[发明专利]一种介孔发达的沥青基球形活性炭的制备方法

说明书

所属技术领域：

本发明涉及一种介孔发达的沥青基球形活性炭的制备方法，属于球形活性炭制备技术领域，具体涉及一种以中间相沥青为原料制备高介孔率的孔径可控的沥青基球形活性炭的制备方法。

背景技术：

球形活性炭的制备原料主要为煤、高分子树脂和沥青。煤基球形活性炭成本较低，但是存在灰分含量高，机械强度差，球形度低，孔径不易控制，吸附性能较差等缺点，限制了它的进一步应用；高分子树脂基球形活性炭机械强度高，孔径分布较易控制，杂质含量较低，但是制造工艺复杂，原料成本高，比表面积小，广谱吸附性能较差，因而作为生物医学材料仪器使用时存在着一定的局限性；而沥青基球形活性炭虽然制备工艺和设备较复杂，但其机械强度高，杂质含量低，球形度高，表面光滑，广谱吸附性能好，且原料沥青来源丰富，价格低廉，在生物医学、军事防护、催化剂载体材料等领域具有广阔的应用前景。

英国专利GB1468982和美国专利US3917806所提供的球形活性炭制造方法是将沥青与添加剂（萘）于带有搅拌装置的高压釜中，在一定温度和压力下使其混合均匀，然后加入半皂化的聚乙酸乙烯酯悬浮液得到混合物。在一定压力和搅拌速度下，于50～350℃下使该混合物分散成小液滴悬浮在水中。分散结束后，将混合物冷却、分离后制得沥青球。再用溶剂将添加剂除去制备成多孔沥青球。在氧化性气氛中将多孔沥青球在100～500℃的温度下氧化处理，使沥青球氧化不熔化，以防止沥青球在炭化过程中熔并；在500～1000℃范围内将上述沥青球在惰性气氛保护下炭化，并用水蒸气活化，得到沥青基球形活性炭。这种方法需要高温高压操作，氧化不熔化过程耗时耗能，球径不宜过大，否则氧化不熔化就不能彻底进行，此外该法不能控制球形活性炭的粒度，因此无法制得窄球径分布的球形活性炭。

美国专利US4420443公开了一种球形炭颗粒和球形活性炭的生产方法，将沥青与减粘剂的混合物于反应釜中混合均匀，升温至150～300℃熔融、搅拌充分混合形成共熔物，然后通过增大釜内压力将熔融态共熔物从釜底处的多孔筛板中挤出成细条，该细条立即进入到水中冷却，同时在高速剪切的作用下形成长径比在1～5范围内的纤维状短条。将短条或一定粒度的沥青微粒加入到与沥青不互溶的介质中悬浮分散，升温至一定温度，短条或微粒受热熔融收缩成液态球体,冷却、过滤后可得固态沥青球。固态沥青球经溶剂萃取去除减粘剂，再在低于400℃下空气流下进行不熔化反应，高于600℃下氮气流和水蒸气流下进行炭化反应和活化反应，从而得到球形活性炭。

美国专利US4371454公开了一种球形碳材料和球形活性炭的制备方法，沥青与减粘剂、直径小于200μm的无定形碳颗粒的混合物经加热、挤压、破碎过程，形成棍状碎片，其余制备工艺与专利US4420443类似，得到的球形活性炭表观密度为0.5～0.750g/cc，碘吸附值为700～1200mg/g，得到的球形活性炭球径分布窄，粒度可控。但该法工艺要求高，需要高温高压操作，氧化不熔化过程耗时耗能。

公开号为CN102795624A的中国专利介绍了一种沥青基球形活性炭的低耗能制备方法，主要步骤有：将过氧化苯甲酰、二乙烯苯、苯乙烯、二乙苯及软化点为240～280℃的和粒径为150～200目筛的沥青粉混料，在聚乙烯醇分散液中悬浮成球、水热法固化球体成为原始炭球、原始炭球分段（350℃、400℃、450℃）煅烧及活化（700～800℃、850～1000℃）处理得到沥青基球形活性炭。该法使用了大量的有机溶剂，球径分布不均匀，不能控制球形活性炭的粒度。

公开号为CN1224034A的中国专利提供一种制备沥青基球形活性炭的方法，该方法为将沥青、有机金属化合物和芳香溶剂以1:（0.001～0.1）:（0.1～0.5）的比例在高压釜中高温（100～300℃）混合，先制得适宜于制备沥青球的含金属微粒的沥青原料，然后经乳化法成球，再经不熔化、炭化、活化处理得到中孔发达的沥青基球形活性炭。但是该法使用铁、镍、钇等过渡金属或稀土金属的有机金属化合物（如二茂铁、二茂镍、三环戊二烯基钇等），成本高，而且未能避免氧化不熔化过程和活化过程。

公开号为CN1250024A的中国专利介绍了一种中孔沥青基球形活性炭的制备方法，将一次活化制得的具有一定比表面积的沥青基球形活性炭在金属化合物的溶液中浸渍，干燥后，在800～1000℃下用活化剂进行二次活化，可制得中孔沥青基球形活性炭。但是这种方法仅仅只是对球形活性炭进行后续孔径修饰，以此来扩大孔径，在氧化期间沥青球仍然难以形成原生的孔隙。