[发明专利]高硫煤基高比表面积活性炭的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高硫煤基高比表面积活性炭的制备方法，属于环保材料制备方法领域。

背景技术

随着对环保领域的广泛重视，优质活性炭需求量越来越大，要求活性炭在生产成本上进一步降低，性能上进一步提高，煤炭由于具有高碳含量、资源丰富、价格低廉的优势，因此成为制备活性炭的重要原料。此外，据资料报道以硫活化制得的活性炭可获得很多优良特性，所以利用高硫煤为原料制备活性炭，可望获得高性能低成本的活性炭，同时为高硫煤的综合利用开辟新径。

发明内容

本发明旨在提供一种工艺简单，操作方便，成本低、性能好的高硫煤基高比表面积活性炭的制备方法。

本发明所述的高硫煤基高比表面积活性炭的制备方法，包括以下步骤：

将预处理后的煤样与氢氧化钾和水按一定比例混合均匀，成糊状，置入不锈钢容器中，移入管式炉中在氮气保护下以10℃/min的升温速率从常温升温到600℃保温1h，然后高温条件下活化处理，物料冷却后即得到粗活性炭，然后将制得的粗活性炭放入另一容器中，加入一定量的浓度为33%的盐酸，加水稀释使溶液盐酸浓度约为5%，将容器移到加热器上煮沸15-25min，将洗涤液倒出，再用热水洗涤至pH为7，过滤，然后将滤饼在110℃条件下干燥即得活性炭。

优选的，本发明所述的煤样与氢氧化钾的用量为碱炭比为2.5。

更优选的，本发明所述的活化温度为800℃，活化时间为1.5h。

进一步优选的，本发明所述的粗活性炭与盐酸用量为按重量体积比为粗活性炭：盐酸=1：0.25。

更进一步优选的，本发明所述的煤样预处理方法为将高硫煤样粉磨全部通过100目筛，将煤样加入溶有KNO3的乙醇-水溶液，搅拌均匀呈糊状，放置24h后烘干,置入内径30mm的不锈钢管,移入管式炉中氮气保护下以10℃/min的速度升温到400保温30min，继续升温到600 恒温30min后冷却得到预处理煤样。

本发明所述的制备方法中，高硫、低变质程度的劣质煤作原料，采用先进行KNO3氧化、炭化预处理，后加KOH活化，再进行酸洗的工艺研制煤基活性炭。

在本发明所述的制备方法中，硝酸钾对煤样的氧化、预处理对改善产品性能具有明显的作用，把未经预处理的煤样和处理后的煤样在相同条件下加KOH，共炭化和活化处理(炭化温度为600℃，炭化时间为1h，碱炭比为2.5，活化温度为80℃，活化时间1.5h)制得的产品进行比较，经过硝酸钾氧化预处理后的煤样，制得产品的平均苯酚吸附量为279.99mg/g，而未经硝酸钾氧化预处理的产品的平均苯酚吸附量为121.70mg/g，由此可见，用KNO3氧化、炭化预处理的炭化料制备的活性炭的吸附性能显著提高。

在本发明所述的制备方法中，在炭化温度为600℃,保温时间为1h,活化温度为800℃,活化时间为1.5h,考察碱炭比对活性炭收率和活性炭吸附性能的影响,试验结果表明，随着碱炭比的增加，活性炭的收率下降，吸附性能显著提高，但当碱炭比达到2.5时，活性炭的苯酚吸附容量达到280.07mg/g，继续增加KOH的用量，活性炭的苯酚吸附容量降低，其原因是在炭化过程中发生如下反应:

K2O+C=2K+CO；2K+H2O=K2O+H2

这些反应主要发生在煤孔隙的内壁上，碳不断转化为一氧化碳等气体，孔径扩大并形成新的孔隙，所以随着KOH的增加，烧失量增加，吸附性能提高，但当KOH达到2.5后，活化反应更剧烈，生成的部分微孔被刻蚀成为中孔甚至大孔，而大孔对比表面积的增加是不利的，因此在活性炭的收率下降的同时比表面积降低，吸附性能也降低。

在本发明所述的制备方法中，在炭化温度为600℃，碱炭比为2.5，活化时间为1.5h的相同条件下考察不同活化温度对活性炭收率和吸附性能的影响，试验结果表明，随着活化温度的升高，活性炭的收率降低，吸附性能提高，当活化温度超过800℃后，活性炭收率继续降低，但吸附性能趋于稳定，由于在活化过程中，新微孔的生成和旧微孔的破坏是同时发生的，800℃以前，随着活化温度的提高，新微孔的生成量大于被刻蚀掉的旧微孔的量，所以活性炭的收率降低的同时，吸附性能增加；800℃以后，这种新孔的生成与原来孔隙的破坏趋于平衡，故吸附性能也趋于平衡，随着炭被刻蚀，收率继续降低。