[发明专利]一种具有高堆密度和高比表面积球状活性炭的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于活性炭的一种制备方法，具体地说涉及一种高堆密度和高比表面积球状活性炭的制备方法。

背景技术

球状活性炭由于具有丰富的孔结构、良好的球形度、较高的机械强度以及耐酸碱和耐高温等一系列优良特性，可广泛应用于环保、防化、气体分离及溶剂回收等领域。在气体吸附领域，吸附气体通常采用装填吸附剂的大型流化床或固定床。吸附量则以吸附气体的总重量计算，这就要求单位体积内装填吸附剂的质量越高越好，即要求吸附剂具有高的堆密度和比表面积。然而材料的堆密度和比表面积通常是相互矛盾的。当比表面积高时，堆密度通常降低，主要是由于孔结构的形成是活化剂刻蚀碳原子的结果。如超级活性炭的比表面积达2000-3000m²/g时，堆密度仅为0.2g/ml；比表面积为1000m²/g时，堆密度可达0.46g/ml。为了同时满足高堆密度和高比表面积，采用具有丰富孔结构和高残炭率的大孔吸附树脂球或大孔离子交换树脂球作为炭前驱体制备球状活性炭是可行的方法。吕春祥和凌立成（专利公开号：CN1480397A，CN1480399A）等采用球形树脂为原料，经过溶胀、深度磺化、梯度浓度酸洗或空气预氧化等预处理、再炭化和活化制备了球状活性炭。齐鸿云（专利公开号：CN1631516）等采用苯乙烯-二乙烯苯共聚大孔型珠体为原料，经过氯甲基化、傅氏反应、稳定化、和活化等一系列工艺路线制备了球状活性炭。梁晓怿（专利公开号：CN101062770A）等采用沥青球、酚醛树脂球及大孔吸附树脂球等原球先高温炭化，后经KOH活化制备了高比表面积的球状活性炭（1400-2300m²/g）。虽然以上专利均采用大孔吸附树脂球或大孔离子交换树脂球制备了高强度或高比表面积的球状活性炭，但堆密度较低，最高仅为0.48g/ml，与常规活性炭的堆密度相比并没有明显优势。主要是由于大孔吸附树脂或大孔离子交换树脂球本身含有大量的中大孔，这些孔的存在会降低球状活性炭的堆密度。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺路线简单，工艺步骤少，具有高堆密度和高比表面积的球状活性炭的制备方法。

本发明采用商品化的大孔吸附树脂球或大孔离子交换树脂球为原料，预先通过真空浸渍方法用堵孔剂堵孔，然后经空气预氧化使之高度交联，最后高温炭化、水蒸气活化制备球状活性炭。堵孔剂的作用体现在两个方面：（1）填充大孔，增加炭收率，进而提高球状活性炭的堆密度；（2）在水蒸气活化过程中能够制造微孔，提高球状活性炭的比表面积。具体步骤为：

（1）树脂球的堵孔：将树脂球置于真空容器中抽真空1-2h，抽走树脂球和真空瓶内部的空气，然后将堵孔剂的分散液注入真空容器中，随后抽真空1-5h，使堵孔剂充分浸渍到树脂球中。最后用布式漏斗将树脂球和浸渍后分散液分离，并于100-120℃干燥2-5h，得到浸渍堵孔剂的树脂球；

（2）树脂球的空气预氧化：将步骤（1）得到的树脂球在空气中以0.25-0.7℃/min的速率升温至280-360℃，使树脂球在氧气环境下脱氢，环化，交联进行氧化；

（3）树脂球的炭化活化：将步骤（2）氧化的树脂球在氮气保护下以0.5-2℃/min的速率升温至800-1000℃，并在此温度下水蒸汽活化1-3h，即得球状活性炭。

如上所述的树脂球是大孔吸附树脂球或大孔离子交换树脂球等其中一种，其中孔孔径分布于10-50nm之间。

如上所述的堵孔剂是改性淀粉、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、三聚氰胺树脂等其中一种或任意两种的组合。

如上所述的堵孔剂的分散液是堵孔剂的乙醇饱和溶液。

本发明制备的球状活性炭的堆密度为0.62-0.85g/ml、比表面积为1450-1950m²/g。

本发明具有如下优点： 

本方法工艺路线简单、工艺步骤少、产率高、有利于工业化推广。

本方法制备的球状活性炭堆密度高（0.62-0.85g/ml）、比表面积高（1450-1950m²/g）。

具体实施方式

实施例1：