一种用于甲烷吸附的石油焦基活性炭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种用于甲烷吸附的石油焦基活性炭及其制备方法和应用。所述制备方法包括如下步骤：（1）将石油焦、活化剂混合，混合均匀后活化；（2）对步骤（1）活化后的物料进行酸处理，酸处理后洗涤至中性，然后干燥；（3）步骤（2）干燥后的物料在420℃以下，焙烧处理结束后浸渍含有金属离子的溶液；（4）步骤（3）浸渍结束后经干燥、焙烧制得用于甲烷吸附的石油焦基活性炭，所述焙烧温度控制在450℃以上。所述方法能够显著提高甲烷的吸附容量。够显著提高甲烷的吸附容量。

【技术实现步骤摘要】
一种用于甲烷吸附的石油焦基活性炭及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种用于甲烷吸附的石油焦基活性炭及其制备方法和应用，具体地说涉及一种高吸附容量的用于甲烷吸附的石油焦基活性炭及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]活性炭是一种多孔炭材料，具有高度发达的孔隙结构和大的比表面积，作为一种优良的吸附剂，早已广泛应用于环境保护、化学工业、食品工业、湿法冶金、药物精制、军事化学保护等领域。随着活性炭在超级双电层电容器的电极材料、催化剂载体、气体分离、氢气和天然气储存材料等新领域中的应用，比表面积为800～1500m2/g的普通活性炭，吸附容量有限，不能满足其应用的要求，因而开发比表面积达到2000m2/g以上的超级活性炭成为多孔炭材料研究领域中新的热点。超级活性炭具有比表面积大、化学 稳定性好、吸附容量大等优点，除可替代普通活性炭更有效地应用于传统领域外，它将成为电子、精细化工和清洁能源等高新
的一种新型基础材料。
[0003]石油焦已被证明是优质的活性炭原料，利用石油焦制备高比表面积活性炭的工艺在美国、日本等国家已经实现产业化，是目前最成熟的石油焦高附加值加工产品之一。研究表明石油焦活化后完全可以作为普通活性炭的廉价高效的替代品。
[0004]早在20世纪60年代美国就开始了超级活性炭的研究。US4082694将石油焦和硝酸溶液混合后在112～118℃下加热8h，过滤后再加硝酸在85～115℃下继续反应8h，冷却至25℃再过滤、洗涤、真空干燥。所得样品与KOH反应生成羟基酸盐，在惰性气氛中将其热解，热解产物在700～1200℃用二氧化碳活化 制得表面积为2000m2/g的活性炭。
[0005]CN103641114A公开一种以氧化锌和氧化铝为模板的石油焦基活性炭的制备和应用，该制备方法取石油焦与活化剂氢氧化钾、氢氧化钠、氯化锌、碳酸钾或磷酸，模板剂纳米氧化锌或氧化铝混合均匀后装入压片机里压片，在惰性气氛保护下反应，然后冷却，在酸性溶液中洗涤至pH值为6-7，干燥，即得石油焦基多孔活性炭材料。
[0006]CN103723722A公开了一种石墨烯改性超级电容器用活性炭的制备方法，所述方法以石油焦活性炭为原料，经过去除杂质，匹配特定参数石墨烯，在高温活化，再去除有机溶剂后得到石墨烯改性超级电容器用活性炭。
[0007]CN101434389A一种超级活性炭的制备方法，包括如下步骤：原料炭、活化剂KOH与活化助剂按1：1～7：0.001～0.1的重量比混合；于200～300℃下干燥脱水1～2h，再以1～7℃/min的升温速度升温至活化温度600～850℃，在惰性气体保护下，真空或高压条件下，活化1～4h；在惰性气体保护下冷却至100℃以下，用水洗涤活化料3～4次后，用盐酸洗涤1～2次，再用水洗涤至滤液的pH达到6～7为止，在120～150℃下干燥至衡重，得到超级活性炭产品。
[0008]综上所述，现有技术公开了诸多的石油焦基活性炭及其制备方法，相比普通的活性炭，所述石油焦基活性炭由于具有高比表面积能够显著提高甲烷的吸附容量，但是技术人员仍然期望通过后续的改性处理来进一步提高其物化性能，例如通过酸处理来溶解孔道
内的杂质提高孔容及表面积、通过热处理消除或降低活性炭表面的含氧基团、通过负载金属来改变活性炭载体导热性能等，但是遗憾的是上述处理并没有提高石油焦基活性炭对甲烷的吸附容量。

技术实现思路

[0009]针对现有技术的不足，本专利技术公开一种用于甲烷吸附的石油焦基活性炭及其制备方法和应用，所述方法能够显著提高甲烷的吸附容量。
[0010]一种用于甲烷吸附的石油焦基活性炭的制备方法，所述方法包括如下步骤：（1）将石油焦、活化剂混合，混合均匀后活化；（2）对步骤（1）活化后的物料进行酸处理，酸处理后洗涤至中性，然后干燥；（3）步骤（2）干燥后的物料在420℃以下，优选300-400℃下进行焙烧处理，焙烧处理结束后浸渍含有金属离子的溶液；（4）步骤（3）浸渍结束后经干燥、焙烧制得用于甲烷吸附的石油焦基活性炭，所述焙烧温度控制在450℃以上，优选480℃-600℃。
[0011]本专利技术方法中，步骤（1）中所述活化剂为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸氢钾、碳酸氢钠中的一种或几种，优选为氢氧化钾。
[0012]本专利技术方法中，步骤（1）中石油焦、活化剂的质量比为1：1～5，优选为1：2～4。
[0013]本专利技术方法中，步骤（1）中所述活化过程为：将石油焦研磨至粉状，升温至活化温度，优选在真空条件下升温至活化温度，活化完成后降至室温进行后续处理，其中所述活化温度为300～800℃，优选为400～600℃，活化时间为5～120min，优选为10～60min。所述活化过程进一步优选在微波辐射条件下进行，所述微波频率为2450MHz或915MHz；所述微波功率，以每kg石油焦计，为1～10kw，优选为2～4kw。
[0014]本专利技术方法中，步骤（2）中所述的酸处理为采用酸性溶液浸渍步骤（1）活化后的物料。所述酸性溶液的pH值为4.5-6.5，优选为5-6。浸渍可以采用等体积浸渍或者过体积浸渍，浸渍时间为10-100min，优选30-60min。
[0015]本专利技术方法中，步骤（2）中步骤（2）中所述的酸处理为采用酸性溶液浸渍步骤（1）活化后的物料，优选采用无机酸的水溶液浸渍步骤（1）活化后的物料。所述酸性溶液可以采用无机酸溶液，也可以采用有机酸溶液，所述无机酸包括硝酸、硫酸、盐酸、磷酸中的一种或几种，优选硝酸或者硫酸，进一步优选硝酸；所述的有机酸包括醋酸、甲酸、丙酸中的一种或几种，优选醋酸。
[0016]本专利技术方法中，步骤（2）中所述的洗涤过程采用去离子水。所述干燥温度为60～160℃，优选干燥温度为80～120℃，干燥时间为2～10h，优选干燥时间为4～8h。所述干燥优选在真空条件下进行。
[0017]本专利技术方法中，步骤（3）中所述金属离子包括Ni、Fe、Mg、Co、Zr、Re、Hf、Ce、La、Th、Ru、Pt和Pd中的一种或几种，优选为Ni、Fe中的一种或两种，进一步优选Fe。
[0018]本专利技术方法中，步骤（3）中所述的焙烧时间为2～10h，优选为4～8h。所述焙烧在惰性气氛下进行或者在真空条件下进行。
[0019]本专利技术方法中，步骤（3）中所述的浸渍可以采用等体积浸渍或者过体积浸渍，优选过体积浸渍，浸渍时间为60-240min，金属离子的浸渍负载量以氧化物计不高于最终用于甲
烷吸附的石油焦基活性炭总质量的2%，优选为0.5-1.5%。
[0020]本专利技术方法中，步骤（4）中所述干燥温度为60～160℃，优选干燥温度为80～120℃，干燥时间为2～10h，优选干燥时间为4～8h。所述的焙烧时间为2～10h，优选为4～8h，所述干燥或者焙烧优选在真空条件下进行。
[0021]一种采用上述方法制备的用于甲烷吸附的石油焦基活性炭，所述石油焦基活性炭中含有金属氧化物，以石油焦基活性炭的总重量计，金属氧化物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于甲烷吸附的石油焦基活性炭的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：（1）将石油焦、活化剂混合，混合均匀后活化；（2）对步骤（1）活化后的物料进行酸处理，酸处理后洗涤至中性，然后干燥；（3）步骤（2）干燥后的物料在420℃以下进行焙烧处理，焙烧处理结束后浸渍含有金属离子的溶液；（4）步骤（3）浸渍结束后经干燥、焙烧制得用于甲烷吸附的石油焦基活性炭，所述焙烧温度控制在450℃以上。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中所述活化剂为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸氢钾、碳酸氢钠中的一种或几种，优选为氢氧化钾，石油焦、活化剂的质量比为1：1～5，优选为1：2～4。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中所述活化过程为：将石油焦研磨至粉状，升温至活化温度，活化完成后降至室温进行后续处理，其中所述活化温度为300～800℃，活化时间为5～120min。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的酸处理为采用酸性溶液浸渍步骤（1）活化后的物料，所述酸性溶液的pH值为4.5-6.5，浸渍时间为10-100min。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）中所述金属离子包括Ni、Fe、Mg、Co、Zr、Re、Hf、Ce、La、Th、Ru、Pt和Pd中的一种或几种。6.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤（3）中所述金属离子为Ni、Fe中的一种或两种。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）中所述的焙烧温度为300-400℃，焙烧时间为2～10h，优选为4～8h。8.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杰，张舒冬，张信伟，刘全杰，宋永一，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：