由瀝青製備超高比表面積活性炭的方法

2023-05-21 00:18:56 4

專利名稱：由瀝青製備超高比表面積活性炭的方法
技術領域：
本發明屬於活性炭的製備。
常規活性炭一般是以煤為原料來製備的，由於煤的雜質灰分含量高導致活性炭的雜質灰分含量高、比表面積低和吸附性能不佳。不能滿足食品、醫藥、高級環保、軍事、化工、催化、貴重金屬的回收等重要領域的需要。因而，急需開發具有雜質灰分含量低、比表面積高吸附性能優良的新型吸附材料。有關超高比表面積活性炭的製備是近年來非常活躍的研究課題。美國專利US3624004和US4082694提供了以石油焦和煤為原料、以KOH為活化劑，採用化學活化法製備超高比表面積活性炭(其BET比表面大於2500m2/g)的方法。在上述方法中由於石油焦的成本高且雜質灰分含量較高，故所製備的超高比表面積活性炭的雜質灰分含量較高(1.5wt％)；以煤為原料，雖然成本可以降低，但所製備的超高比表面積活性炭的雜質灰分含量更高(2wt％)。而我們知道，活性炭中雜質灰分含量的高低是其性能高低的重要指標，它直接影響活性炭在許多領域的應用。一種性能優良的活性炭不僅吸附性能優良，而且其雜質灰分含量應儘可能低。美國專利US5143889以中間相瀝青微球為原料，也採用類似的活化方法製得BET比表面積大於3000m2/g的超高比表面積活性炭。但是由於中間相瀝青微球是通過煤焦油熱處理來製備的，收率太低(10％)，因而大大增加了所製備的超高比表面積活性炭的成本。在該方法中，中間相瀝青微球和活化劑混合還需加入水和丙酮，加大了活化設備的腐蝕，增加了生成成本，不利於其廣泛應用。
本發明的目的是提供一種以瀝青為原料，製備具有超高比表面活性炭的方法。由該方法製備的活性炭雜質灰分含量低，吸附性能優良且價格較低。
本發明的由瀝青製備超高比表面積活性炭的方法，按如下步驟進行(1)將高軟化點瀝青在260-360℃下經空氣氧化不熔化處理，(2)然後與鹼性活化劑以1∶1-10的重量比例混合均勻，在惰性氣氛中於600-900℃下鹼性活化處理0.5-2小時，(3)冷卻、洗滌、乾燥後得產品。
適宜於本方法所使用的瀝青為高軟化點瀝青，軟化點最好為200-350℃，含炭量大於80wt％。高軟化點瀝青可由石油渣油、煤焦油、中溫煤瀝青等多種原料經一般的空氣氧化熱處理後獲得。
所述的鹼性活化劑可以是KOH。
本方法所採用的空氣氧化不熔化處理及活化處理均為該領域中常用的工藝方法。
本發明的方法與已有技術相比具有如下優點1.以瀝青為原料製備超高比表面積活性炭，其BET比表面積為2500-3600m2/g，可製備低雜質灰分(小於0.2wt％)的超高比表面積活性炭。
2.可通過控制瀝青不熔化的工藝參數來控制瀝青表面的含氧官能團的數量和種類，從而能控制活化反應活性點，控制超高比表面積活性炭的表面化學結構和表面物理結構，以滿足不同的需求。
3.本發明設備和工藝操作簡單易行，製造瀝青基超高比表面積活性炭的成本低，有利於廣泛應用。
下面提供的實施例對本發明進行詳細說明。
實施例1以石油渣油為原料，在300-400℃減壓蒸餾1-6小時後，製得高軟化點瀝青(軟化點為250℃，炭含量為93.3wt％，灰分分0.04wt％)，將高軟化點瀝青粉碎，取三個粒級74-100微米、65-74微米、40-65微米，然後進行氧化不熔化處理(升溫速度為2℃/分)，氧化終溫為320℃)後備用。
實施例2取實施例1中74-100微米的不熔化瀝青2克，與8克鹼性活化劑KOH混合均勻後，裝入反應器，在氮氣氛中進行炭化和活化處理(升溫速度為10℃/分，終溫為900℃，活化時間為1小時)，冷卻到室溫後取出活化產物，經稀鹽酸洗滌、水洗滌(以除去鹼性物質)，乾燥後，製得瀝青基超高比表面活性炭，其BET比表面積為2666m2/g，活化收率為28.8wt％，灰分含量為0.03wt％。
實施例3取實施例1中65-74微米的不熔化瀝青2克，與8克KOH混合均勻後，裝入反應器。其它條件同實施例2。所製得的瀝青基超高比表面積活性炭BTE比表面積為3021m2/g，活化收率為24.7wt％，灰分含量為0.04wt％。
實施例4取實施例1中40-65微米的不熔化瀝青2克，與8克KOH混合均勻後，裝入反應器。其它條件同實施例2，所製得的瀝青基超高比表面積活性BTE比表面積為3646m2/g，活化收率為20.5wt％，灰分含量為0.05wt％。
實施例5取實施例1中74-100微米的不熔化瀝青2克，與4克KOH混合均勻後，裝入反應器，在氮氣氛中進行炭化和活化處理(升溫速度為10℃/分，終溫為600℃，活化時間為1小時)，冷卻到室溫後取出活化產物，經稀鹽酸洗滌、水洗滌、乾燥後，製得BET比表面積為709m2/g的瀝青基活性炭，活化收率為41.4wt％，灰分含量為0.024wt％。
上述數據中的分析方法計算公式為BET表面積用ASAP吸附儀測定，方法為根據低溫(77K)下氮吸附等溫線數據，由BET方程計算而來。灰分
活化收率
權利要求
1.一種由瀝青製備超高比表面積活性炭的方法，其特徵是按如下步驟進行(1)將高軟化點瀝青在260-360℃下經空氣氧化不熔化處理，(2)然後與鹼性活化劑以1∶1-10的重量比例混合均勻，在惰性氣氛中於600-900℃下鹼性活化處理0.5-2小時，(3)冷卻、洗滌、乾燥後得產品。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵是所述高軟化點瀝青的軟化點為200-300℃。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵是所述高軟化點瀝青在氧化氣氛中進行不熔化處理的升溫速度為0.5-5℃/分，氧化終溫為260-360℃。
全文摘要
本發明提供一種由瀝青製備超高比表面積活性炭的方法,該方法是將高軟化點瀝青在260—360℃下經空氣氧化不熔化處理後,與活化劑(KOH)以1∶1—10的重量比例均勻混合,在惰性氣體氛中於600—900℃下進行鹼性活化處理0.5—2小時,冷卻,洗滌後得到BET比表面積為2500—3600m
文檔編號C01B31/08GK1186043SQ9612352
公開日1998年7月1日 申請日期1996年12月24日 優先權日1996年12月24日
發明者劉朗, 喬文明, 查慶芳 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所