[发明专利]一种氨气活化制备含氮活性炭的方法

说明书

本发明提供了一种氨气活化制备含氮活性炭的方法：在保护气氛下，将碳质原料升温至切换温度；在切换温度下将保护气氛切换为活化剂气氛后升温至活化温度；在活化温度下进行活化反应，得到含氮活性炭；所述保护气氛为氮气、氩气和氨气中的一种或几种；所述活化剂气氛包含氨气。本发明直接将碳质原料在活化剂气氛下进行活化，氨气中的氮和原料中的炭发生活化反应，得到含氮活性炭，操作极其简便，易于实施且成本较低。

技术领域

本发明涉及活性炭技术领域，尤其涉及一种氨气活化制备含氮活性炭的方法。

背景技术

活性炭是一种孔隙结构发达的多孔炭质材料，热稳定性和化学稳定性优良，广泛应用于环境保护、电子、能源、化工、食品和医药等领域。从活性炭的基本性质来看，其应用性能主要取决于它的孔隙结构与表面化学性质，而其表面化学性质取决于除碳元素以外的少量组成元素种类及其与碳元素的结合方式。按照活性炭所含有的主要少量元素种类，可以将活性炭分为含氧活性炭和含氮活性炭等。

含氮活性炭不仅具有与先进纳米碳材料近似的储能和能源转化能力，并且由于炭结构中的吡啶、吡咯和季氮型等含氮基团所具有的富电子特性与显碱性特性，使含氮活性炭表现出独特的催化能力和优良选择性吸附CO2等酸性成分的能力。

目前，现有技术中制备含氮活性炭的方法主要是采用等离子处理、浸渍含氮化合物等来对活性炭进行表面改性，达到引入氮元素的目的。然而，采用表面改性方式需要采用改性试剂和较复杂的改性工艺，操作较复杂，大大增加了制备成本。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种氨气活化制备含氮活性炭的方法，本发明直接将碳质原料在活化剂气氛下进行活化即可得到含氮活性炭，操作极其简便，易于实施且成本较低。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种氨气活化制备含氮活性炭的方法，包含如下步骤：

在保护气氛下，将碳质原料升温至切换温度，所述保护气氛由氮气、氩气和氨气中的一种或几种气体提供；所述切换温度大于等于700℃，且小于等于活化温度；

在切换温度下，将保护气氛切换为活化剂气氛，所述活化剂气氛包含氨气；

在活化温度下，所述碳质原料进行活化反应，得到含氮活性炭。

优选的，所述活化剂气氛还包含惰性气体。

优选的，所述活化剂气氛中氨气的体积含量≥50％。

优选的，所述活化温度为800～1100℃。

优选的，所述活化反应的时间为0.5～5h。

优选的，所述碳质原料为生物质炭、不含氮活性炭、煤炭和高分子材料炭化料中的一种或几种。

优选的，所述生物质炭为木炭、竹炭、果壳炭和秸秆炭中的一种或几种。

优选的，所述高分子材料为橡胶、酚醛树脂、环氧树脂和聚氨酯中的一种或几种。

优选的，所述碳质原料的粒度≤80目。

优选的，将碳质原料升温至切换温度的升温速率为1～10℃/min。

优选的，从切换温度升温至活化温度的升温速率为1～10℃/min。

本发明提供了一种氨气活化制备含氮活性炭的方法：在保护气氛下，将碳质原料升温至切换温度；在切换温度下将保护气氛切换为活化剂气氛后升温至活化温度；在活化温度下进行活化反应，得到含氮活性炭；所述保护气氛为氮气、氩气和氨气中的一种或几种；所述活化剂气氛包含氨气。本发明直接将碳质原料在活化剂气氛下进行活化，氨气中的氮和原料中的炭发生活化反应，得到含氮活性炭，操作极其简便，易于实施且成本较低。