[发明专利]一种高孔容活性炭的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工生产技术领域，具体涉及到一种高孔容活性炭的制备方法。

背景技术

活性炭是一种多孔质炭材料，具有发达的孔隙结构和大的比表面积，作为一种优良的吸附剂，早已广泛应用于环境保护、化学工业、食品工业、湿法冶金、药物精制、军事化学保护等众多领域。为了适应各种应用场合的需要，已开发出品种繁多的活性炭。但他们的比表面积通常都在800～1500m²/g，吸附容量有限。因此，生产出高吸附容量的活性炭是活性炭高效利用的前提，也成为活性炭制备研究中的重点。尤其是随着活性炭在超级双电层电容器的电极材料等方面的应用，比表面积2000m²/g以上的高比表面积活性炭的成功开发，开发出具有高吸附能力的活性炭已受到更多的关注。高比表面积活性炭常为微孔活性炭(其孔径小于2nm)，主要应用于气相吸附或液相中的小分子吸附，对于液相中的脱色以及一些较大分子的吸附是不适用的。而且在液相吸附过程中，由于溶质分子的溶剂化，常使活性炭中吸附这些液相分子有效的孔隙直径需要达到原有分子直径的2～3倍，甚至更多。因此，如果要显著提高活性炭的液相吸附能力，尤其是对较大的液相分子，那么活性炭不仅要具有高的比表面积，同时还要有发达的中孔，其总的结果是活性炭要具有高的比孔容积。普通活性炭的比孔容积常低于0.8cm³/g，即使是目前所制备的高比表面积活性炭(大于2000cm²/g)，其比孔容积也常小于1.5cm³/g。它们对液相中较大分子的吸附能力都很低。因此，制备高孔容活性炭对于拓展活性炭的应用具有重要意义。

目前，生产具有较发达中孔结构而能应用于液相吸附的活性炭的方法主要是氯化锌活化法和磷酸活化法。其中氯化锌活化法所制备的活性炭的中孔结构(总的比孔容积通常小于1.5cm³/g)比磷酸活化法所制备的活性炭的要发达。但在氯化锌活化法生产活性炭的过程中，由于氯化锌的挥发等原因导致污染非常严重，严重制约着氯化锌活化工艺的应用和发展。相反，磷酸活化法能够克服氯化锌活化法的污染问题。因此，利用磷酸活化法来生产高孔容活性炭具有更为实际的意义。

磷酸活化法与氯化锌活化法的造孔机理是类似的。在活化过程中，活化剂磷酸或氯化锌通过渗透从而分散在生物质颗粒内部，当含有活化剂的生物质颗粒炭化后，洗去炭化产物中的活化剂所留下的空隙就是活性炭的孔隙。因此，当活化剂的使用量越多，活化剂的分散程度越高时，产品活性炭的中孔就越发达，比孔容积就越高，孔隙结构也就越发达。与氯化锌活化法相比，磷酸活化法不利于制备中孔发达的活性炭的关键是：在通常活化所使用的磷酸浓度下，磷酸较难以渗透到生物质原料，如杉木，粒子内部，从而不能如氯化锌那样通过溶解生物质组分而很好的分散在生物质颗粒内部。因此，仅仅通过增加磷酸活化剂的使用量来提高活性炭比孔容积的方法是难以制得高孔容活性炭的。因为所增加的磷酸如果不能有效地分散在生物质颗粒内部，而是滞留在颗粒的表面，那么洗去炭化产物中的磷酸后，就不能形成活性炭中吸附所需要的孔隙。因此，怎样提高磷酸在生物质颗粒内部的渗透能力和分散程度就成为制备高孔容活性炭的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用磷酸活化生物质原料制备高孔容活性炭的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种高孔容活性炭的制备方法，包括如下步骤：

(1)将生物质原料、活化剂与活化助剂按1∶1～5∶0～0.05的重量比混合，其中，活化剂为磷酸水溶液，活化助剂为加热能分解产生自由基的过氧或过硫化合物的水溶液，活化剂和活化助剂按溶质的重量计；

(2)将步骤(1)得到的混合物料，于50～100℃下浸渍2～16h；

(3)将浸渍反应后的物料以1～5℃/min的升温速率升温至400～600℃后，继续活化1～2h；

(4)取出活化料，用水洗涤活化料至滤液的pH值为6～7，在100～120℃下干燥至衡重，得到活性炭产品。

步骤(1)中，所述的生物质原料为果壳果核的加工剩余物或木材的加工剩余物。优选木屑、椰壳、桃核、杏核、棉秆、玉米秆或烟杆。

步骤(1)中，所述的活化剂磷酸为质量百分浓度为20～60％的磷酸水溶液，优选40～60％的的磷酸水溶液。

步骤(1)中，所述的活化助剂优选过氧化氢或过硫酸铵的水溶液。活化助剂的质量百分浓度为0.5～5％。

步骤(1)中，生物质原料、活化剂磷酸与活化助剂优选按1∶2～4∶0.005～0.025的重量比混合。