催化、活化同步工艺制备高表面活性吸附炭材料的方法技术

本发明专利技术提供了一种催化、活化同步工艺制备高表面活性吸附炭材料的方法，利用本方法可显著地降低对环境的污染，降低吸附炭材料的生产成本、易于产业化。本发明专利技术通过以下技术方案予以实现，首先将石油焦或木质果壳粉碎并碳化后与碱性介质活化剂混合，经预活化后再经过高温活化炉的不同温度段进行活化，采用双炉三段催化活化同步法工艺控制高表面活性吸附炭材料的比表面积、孔径分布。将原料在活化炉中用３００～８００℃温度炭化２小时，然后按炭粉∶ＫＯＨ＝１∶１～１∶２的比例加入炭粉和催化剂１～５％与其直接混合，加热至１５０～５５０℃的温度进行预活化反应１～２ｈｒ；再将的物料进入高温活化炉中，在中温段６５０～８５０℃下反应１～２ｈｒ，再经９５０～１０５０℃高温段下反应１～２小时。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用催化、活化同步法制备高表面活性吸附炭材料的制造方法，更具体地说，本专利技术涉及一种以石油焦、核桃壳等木质果壳类为原料制备高表面活性吸附炭 材料的方法。
技术介绍
传统的人造材料活性碳是一种木炭，不是真正意义上的活性炭。活性炭自问世 一百年来，应用领域日益扩展，应用领域不断递增，用途非常广泛，被视为“万能吸附剂”。是 目前新材料领域的一个研发热点。它在环境保护，工业与民用方面，吸附储存天然气、医药 化工、空气净化、双电层超级电容器，军事、航天等高要求领域，已被大量使用，并且取得了 相当的成效。活性炭是一种除了碳以外还有氧、氢等元素成分的多孔碳，具有黑色粉末状或颗 粒状的无定形的非极性分子，易于吸附非极性或极性很低的吸附质。活性炭通常是利用 木炭、竹炭、各种果壳和优质煤等作为原料，通过物理和化学方法对原料进行破碎、过筛、活 化、漂洗、烘干和筛选等一系列工序加工制造而成的。它具有物理吸附和化学吸附的双重 特性，在活化过程中微晶间产生了形状不同、大小不一的孔隙。孔隙的半径大小可按习惯分 为微孔< 150nm，中孔150 20000nm，大孔> 20000nm。由于这些孔隙，特别是微孔提供 了巨大的表面积(包括内表面积和外表面积)。因此，不能误认为把活性炭研碎磨细会明 显提高表面积从而提高吸附力。细孔的构造和分布情况以及表面化学性质等对吸附有很大 的影响。微孔的孔隙容积一般只有0.25 0.9mL/g，孔隙数量约为1020个/g，全部微孔表 面积约为500 1500M2/g，通常以BET法测算，也有称高达3500 5000M2/g的。活性炭几 乎95%以上的表面积都在微孔中。由于原料来源、制造方法、外观形状和应用场合不同，活性炭的种类很多，到目前 为止大约有上千个品种。因此，近年来，有关涉及活性炭的制备方法也很多，例如，中国专利号为01141565. 7，公开号为CN1411903，名称为“用于储存天然气的微孔 炭质吸附剂及其制造方法”，公开了以石油焦、木质素、果壳为原料制备的微孔吸附剂。该方 法制备的炭质吸附剂，虽然其比表面积(BET)可达2500 3500m2/g，微孔容积1. 5 1. 8m3/ g，但该方法采用的复合活化剂法双炉两步活化工艺和包覆成型工艺制备成本较高，成型工 艺复杂、较难实现产业化。中国专利号为01126708. 9，公开号为CN1406866，名称为“由石油焦制备高表面积 活性炭的方法”，是将石油焦粉碎至50 200目，得到具有一定初始孔隙的原料，然后将原 料浸渍在碱性介质溶液中，充分接触，添加助溶剂，在惰性气氛中将其活化，洗涤后得到超 高比表面积活性炭。该方法以该石油焦为原料制备的活性炭，虽然杂质含量低，BET可达 2000 3200m2/g，具有微孔丰富，吸附性能优良，质量稳定的优点，但生产活化工艺比较复 杂，活化剂用量偏大，产品孔分布难于控制，存在污染环境的问题，难于产业化。它们的共同 特点几乎都是采用浸渍法混合原料与化学活化剂，采用单炉一步活化法制备粉状吸附剂，吸附剂的成型采用粘接剂压缩成型，这种工艺的明显不足之处在于活化反应不均勻，产品 性能尙不理想。由此可见，现有技术通常采用的工艺流程基本上都是，备用料一在碱性介质溶液中搅拌浸渍一在炭化炉中密闭炭化一出料冷却一移入活化炉中活化一用稀盐酸洗涤，水洗 —搅拌翻炒一烘干一粉碎过筛一密封包装活性炭成品。其基本过程是滤取炭粒，入锅，力口 入等体积的清水，煮沸洗涤几次，反应后的物料经水洗和酸洗至中性，搅拌翻炒，弃掉水分， 烘干、粉碎，过筛，加热蒸发，并经充分干燥制得粉状高表面活性吸附材料，密封包装。打开 活化炉水冷段的冷却水的阀门，调节阀门的开度，控制反应物料的出料温度。上述基本以碳 化、活化为主的传统活化法的主要不足之处在于，再生效率不高，能耗较大。再生温度是影 响再生效率的主要原因，但提高再生温度会增加活性炭的表面氧化，从而降低再生效率。传 统的活性炭再生技术除了各自的弊端外，通常还有三点共同的缺陷(1)再生过程中活性 炭损失往往较大；(2)再生后活性炭吸附能力会有明显下降；(3)再生时产生的尾气会造成 空气的二次污染。虽然一些传统的活性炭再生技术与工艺在近几年有了新的改进与突破。 同时新再生技术也在不断涌现。这些新兴技术在工艺路线上目前都还不太成熟。产品孔 分布难于控制，生产的活性炭内部孔不丰富密度大，吸附量和使用寿命差距很大，生产成本 高，性价比差大，目前大多尚无法投入工业使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种低成本、连续化、较 易实现产业化和对环境几乎没有污染的高表面活性吸附炭材料的制备方法。以解决目前 高表面材料在制备时活化剂用量偏大，产品孔分布难于控制，制备工艺复杂，成本较高等问 题。本专利技术是目的是通过以下技术方案实现的。一种催化、活化同步工艺制备高表面 活性吸附炭材料的方法，包括，先将石油焦或木质果壳物料粉碎筛分并碳化后与碱性介质 活化剂混合，其特征在于，在活化过程中，经预活化后，再经过高温活化炉650-1050°C下的 不同温度段及不同的催化活化反应时间进行活化，并采用双炉三段催化活化同步工艺控制 吸附炭材料的比表面积和孔径分布，其中，所述的双炉三段同步催化活化工艺控制过程，主 要包括以下步骤(1)将上述物料粉末在活化炉中用300 800°C温度炭化2小时，然后按炭 粉KOH=I 1 1 2的比例，加入按炭粉重量1 5%的铁钼催化剂与其KOH直接混 合，再在预活化炉中加热至150 550°C的温度进行预活化反应1 2hr ；(2)将上述经预活化反应后的物料进入高温活化炉中，在中温段650 850°C下进 行催化活化反应1 2hr，再用950 1050°C高温段下反应1 2小时。(3)反应后的物料经水洗和酸洗至中性，并经充分干燥制得粉状高表面活性吸附 材料。本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果。本专利技术以石油焦、核桃壳等木质果壳为原料、KOH为活化剂，铁钼催化剂，采用双炉 三段催化活化同步技术制备高表面活性吸附炭材料，通过炭化与不同温度的活化过程。双 炉三段不同温度的催化、活化同步在活化炉内各段温度的均勻分配和控制，实现整体物料平衡和热平衡。并通过调整催化剂的添加量和炭化、活化过程的热联合和物料联合，以及利于能量优化的过程耦合，缩短了活化生产过程，降低了能耗，实现了吸附炭材料产品的比表 面积、孔径分布的控制，产品率高，品质好。本专利技术采用催化和活化同步法工艺制备高表面活性吸附炭材料的反应机理，是原料在催化剂的作用下进一步地加快了活化反应的速度，氢氧化钾(KOH)与碳原子的剧烈化 学反应形成-OM官能团，此官能团使活性炭片层产生褶皱，其材料界面上的碳原子大多形 成了 C-O-C，C-OH, C = O, O-C-O和COOH等，并形成微孔炭组织的含氧官能团，这些官能团 有效地修饰了微孔性质。在微孔内可能形成某种分布形态，各电子云分布状态促进了不规 则交叉连接微孔排列的吸附能力，在宏观上提高了吸附量，提高了表观比表面积。当碱金属 盐被洗去后，片层将无法恢复原状，从而保持了高表面积的微孔结构。进一步降低了活化剂 的用量，大幅度地降低了生产成本。为吸附炭材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种催化、活化同步工艺制备高表面活性吸附炭材料的方法，包括，先将石油焦或木质果壳物料粉碎筛分并碳化后与碱性介质活化剂、催化剂混合，其特征在于，在活化过程中，经预活化后，再经过高温活化炉６５０－１０５０℃下的不同温度段及不同的催化活化反应时间进行活化，并采用双炉三段催化活化同步工艺控制吸附炭材料的比表面积和孔径分布，其中，所述的双炉三段同步催化活化工艺控制过程，主要包括以下步骤：（１）将物料粉末在活化炉中用３００～８００℃温度炭化２小时，然后按炭粉∶ＫＯＨ＝１∶１～１∶２的比例，加入按炭粉重量１～５％的铁钼催化剂与其ＫＯＨ直接混合，再在预活化炉中加热至１５０～５５０℃的温度进行预活化反应１～２ｈｒ；（２）将上述经预活化反应后的物料进入高温活化炉中，在中温段６５０～８５０℃下进行催化活化反应１～２ｈｒ，再用９５０～１０５０℃高温段下反应１～２小时。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：漆长席，
申请(专利权)人：成都益盛环境工程科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]