一種吸附CO₂用超級活性炭粉體的成型方法

2023-11-01 18:45:17 1

專利名稱：一種吸附CO2用超級活性炭粉體的成型方法
技術領域：
本發明涉及一種超級活性炭粉體的成型方法。屬於一種用於co2吸附的成
型超級活性炭的製備方法。
技術背景-
聯合國環境署的政府間氣候變化專門委員會(IPCC)在2007年初發表的第 四份報告指出，氣候變暖已經是"毫無爭議"的事實，90%以上的可能性是人類 活動導致了氣候變暖。其中燃煤電廠、鋼鐵和水泥等行業大量排放的C02是導 致氣候變化的最重要的溫室氣體之一。2005年我國是僅次於美國的C02排放大 國，預計可能很快將超過美國。作為《聯合國氣候變化框架公約》籤約方之一， 我國在該公約生效後所面臨的減少C02排放的壓力十分嚴峻。除了採用新技術 以節能降耗、開發可再生能源等達到減排目的以外，C02捕集和封存技術(CCS) 是目前國際公認的有效解決途徑之一。
超級活性炭是一種新型的炭質多孔吸附材料，具有其它多孔材料不可比擬的 超高表面積(最高可達4000m2/g)，通過後期的化學氣相沉積(CVD)技術修飾， 不但孔徑可在0 2 nm範圍內可控，而且可針對C02的分子結構特徵修飾其表面 化學環境，從而在具有高吸附容量的同時具有高的選擇性吸附能力。雖然超級活 性炭對這類線性分子特別地具有吸脫附速度快、再生條件溫和、使用溫度廣譜等 顯著特性，但因其為超細粉體(粒徑在5 50ym)物質，在實際應用場合(如 燃煤電廠等工業過程產生的C02混合氣)必須將其製成型體物質，否則氣體通過 床層會產生很大的壓降，甚至溝流或吸附劑被吹出等不利現象。熱固性酚醛樹脂 是一種常規的粘結劑，當以之為粘結劑時，必須在180 35(TC先對超級活性炭/ 粘結劑混合物進行熱處理，然後再進行成型。該方法操作難度大，超級活性炭的 比表面積利用率低，且具有一定的能耗。對此，如果能在常溫(0 50°C)條件 下，以熱固性酚醛樹脂為粘結劑，添加輔助粘結劑直接對超級活性炭進行成型， 且比表面積利用率較高，則具有非常大的實際意義。

發明內容
本發明的目的在於提供一種在0 5(TC條件下的超級活性炭粉體的成型技 術。該方法工藝簡單、粘結劑含量低，且超級活性炭比表面積的利用率高並具有良好的氣體擴散通道結構。
本發明是通過下述方案實現的，其特徵在於包括以下過程
(1) 將易裂解的輔助粘結劑溶於沸水並攪拌，冷卻至20 7(TC後與超級活性炭 混合製成漿體，超級活性炭佔漿體質量的5 20%;
(2) 將熱固性酚醛樹脂溶於醇類或醚類有機溶劑，並與上述漿體物質混合、輥 攆，其中熱固性酚醛樹脂佔超級活性炭質量的5 60%;
(3) 將步驟(2)得到的混合物於100 20(TC下乾燥1 5h，然後進行研磨，制 得超級活性炭/輔助粘結劑/酚醛樹脂粉體物質，使其粒徑為3 100um;
(4) 將上述粉體物質於0 5(TC，採用油壓成型技術，在3 30MPa的壓強下 製成所需尺寸的超級活性炭成型體；
(5) 對步驟(4)所得成型體置於炭化爐中，然後以2 l(TC/min的升溫速率先 後升溫至120 250°C、 500 1000°C，並均恆溫1 3h，自然冷卻至20 5(TC後， 即製得成型的超級活性炭，用於吸附C02。
上述的輔助粘結劑為羧甲基纖維素、甲基纖維素、纖維素、聚四氟乙烯、聚 氯乙烯、六次甲基四胺、焦油中的一種或幾種。
上述工藝中，是將製得的超級活性炭/輔助粘結劑/酚醛樹脂混合物，先製成粒 徑為3 100ym的粉體物質，然後進行成型。
上述超級活性炭為比表面積大於2000m2/g的活性炭 有益效果
本發明的優點在於以熱固性酚醛樹脂作粘結劑，通過輔助粘結劑的添加， 實現了對超級活性炭在0 5(TC條件下的直接成型，降低能耗；輔助粘結劑的添 加，相應降低了熱固性酚醛樹脂粘結劑的含量，使得超級活性炭的表面積利用率 提高；輔助粘結劑在炭化過程中的裂解，形成了良好的氣體擴散通道，提高了 C02分子的擴散、吸脫附速率。
具體實施方式
對比例一
將40g熱固性酚醛樹脂與200g超級活性炭(粒徑為20nm，比表面積為 3000m2/g)進行機械混合，然後稱取10g混合物置於柱狀熱壓成型容器(內徑 15mm，高40mm，外加熱)中，再將熱壓容器置於油壓成型設備上，以3'C/min的升溫速率升溫至25(TC並恆溫3h進行固化熱處理，自然冷卻至3(TC後，取料， 得到柱狀超級活性炭成型體，但機械強度較低。再將柱狀超級活性炭置於炭化爐 中，以5°C/min的升溫速率升溫至80(TC並恆溫3h進行炭化熱處理，自然冷卻至 3(TC後，製得4)15X9.7mm的柱狀超級活性炭，其比表面積為1200 m2/g，壓縮 強度為9MPa，常壓下對C02 (C02氣體的濃度為6.5%)的平衡吸附量為 0.23mmol/g。對比例二將40g熱固性酚醛樹脂溶於150ml乙醇溶液中，與200g超級活性炭(粒徑 為20um，比表面積為3000m2/g)進行攪拌混合。將所得混合物置於IO(TC的真 空烘箱中，乾燥2h，冷卻至3(TC後取出並研磨至20iim，稱取10g混合物置於 柱狀成型容器(內徑15mm，高40mm)中，再將熱壓容器置於油壓成型設備上， 在20MPa下恆壓10min，洩壓取料，所得混合物仍為粉體物質。可見，由於未 鍵入加入輔助粘結劑，所以在0 5(TC常溫下，無法得到成型的活性炭。實施例稱取10g甲基纖維素，溶於150ml的沸水中並攪拌30min，等溶液溫度降至 3CTC後，將200g將超級活性炭(粒徑為20um，比表面積為3000m2/g)逐步加 入所制甲基纖維素溶液中，並進行機械混合。將40g熱固性酚醛樹脂溶於150ml 乙醇溶液中，攪拌10min後，將熱固性酚醛樹脂溶液加入超級活性炭/甲基纖維 素混合物中，再次進行機械混合，待混合均勻後，置於10(TC的真空烘箱中，幹 燥2h，冷卻至3(TC後取出並研磨至20y m。稱取10g混合物置於柱狀成型容器 (內徑15mm，高40mm)中，再將熱壓容器置於油壓成型設備上，於25'C室溫 下在20MPa下恆壓10min，洩壓取料，製得4> 15 X 10mm的柱狀超級活性炭。將 柱狀活性炭置於炭化爐中，以5'C/min的升溫速率先後升溫至20(TC、 800°C，並 分別恆溫0.5、 lh，再自然冷卻至3(TC，取料，即製得比表面積為2650m2/g的 柱狀超級活性炭，其壓縮強度為14MPa，常壓下對C02 ((302氣體的濃度為6.5%) 的平衡吸附量為0.56mmol/g。
權利要求
1. 一種吸附CO2用超級活性炭粉體的成型方法，其特徵在於，所述方法的步驟如下(1)將易裂解的輔助粘結劑溶於沸水並攪拌，冷卻至20～70℃後與超級活性炭混合製成漿體，超級活性炭佔漿體質量的5～20％；(2)將熱固性酚醛樹脂溶於醇類或醚類有機溶劑，並與上述漿體物質混合、輥攆，其中熱固性酚醛樹脂佔超級活性炭質量的5～60％；(3)將步驟(2)得到的混合物於100～200℃下乾燥1～5h，然後進行研磨，製得超級活性炭/輔助粘結劑/酚醛樹脂粉體物質，使其粒徑為3～100μm；(4)將上述粉體物質於0～50℃，採用油壓成型技術，在3～30MPa的壓強下製成所需尺寸的超級活性炭成型體；(5)對步驟(4)所得成型體置於炭化爐中，然後以2～10℃/min的升溫速率先後升溫至120～250℃、500～1000℃，並均恆溫1～3h，自然冷卻至20～50℃後，即製得成型的超級活性炭，用於吸附CO2；其中，所述的輔助粘結劑為羧甲基纖維素、甲基纖維素、纖維素、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、六次甲基四胺、焦油中的一種或幾種。
全文摘要
本發明公開了一種在0～50℃溫度條件下對粉體超級活性炭的成型方法。其特徵在於，在以熱固性酚醛樹脂作粘結劑，採用油壓成型技術製備成型超級活性炭時，通過添加羧甲基纖維素、甲基纖維素、纖維素、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、六次甲基四胺、焦油等輔助粘結劑，實現了對超級活性炭在0～50℃條件下的直接成型。本方法通過輔助粘結劑的添加，相應降低了熱固性酚醛樹脂粘結劑的含量，使得超級活性炭的表面積利用率提高；輔助粘結劑在最後的炭化過程中裂解，形成了良好的氣體擴散通道，提高了CO2分子的擴散、吸脫附速率。
文檔編號B01J20/30GK101293197SQ20081003853
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月5日 優先權日2008年6月5日
發明者喬文明, 凌立成, 孫剛偉, 睿 張, 梁曉懌, 亮 詹, 鄧洪貴, 霍素敏 申請人:華東理工大學