化学活化的碳和用于制备这种化学活化的碳的方法技术

本发明专利技术涉及一种化学活性碳，基于重量比为５－９５至９０－１０之间的，优选１５－８５至９０－１０之间的木材颗粒和选自核或壳物质的粉碎性含碳植物性物质的组合，而进一步可选地含有粘合剂，所述碳已采用磷酸或氯化锌进行过化学活化，并涉及生产这种化学活性碳的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】 本专利技术涉及活性碳和用于制备这种活性碳的方法。具体而言，本专利技术涉及适用于蒸气吸附的新型碳和其生产方法。更具体而言，本专利技术涉及通过成形和化学活化而生产高 密度、低压降、高硬度、低耗损和高活性的碳而制备的含碳材料衍生的活性碳。 活性碳是一种微晶非石墨形式的碳，其经过加工而增加内部孔隙率。活性碳的特 征在于通常具有400 2500m7g的大比表面积，这容许通过吸附气体中的气体和蒸气并吸 附液体中溶解或分散的物质而在工业上应用于纯化液体和气体。商品级的活性碳被称为气 相或液相吸附剂。液相碳一般可以是粉末化的、颗粒的或成形的，而气相的蒸气吸附剂碳是 硬颗粒或坚硬的相对无尘的成形粒料。 活性碳广泛地用于工业上纯化液体和气体。例如，待纯化的气体通过颗粒状活性碳床。随着气体通过活性碳床，气体中杂质分子就吸附到该活性碳的表面上。 活性碳也用于工业上储存和回收有价值组分。例如，含有有价值组分的气体通过颗粒状活性碳床。随着碳床被饱和，而所吸附的组分由采用载气反向通过活性碳床的解吸作用或通过降低压力而进行回收。 活性碳的可利用表面积取决于其孔体积。因为单位体积的表面积随着单个孔径 增加而降低，大表面积通过最大化尺寸非常小的孔的数量和/或最小化尺寸非常大的孔的 数量而最大化。孔径由国际理论和应用化学联合会(International Union of Pure and AppliedChemistry)定义为微孔(孔宽〈2nm)、介孔(孔宽2 50nm)和大孔(孔宽> 50nm)。基于碳的体积，微孔和介孔有助于活性碳的吸附容量；然而，大孔降低了密度并能够 损害活性碳的吸附效能。 吸附容量和吸附速率很大程度上取决于内部表面积和相对于待除去的被吸附物 质尺寸的孔径分布。对于纯化而言，吸附容量和吸附速率必须尽可能高。传统化学活化的 木质纤维基碳一般比蒸汽活性碳表现出更高的介孔率。另一方面，蒸汽(steam)(也就是气 体)活性碳一般展示出更高的微孔率。 活性碳的吸收速率很大程度上取决于内表面积和孔径分布。对于纯化吸附，最佳 吸附容量通过最大化尺寸正好足够大而封装待除去的被吸附物分子的孔数量而实现。被吸 附物尺寸和孔尺寸之间的最佳适配不仅增加吸附容量，也增加物理吸附力，防止解吸。然 而，对于组分回收，所需吸附力应尽可能地低，以便改进解吸工艺过程。因此对于回收组分， 最佳孔径分布是提供高初始吸附容量的孔和提供低停留吸附而由此实现高解吸容量的孔 之间的一种折衷。 有关从液体和气体中回收组分的不同应用，已经产业化。这种应用的之一是从汽 车油箱中在挥发损失控制设备(ELCD)中回收燃油蒸气，而防止燃油蒸气排放到环境中。在 这种应用中从油箱排出的燃油蒸气在低速行驶和泊车期间吸附于活性碳上。所吸附的汽油 蒸气在高速行驶期间反流解吸(吹扫)引流至引擎并燃烧。通过解吸所吸附的汽油蒸气， 吸附容量再次可利用于下一次慢驶循环和泊车。在吹扫之后可利用的吸附容量称之为"工 作容量"。其它已知的回收应用是燃油储罐和用于吸收车载加油期间蒸气吸附的过滤器的 蒸气回收。 对于ELCD应用，将丁烷用作模型组分，而该碳则专指丁烷工作容量(BWC)。通过解 吸吸附方向的反流汽油，过滤器出口点具有整个过滤器最低的停留吸附，而使下一吸附周 期期间出口的排放最小化。这种排放也称为"渗漏"。 对于气相应用，压降、硬度和损耗也是仅次于最佳孔径分布的重要因素。压降应该 尽可能地低。压降随着颗粒尺寸的升高而降低。然而，吸附速率和解吸速率随着颗粒粒径 升高而降低。如果高吸附和解吸速率是所需的，则有必要进行折衷处理。高硬度和低耗损 是防止过滤器中尤其是回收应用中多年时期内碳吸附剂退化所必要的。作为挤出物的成形 碳能够以最佳直径和高硬度和低耗损而进行生产。 工业活性碳一般是由植物源的材料制成，如木材(硬木和软木)、玉米棒芯、海草 灰、咖啡豆、稻壳、果核，坚果壳，例如来自椰子，和废物如甘蔗渣和木质素。活性碳也能由泥 煤、褐煤、软硬煤、焦油和沥青、地沥青、石油残余物和炭黑制成。原材料的活化通过两种独 特工艺方法之一完成1)化学活化，或2)气体活化。对于全规模生产，蒸汽通常用作气体活 化中的气体。通过蒸汽活化生产的活性碳的有效孔隙率是在相对高温下碳气化的结果(原 材料的初始碳化之后)，但是化学活化产物的孔隙率一般是由在显著较低温度下发生的化 学脱水/縮合反应产生的。 化学活化工业上通常通过将含碳物质前体用化学活化剂浸透，并将混合物加热至 350°C 70(TC的温度而进行实施。化学活化剂降低了焦油和其它副产物的形成，由此提高 了产率。 碳的化学活化仅仅对于具有足够的氧和氢含量，即至少25% (原子)氧和5%氢 的含碳材料才是可能的。这就意味着，常规煤材料是不能化学活化至任何有用程度的。 在DE 4416576C中，描述了一种制备球形活性碳的工艺方法，其中含碳原料、煤、 纤维素、至少含有一种锂盐的盐混合物和自固化树脂粘合剂的混合物形成球粒，接着硬化 和碳化。在该工艺过程中没有发生化学活化。而且，本文中所用的多余组分并未增添本发 明活性碳的有用性能，如肥煤或树脂粘合剂。 化学活化的碳，就其原料和生产工艺方法而言，倾向于具有低密度和高度发达的 介孔结构，可选地混有高度发达的大微孔结构。对于气相回收工艺，高吸附容量同时具有快 速解吸速率和高解吸容量是很重要的，为此高度发达的大微孔结构是所需的。通常活性碳 是以颗粒形式用于气相工艺过程。高度发达的微孔结构是所需的性质，而低密度是任何颗 粒形式的化学活化的碳的缺点。任何生产颗粒化学活化的碳的方法成功之处在于其容量结 合微孔和介孔性质的保持力以及最小化大孔隙率而发展的高密度，而由最小化大孔隙率而 发展的高密度并无助于吸附效能。 因此，具有其固有表面积的孔结构在检测活性碳作为吸附剂的效能时是极为重要 的。 然而，在颗粒活性碳的情况下，密度也是吸附剂效能的重要性质，因为颗粒活性碳 的应用总是以固定体积尺寸的静态床形式。 用于测定颗粒活性碳纯化效能的标准方法是单位体积的活性碳能够吸附的物质 重量高至临界点。为了回收，测定单位体积活性碳能吸附物质的重量是很重要的。 这种检测通常通过将一定体积的活性碳放置于标准U-形管中并将蒸气通过活性 碳床而可选地接着解吸所吸附的物质而进行实施。 在该工艺过程之前和之后称重碳，而这个差值就提供了由碳吸收或解吸的物质重 在生产化学活化碳中通常所用原料是含碳的植物性材料如被碾磨成约2 5mm颗 粒粒径的木材。当生产活性碳时，活性碳通常碾磨成适用于液体纯化的粉末形式。对于在 气体纯化中的用途，活性碳也能破碎(例如，10X35目)或活性碳能够成形成各种尺寸的颗 粒，可选地在活化之前或之后使用粘合剂。有形的碳而尤其是挤出物，表现出低压降高硬度 和低损耗。 在美国专利4， 677， 086中，描述了在挤出物中用无机粘合剂粘结活性碳。在所描 述的方法中，对于挤出物生产，分离步骤是必要的。按照这种方式生产的活性碳已经限制于 BWC中。 在欧洲专利EP-A 557 208中，也描述了一种采用木材作为起始原料的化学活化 颗粒物质的方法。根据该方法，木材粉末与磷酸混合。在混合之后，在加热到活化温度期间 而发生塑化。通过调节温度分布，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学活性碳，基于重量比为１０－９０至９０－１０之间的，优选１５－８５至９０－１０之间的木材颗粒和选自核或壳物质的粉碎性含碳植物性物质的组合，而进一步可选地含有粘合剂，所述碳已采用磷酸或氯化锌进行过化学活化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔夫理查德德利德，爱德华杜斯赫拉尔杜斯约翰内斯斯塔尔，迈克尔罗杰斯，威廉明娜玛格丽塔泰勒莎玛丽亚赖梅林克沙茨，
申请(专利权)人：诺芮特荷兰有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]