[发明专利]一种碳分子筛的制备方法

说明书

本发明涉及一种碳分子筛的制备方法，其特征在于，所述方法将稻壳与酚醛树脂、聚乙烯醇和水混合，得到混合料；将混合料在保护气体下碳化，得到碳化料；将碳化料放入碱溶液中活化，水洗，干燥，得到活化料；保护气体携带烃类化合物的蒸气，对活化料进行碳沉积补孔处理，得到碳分子筛。所述方法工艺简单，可用于工业化生产，制备得到的碳分子筛，比表面积大，产氮率高，制备得到的氮气纯度高。

技术领域

本发明属于分子筛领域，涉及一种碳分子筛的制备方法。

背景技术

碳分子筛是20世纪70年代发展起来的一种新型吸附剂，是一种由无定形炭与结晶炭组成的具有发达孔隙结构和独特表面特征的非极性碳质材料。碳分子筛的有效孔径在0.4-0.9nm之间，该微孔对氧分子的瞬间亲和力较强，是目前变压吸附空气分离技术的首选吸附剂。碳分子筛分离空气制取富氮气体已广泛地应用于石油化工、食品保鲜、金属热处理和电子工业等方面。

影响碳分子筛性能的因素有很多，其中制备原料是决定其性能的首要因素。制备碳分子筛的原料主要分为三类：(1)各种原煤，如烟煤、褐煤等；(2)生物质类，如木材、椰子壳等；(3)有机高分子聚合物，如Saran树脂、酚醛树脂等。但是原煤和有机高分子聚合物制取碳分子筛的生产工艺成本较高且会带来环境污染。

稻壳主要由纤维素(34％～42％)、半纤维素(16％～22％)、木质素(21％～26％)、二氧化硅(10％～21％)和少量粗蛋白以及粗脂肪组成。稻壳是一种常见的农业废弃物，若直接用于燃烧或被丢弃，不仅会造成环境污染，更是资源的浪费。因此，开展稻壳的资源化研究，变废为宝，具有重要的经济和社会意义。

CN 103864090 A公开了一种以稻壳为原料制备球形分子筛的方法，所述方法采用以下步骤：(1)采用自蔓延法燃烧稻壳制得低温稻壳灰；(2)采用碱-酸反应法对稻壳灰进行提纯，制得纯度为99％的二氧化硅；(3)将氢氧化钠、氢氧化铝和去离子水按1:1.1:1的质量比混合后在90℃加热至均匀得到A液，再将氢氧化钠、二氧化硅和去离子水按1:1.8:24的质量比混合并在90℃加热均匀得到B液，A液和B液中水的比例为1:10，将A液和B液混合并在50℃加搅拌2h后置于反应釜中在88℃下反应2h即得球型分子筛。所述方法以稻壳为原料制备得到了一种球形硅分子筛，但是稻壳中碳的含量要高于硅，提取二氧化硅的过程中浪费了大量碳资源。

因此，研究一种可以使用稻壳为原料，且工艺简单，制备得到的分子筛比表面积大，吸附能力强，产氮效率高的碳分子筛的制备方法有十分重要的意义。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种碳分子筛的制备方法，所述制备方法以稻壳为原料，工艺简单，且制备得到的碳分子筛比表面积大，吸附能力强，产氮效率高。

为达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种碳分子筛的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将稻壳与酚醛树脂、聚乙烯醇和水混合，得到混合料；

(2)将步骤(1)得到的混合料在保护气体下碳化，得到碳化料；

(3)将步骤(2)得到的碳化料放入碱溶液中活化，水洗，干燥，得到活化料；

(4)保护气体携带烃类化合物的蒸气，对步骤(3)得到的活化料进行碳沉积补孔处理，得到碳分子筛。

本发明采用稻壳作为原料制备碳分子筛，由于稻壳的组成中80％～90％为纤维素、半纤维素和木质素，10％～20％为二氧化硅，因此碳化后，碳化料本身具有很大的比表面积，而在碱溶液的活化过程中，NaOH活化碳化料的同时溶解了稻壳中的二氧化硅，进一步扩大了碳化料的比表面积，因此本发明制备得到的碳分子筛的比表面积较大，从而提高了碳分子筛的产氮率和制备的氮气纯度。