130℃下干燥2~4小时后得到预处理的活性炭；所述活性炭的粒径为5~30目，内部孔径为50~150纳米，比表面积为700~950m
²
/g；所述活性炭与预处理溶液的质量比为20~40:100；所述预处理溶液中，水溶性酰胺、表面活性剂、助渗剂、去离子水的质量比为5~10:1~2:0.5~1.5:50~80；所述水溶性酰胺为氰乙酰胺、磺酰胺、甲基磺酰胺中的一种；所述表面活性剂为N,N,4
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三甲基苯胺氧化胺、N,N
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二甲基癸烷基
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N
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氧化胺、三(2
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羟乙基)甲基氢氧化胺中的一种；所述助渗剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；所述碱处理的方法为将季铵盐、含胺膦酸溶解在氢氧化钠水溶液中，得到碱处理液，控温40~70℃下，将预处理的活性炭放入碱处理液中，浸泡40~50小时后取出，用去离子水淋洗至洗出液的pH为中性后，在90~130℃下干燥1~4小时后得到碱处理的活性炭；所述预处理的活性炭与碱处理液的...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹兴磊，尹常志，尹兴月，
申请(专利权)人：山东恒昌圣诚化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：