一種改善活性炭前驅體親水性的方法
2023-10-10 13:37:49 2
專利名稱：一種改善活性炭前驅體親水性的方法
技術領域：
本發明涉及一種改善活性炭前驅體親水性的方法，具體來說是通過採用空氣對含炭前驅體進行氧化的方法來提高含炭前驅體的親水性以最終提高所得活性炭的性能的方法。
背景技術：
超級活性炭的製備是活性炭領域研究的熱點。絕大部分研究工作是採用含炭前驅體如煤、石油焦、高分子樹脂、植物殼、農作物秸稈以及一些其它的可炭化物直接與KOH反應，而未考慮含炭前驅體自身的性能。在很多情況下，含炭前驅體或其碳化物自身是疏水性的，也即其極性較小，不易被KOH一類的強鹼所潤溼，導致所得活性炭的比表面積較低或需要較大量的KOH才能得到較高的比表面積。
如果在與KOH反應前對含炭前驅體材料的表面化學性能進行改善，促進其與KOH的相容性，也即使KOH與含炭前驅體能夠彼此相互充分接觸並潤溼的話，可望製得比表面積更高的活性炭，同時也可減少對KOH的用量，從而降低反應的成本。王大春等人(王大春，童仕唐，張海祿，範明霞，高硫煤基高比表面積活性炭的製備，環境科學與技術，2005年28卷1期，30-31)以高硫煤為原料，先採用KNO3進行預氧化、炭化處理，然後以KOH為活化劑製備活性炭，目的是採用KNO3作為催化劑，使得催化劑在與煤的混合過程中大部分滲透到煤的毛細孔內部，小部分吸附到煤粒的表面，使物料在炭化過程中，催化劑中的硝酸鹽分解放出氧氣，將煤分子上的烷基側鏈氧化，在煤的大分子上形成含氧官能團，最終提高活性炭的性能，但該方法的成本較高。解強(解強.炭化過程控制及煤基活性炭製備的研究。中國礦業大學博士論文，1996.42，49)則採用空氣對煤進行低溫(150～270℃)氧化，但是他們針對的是常規活性炭的製備。
發明內容
本發明的目的是通過採用氣相氧化的方法來強化含炭前驅體表面對KOH的親和性，從而在略微減少KOH用量的同時製得高比表面積的活性炭。本發明的特點就在於，經過氧化處理的含炭前驅體與KOH的接觸較好，致使活化後所得活性炭的比表面積高於不經氧化處理的活性炭。
本發明的實施過程如下將10-150目的含炭前驅體放入旋轉管式爐中，在氧化性氣氛中於200-450℃下氧化0.5-4h。該氧化料再與為其重量2-4倍的KOH相混合，在惰性氣氛中於450℃下預處理1h，再升溫到800-900℃活化0.5-2h，之後降到室溫，然後對活化料進行水洗乾燥即得超級活性炭。
如上所述，本發明的含炭前驅體為煤、石油焦、高分子樹脂、植物殼、農作物秸稈以及一些其它的可炭化物。
如上所述，氧化性氣氛為空氣和添加了氧氣的空氣。
如上所述，對添加了氧氣的空氣來說，二者的比例為5-30％(體積比)。
本發明的優點就在於，經過氧化處理的含炭前驅體於KOH的接觸較好，致使活化後所得活性炭的比表面積高於不經氧化處理的活性炭。
具體實施例實施例110-30目的煤粉在450℃下用空氣氧化1h後，所得物料與其重量為3倍的KOH相混合後，在800℃下活化1h，製得的活性炭的比表面積為3050m2/g。
對比例110-30目的煤粉與其重量為3倍的KOH相混合後，在800℃下活化1h，製得的活性炭的比表面積為2820m2/g。
實施例250-100目的石油焦在200℃下用添加了10％氧氣的空氣氧化4h，所得物料與其重量為4倍的KOH相混合後，在850℃下活化1h，製得的活性炭的比表面積為3100m2/g。
對比例250-100目的石油焦與其重量為4倍的KOH相混合後，在850℃下活化1h，製得的活性炭的比表面積為2950m2/g。
實施例380-150目的椰殼炭化料在300℃下用空氣氧化3h，所得物料與其重量為1倍的KOH相混合後，在900℃下活化1h，製得的活性炭的比表面積為2600m2/g。
對比例380-150目的椰殼炭化料與其重量為1倍的KOH相混合後，在900℃下活化1h，製得的活性炭的比表面積為2300m2/g。
實施例4酚醛樹脂的炭化料在250℃下用添加了20％氧氣的空氣氧化1h，所得物料與其重量為3倍的KOH相混合後，在850℃下活化2h，製得的活性炭的比表面積為2960m2/g。
對比例4酚醛樹脂的炭化料與其重量為3倍的KOH相混合後，在850℃下活化2h，製得的活性炭的比表面積為2680m2/g。
實施例510-60目的其它炭化料如橡膠輪胎的炭化物在350℃下用添加了30％氧氣的空氣氧化0.5h，所得物料與其重量為3倍的KOH相混合後，在800℃下活化1.5h，製得的活性炭的比表面積為2840m2/g。
對比例510-60目的其它炭化料如橡膠輪胎的炭化物與其重量為3倍的KOH相混合後，在800℃下活化1.5h，製得的活性炭的比表面積為2660m2/g。
權利要求
1一種改善活性炭前驅體親水性的方法，其特徵是將10-150目的含炭前驅體放入旋轉管式爐中，在氧化性氣氛中於200-450℃下氧化0.5-4h，氧化後的含炭前驅體再與為其重量2-4倍的KOH相混合，在惰性氣氛中於450℃下預處理1h，再升溫到800-900℃活化0.5-2h，之後降到室溫，然後對活化料進行水洗乾燥即得超級活性炭。
2如權利要求1所述的一種改善活性炭前驅體親水性的方法，其特徵是所述的含炭前驅體為煤、石油焦、高分子樹脂、植物殼、農作物秸稈或其它可炭化物。
3如權利要求1所述的一種改善活性炭前驅體親水性的方法，其特徵是氧化性氣氛為空氣或添加了氧氣的空氣。
4如權利要求3所述的一種改善活性炭前驅體親水性的方法，其特徵是添加了氧氣的空氣中，氧氣與空氣的體積比為5-30％。
全文摘要
本發明公開了一種改善活性炭前驅體親水性的方法，具體來說是通過採用空氣對含炭前驅體進行氧化的方法來提高含炭前驅體的親水性以最終提高所得活性炭的性能的方法。通過在200－450℃下通入空氣或添加了氧氣的空氣對含炭前驅體或其炭化料進行氧化的方法，可增加含炭前驅體或其炭化料表面的含氧官能團，從而促進KOH在其表面的潤溼性，最終提高所得活性炭的比表面積。該方法簡單易行，操作方便，成本較低，是一種可有效提高活性炭比表面積的方法。
文檔編號C01B31/12GK101058419SQ20071002232
公開日2007年10月24日 申請日期2007年5月14日 優先權日2007年5月14日
發明者李永昕, 薛冰, 郭玉華 申請人:江蘇工業學院