活性炭及其制造方法技术

本发明专利技术总体上涉及活性炭的形成方法。活性炭的形成方法包括将炭黑与活化催化剂混合并加热炭黑以形成活性炭。本发明专利技术还涉及本文公开的活性炭的应用。在优选实施方案中，活化催化剂选自过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾、或其组合。合。合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】活性炭及其制造方法


[0001]本专利技术总体上涉及活性炭的形成方法。本专利技术还涉及本文公开的活性炭的应用。

技术介绍

[0002]近几十年来，碳废料的焚烧对环境造成了严重的空气和土壤污染。这种作业引起了如对环境的潜在毒性和有价值材料的损失等问题。这种碳废料包含大量可用于各种工业应用的有价值的重金属和炭黑。从经济和环境的角度来看，从碳废料中回收低级碳并将其进一步转化为增值材料是必要的。取代焚烧，将炭黑废料转化为增值产品是全球社会的新兴领域。炭黑(CB)为具有纳米粒度的碳系材料。它们的显著性能包括大的表面积、优异的电子输送性质和化学性质。由于这些显著的性能，这些碳纳米材料已被开发用于各种应用，如水处理、颜料、光电子、太阳能收集、和导电性填料等。然而，CB的结构性能，主要是其粒度和孔隙率，在很大程度上取决于原料(石油、煤炭或天然气)和制造方法。从炭黑废料中浸出的炭黑由于其物理和化学性能差，而被认为是低级材料。结果，大量生产的CB浸渍材料的所得性能的一致性低。
[0003]已经开发了许多物理和化学处理方法，以将低级碳转化为高价值的最终产品。在蒸汽、空气、CO2、N2和惰性气体的存在下，现有的物理活化需要极高的温度(>800℃)。化学活化涉及使用高危险化学品，如硝酸、磷酸、硫酸和氢氧化钾来进行以引起活化。物理活化的高能耗和化学活化期间的危险化学品使用是这些技术的主要缺点。
[0004]活性炭市场是供不应求的快速增长的市场。此外，由于上述问题，对生产设置的限制性规定越来越多。预计2025年全球市场潜力约为260亿美元，其中预计亚洲市场约为50亿美元。
[0005]希望克服或改善上述问题中的至少一个，或者至少提供有用的替代方案。

技术实现思路

[0006]本专利技术涉及活性炭的生产方法。特别是，本专利技术涉及通过结合化学和物理活化手段将低级炭黑(例如从炼油厂废料中提取的炭黑)转化为活性炭。这种活化策略提供了具有高表面积和吸附容量的活性炭，并且将有利地降低活性炭生产的加工成本和原材料成本。相比之下，目前制造活性炭的惯例来自木炭，这增加了活性炭的成本，因为木炭相对更贵。
[0007]本专利技术涉及一种活性炭的形成方法，其包括：
[0008]a)将炭黑与活化催化剂在极性溶剂中混合以形成混合物；和
[0009]b)将混合物在约350℃至约500℃下加热以形成活性炭；
[0010]其中炭黑与活化催化剂的重量比为约1:0.1至约1:0.5；和
[0011]其中活化催化剂选自过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾或其组合。
[0012]与使用蒸汽活化以在高于800℃的温度下生产活性炭的现有技术相比，本专利技术使用低成本催化剂和中等温度(<500℃)将低级碳转化为活性炭。本专利技术也不需要蒸汽或加压系统来工作。进一步有利的是，与现有的活化方法相比，该方法具有更低的能量需求和更高
的活性炭产率。其也可用于其它碳废料。
[0013]在一些实施方案中，将混合物在约400℃下加热至少3h。
[0014]在一些实施方案中，溶剂选自水、乙醇、乙二醇或其组合。
[0015]在一些实施方案中，溶剂是重量比为85:15的水和乙醇的混合物，重量比为85:15的水和乙二醇的混合物，或重量比为85:15的乙醇和乙二醇的混合物。
[0016]有利的是，溶剂能够使炭黑和活化催化剂充分混合(或完全混合)，使得活化催化剂可以至少吸附在炭黑的表面上。
[0017]在一些实施方案中，炭黑与溶剂的重量比为约1:5至约1:100。
[0018]在一些实施方案中，将混合物混合至少1h。
[0019]在一些实施方案中，该方法进一步包括在步骤(a)中向混合物中添加助催化剂。
[0020]在一些实施方案中，将助催化剂与混合物混合至少3h。
[0021]在一些实施方案中，助催化剂为氨或氢氧化铵。
[0022]在一些实施方案中，活化催化剂与助催化剂的重量比为约1:0.1。
[0023]在一些实施方案中，混合物的pH保持在约7至约9。
[0024]在一些实施方案中，混合物以约1℃/min至约5℃/min的速率加热。
[0025]在一些实施方案中，该方法进一步包括在步骤(a)之后将混合物干燥的步骤。
[0026]本专利技术还涉及一种硅烷官能化的活性炭的形成方法，其包括：
[0027]a)将炭黑与硅烷剂和活化催化剂在极性溶剂中混合以形成混合物；和
[0028]b)将混合物在约350℃至约500℃下加热以形成硅烷官能化的活性炭；
[0029]其中炭黑与活化催化剂的重量比为约1:0.1至约1:0.5；并且其中活化催化剂选自乙酸和/或氨。
[0030]有利的是，硅烷剂用作形成中孔活性炭的桥接部分。为此，硅烷剂允许形成碳颗粒之间的碳间连接，从而在碳颗粒间形成孔。
[0031]在一些实施方案中，将混合物在室温下搅拌至少3h。
[0032]在一些实施方案中，将混合物在约350℃下加热至少6h。
[0033]在一些实施方案中，炭黑与硅烷剂的重量比为约1:0.18至约1:0.25。
[0034]在一些实施方案中，硅烷剂与催化剂的重量比为约1:0.5至约1:1.7。
[0035]在一些实施方案中，硅烷剂选自双三乙氧基硅烷(1,2
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双(三乙氧基甲硅烷基)乙烷))、1,2
‑
双(三氯甲硅烷基)乙烷、1,2
‑
双(三甲氧基甲硅烷基)乙烷、或其组合。
[0036]本专利技术还涉及由本文公开的方法形成的活性炭。
[0037]在一些实施方案中，活性炭的粒度为约40nm至约80nm。
[0038]在一些实施方案中，活性炭的BET表面积大于600m2/g。
[0039]在一些实施方案中，活性炭的孔径为至少1.5nm。
[0040]在一些实施方案中，活性炭的染料吸附为至少170mg/g。
[0041]本专利技术还涉及由本文公开的方法形成的硅烷官能化的活性炭。
[0042]在一些实施方案中，硅烷官能化的活性炭的粒度为约140nm至约500nm。
[0043]在一些实施方案中，硅烷官能化的活性炭包括至少4个碳颗粒。
[0044]在一些实施方案中，硅烷官能化的活性炭在活性炭的至少表面上具有厚度为约10nm的二氧化硅壳。
[0045]在一些实施方案中，硅烷官能化的活性炭的BET表面积大于600m2/g。
[0046]在一些实施方案中，硅烷官能化的活性炭的孔径为至少9nm。
附图说明
[0047]现在将参考附图，以非限制性实例的方式描述本专利技术的实施方案，其中：
[0048]图1示出(a)碳X、(b)AC
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AP和(c)AC
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Si的SEM图像；
[0049]图2示出(a)碳X、(b)AC
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AP和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种活性炭的形成方法，其包括：a)将炭黑与活化催化剂在极性溶剂中混合以形成混合物；和b)将所述混合物在约350℃至约500℃下加热以形成所述活性炭；其中炭黑与活化催化剂的重量比为约1:0.1至约1:0.5；和其中所述活化催化剂选自过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾、或其组合。2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述混合物在约400℃下加热至少3h。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述溶剂选自水、乙醇、乙二醇、或其组合。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述溶剂为重量比为85:15的水和乙醇的混合物、重量比为85:15的水和乙二醇的混合物、或重量比为85:15的乙醇和乙二醇的混合物。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中炭黑与溶剂的重量比为约1:5至约1:100。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中将所述混合物混合至少1h。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其进一步包括向所述混合物中添加助催化剂。8.根据权利要求7所述的方法，其中将所述助催化剂与所述混合物混合至少3h。9.根据权利要求7或8所述的方法，其中所述助催化剂为氨或氢氧化铵。10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中所述活化催化剂与所述助催化剂的重量比为约1:0.1。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述混合物的pH保持在约7至约9。12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中将所述混合物以约1℃/min至约5℃/min的速率加热。13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其进一步包括步骤(a)之后的将所述混合物干燥的步骤。14.一种硅烷官能化的活性炭的形成方法，其包括：a)将炭黑与硅烷剂和活化催化剂在极性溶剂中混合以形成混合物；和b)将所述混合物在约350℃至约500℃下加热以形成所述硅烷官能化的活性炭；其中炭黑与活化催...

【专利技术属性】
技术研发人员：王启华，B，
申请(专利权)人：胜科工业有限公司，
类型：发明
国别省市：