一種氧化鋁膜包覆的活性炭及其製備方法

2023-05-22 19:41:31 1

專利名稱：一種氧化鋁膜包覆的活性炭及其製備方法
技術領域：
本發明涉及無機膜包覆的活性炭及其製備方法。尤其是氧化鋁膜包覆的活性炭及 其製備方法。
背景技術：
活性炭具有比表面大、孔隙結構發達、化學性質穩定和耐酸耐鹼等優點，作為吸附 劑使用已有很久的歷史，另外，由於存在上述特點，活性炭也可作為固體催化劑的載體。在 催化反應過程中，活性炭載體的機械強度(主要是耐磨性能)對其非常重要。磨損會導致 催化劑在移動床、流化床等構型的反應器中跑損，而且磨損產生的細微粉末會給下遊帶來 汙染，極端情況會影響催化劑在反應器中疏密相的分布，使生產無法繼續進行。此外，催化 劑的磨損也會導致吸附在外表層的活性組分脫落，使得催化劑反應性能下降。目前，提高固體催化劑機械強度的方法主要有催化劑成型和熱處理兩種方法。成 型不僅會影響催化劑的機械強度，還會影響催化劑的催化活性、比表面和孔分布。例如，對 於模壓(打片)成型的催化劑，增大成型壓力將導致孔隙率下降，最可幾孔徑變小；另一方 面，過高的成型壓力有可能減少催化劑晶粒表面的缺陷(如空位、位錯和晶粒邊界)，使催 化劑的活性降低。熱處理是個十分複雜的過程，在此低價氧化物將氧化為高價，並脫去各組 分的結合水和其它燒失物，同時也會相互作用形成新的氧化物結晶；高溫下，還會由於一次 粒子的粘結、融合和交聯作用，形成某種形式的二次結構，這些都將影響催化劑的活性。

發明內容
本發明的目的是提供一種機械強度良好的氧化鋁膜包覆的活性炭及其製備方法。本發明的氧化鋁膜包覆的活性炭，是以活性炭為基體，在其表面包覆一層厚度在 10nm-50nm的氧化鋁膜。上述的活性炭可以是木質活性炭或礦物質活性炭。氧化鋁膜包覆活性炭的製備方法，包括以下步驟1)異丙醇鋁在70 80°C條件下水解lh，加入硝酸，90 100°C時回流12h後，再 在90 100°C空氣中恆溫2h，得到氧化鋁溶膠。其中，異丙醇鋁與水的摩爾比為1 50 1 150，異丙醇鋁與硝酸的摩爾比為1 0.03 1 0.07;2)將活性炭浸入氧化鋁溶膠中進行浸漿混合，40°C條件下乾燥24h，按40°C /h的 速率升溫到400°C焙燒4h，然後按40°C /h的速率降至常溫，得氧化鋁膜包覆的活性炭。包覆在活性炭表面的氧化鋁膜的厚度可以通過調節活性炭在氧化鋁溶膠中的浸 漿次數或者異丙醇鋁與水的摩爾比來控制。本發明的有益效果是本發明製備工藝簡單，製得的氧化鋁膜包覆活性炭可以在保證活性炭的孔結構性 質不受影響的同時，大大提高活性炭的機械強度。


圖1是實施例1氧化鋁膜包覆後的木質活性炭顆粒的SEM圖。圖2是實施例2氧化鋁膜包覆後的木質活性炭顆粒的SEM圖。圖3是實施例3氧化鋁膜包覆後的煤質活性炭顆粒的SEM圖。圖4是實施例4氧化鋁膜包覆後的煤質活性炭顆粒的SEM圖。
具體實施例方式實施例11)異丙醇鋁在80°C條件下水解lh，加入硝酸，90°C時回流12h，再在90°C空氣中恆 溫2h，得到穩定的氧化鋁溶膠。其中，異丙醇鋁與水的摩爾比為1 100，異丙醇鋁與硝酸 的摩爾比為1 0. 07 ；2)將顆粒狀木質活性炭與氧化鋁溶膠混合，浸漿3次，然後40°C條件下乾燥24h， 按40°C /h的速率升溫到400°C焙燒4h，然後按40°C /h的速率降至常溫，得氧化鋁膜包覆 顆粒狀木質活性炭(見圖1)，氧化鋁膜的厚度為lOnm。本例製得的氧化鋁膜包覆的木質活性炭顆粒(AC2)，較包覆前的木質活性炭顆粒 (ACl)，磨損率(按照GBT 12496[1]. 22-1990標準測定)降低了 74%，可見其機械強度大大 提高，而且其孔結構幾乎沒有變化，如表1所示，表1是用H-K和BJH方法計算的樣品孔結 構參數。表1 表中Sbet-用BET法計算的比表面積；Vtl-總孔容積(以P/PQ = 0. 95時的吸附量換 算成液氮體積)；Dav-平均孔徑(Dav = AVcZSbet (圓柱孔模型))；DMP_微孔中間孔徑；Dme-BJH 脫附平均中孔孔徑；Sme為用BJH方法計算的中孔比表面積；Vmi為用H-K方法計算的微孔容 積；Vme為用BJH方法計算的中孔容積。由表1可見，氧化鋁膜包覆後，不影響活性炭的孔結構性質。實施例21)異丙醇鋁在80°C條件下水解lh，加入硝酸，90°C時回流12h，再在90°C空氣中恆 溫2h，得到穩定的氧化鋁溶膠。其中，異丙醇鋁與水的摩爾比為1 100，異丙醇鋁與硝酸 的摩爾比為1 0. 07 ；2)將顆粒狀木質活性炭與氧化鋁溶膠混合，浸漿5次，40°C條件下乾燥24h，按 40°C/h的速率升溫到400°C焙燒4h，然後按40°C/h的速率降至常溫，得氧化鋁膜包覆的顆 粒狀木質活性炭(見圖2)，氧化鋁膜的厚度為25nm。
本例製得的氧化鋁膜包覆的木質活性炭顆粒(AC3)，較包覆前的木質活性炭顆粒 (AC1)，磨損率(按照GBT 12496[1]. 22-1990標準測定)降低了 77%，可見其機械強度大大 提高，而且其孔結構幾乎沒有變化，如表2所示，表2是用H-K和BJH方法計算的樣品孔結 構參數。表2 表中SBET_用BET法計算的比表面積；VQ-總孔容積(以P/PQ = 0. 95時的吸附量換 算成液氮體積)；Dav-平均孔徑(Davz^/S.(圓柱孔模型))；DMP_微孔中間孔徑；Dme-BJH 脫附平均中孔孔徑；Sme為用BJH方法計算的中孔比表面積；Vmi為用H-K方法計算的微孔容 積；Vme為用BJH方法計算的中孔容積。實施例31)異丙醇鋁在70°C條件下水解lh，加入硝酸，100°C時回流12h，再在100°C空氣中 恆溫2h，得到穩定的氧化鋁溶膠。其中，異丙醇鋁與水的摩爾比為1 150，異丙醇鋁與硝 酸的摩爾比為1 0. 03 ；2)將顆粒狀煤質活性炭與氧化鋁溶膠混合，浸漿7次，40°C條件下乾燥24h，按 40°C/h的速率升溫到400°C焙燒4h，然後按40°C/h的速率降至常溫，得氧化鋁膜包覆的顆 粒狀煤質活性炭(見圖3)，氧化鋁膜的厚度為40nm。本例製得的氧化鋁膜包覆的煤質活性炭顆粒(AC5)，較包覆前的煤質活性炭顆粒 (AC4)，磨損率(按照GBT 12496[1]. 22-1990標準測定)降低了 81 %，可見其機械強度大大 提高，而且其孔結構幾乎沒有變化，如表3所示，表3是用H-K和BJH方法計算的樣品孔結 構參數。表 3 表中SBET_用BET法計算的比表面積久-總孔容積(以P/& = 0. 95時的吸附量換 算成液氮體積)；Dav-平均孔徑(Davz^/S.(圓柱孔模型))；DMP_微孔中間孔徑；Dme-BJH 脫附平均中孔孔徑；Sme為用BJH方法計算的中孔比表面積；Vmi為用H-K方法計算的微孔容積；Vme為用BJH方法計算的中孔容積。實施例41)異丙醇鋁在75°C條件下水解lh，加入硝酸，95°C時回流12h，再在95°C空氣中恆 溫2h，得到穩定的氧化鋁溶膠。其中，異丙醇鋁與水的摩爾比為1 50，異丙醇鋁與硝酸的 摩爾比為1 0. 05 ；2)將顆粒狀煤質活性炭與氧化鋁溶膠混合，浸漿5次，40°C條件下乾燥24h，按 40°C/h的速率升溫到400°C焙燒4h，然後按40°C/h的速率降至常溫，得氧化鋁膜包覆的顆 粒狀煤質活性炭(見圖4)，氧化鋁膜的厚度為50nm。本例製得的氧化鋁膜包覆的煤質活性炭顆粒(AC6)，較包覆前的煤質活性炭顆粒 (AC4)，磨損率(按照GBT 12496[1]. 22-1990標準測定)降低了 79%，可見其機械強度大大 提高，而且其孔結構幾乎沒有變化，如表4所示，表4是用H-K和BJH方法計算的樣品孔結 構參數。表 4 表中Sbet-用BET法計算的比表面積；VQ-總孔容積(以P/PQ = 0. 95時的吸附量換 算成液氮體積)；Dav-平均孔徑(DaV = 4VQ/SBET (圓柱孔模型))；DMP-微孔中間孔徑；Dme-BJH 脫附平均中孔孔徑；Sme為用BJH方法計算的中孔比表面積；Vmi為用H-K方法計算的微孔容 積；Vme為用BJH方法計算的中孔容積。
權利要求
一種氧化鋁膜包覆的活性炭，其特徵在於以活性炭為基體，在其表面包覆一層厚度在10nm 50nm的氧化鋁膜。
2.根據權利要求1所述的氧化鋁膜包覆的活性炭，其特徵在於所述的活性炭是木質活 性炭或礦物質活性炭。
3.製備權利要求1所述的氧化鋁膜包覆活性炭的方法，其特徵在於包括以下步驟1)異丙醇鋁在70 80°C條件下水解lh，加入硝酸，90 100°C時回流12h後，再在 90 100°C空氣中恆溫2h，得到氧化鋁溶膠。其中，異丙醇鋁與水的摩爾比為1 50 1 150，異丙醇鋁與硝酸的摩爾比為1 0.03 1 0.07;2)將活性炭浸入氧化鋁溶膠中進行浸漿混合，40°C條件下乾燥24h，按40°C/h的速率 升溫到400°C焙燒4h，然後按40°C /h的速率降至常溫，得氧化鋁膜包覆的活性炭。
全文摘要
本發明的氧化鋁膜包覆活性炭，在活性炭表面包覆一層厚度在10nm-50nm的氧化鋁膜。其製備方法1)異丙醇鋁水解，加入硝酸，90～100℃回流、恆溫，得到氧化鋁溶膠；2)將活性炭浸入氧化鋁溶膠中進行浸漿混合，乾燥，按40℃/h的速率升溫到400℃焙燒，然後按40℃/h的速率降至常溫。本發明製備工藝簡單，製得的氧化鋁膜包覆活性炭可以在保證活性炭的孔結構性質不受影響的同時，大大提高活性炭的機械強度。
文檔編號B01J20/32GK101890333SQ201010220428
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月6日 優先權日2010年7月6日
發明者侯春陽, 程黨國, 詹曉力, 陳豐秋 申請人:浙江大學