[发明专利]一种熔盐耦合气体活化剂一步法制备生物质活性炭的方法

说明书

本发明公开了一种熔盐耦合气体活化剂一步法制备生物质活性炭的方法，包括以下步骤：将反应器中盛有的熔盐加热至熔融状态，向反应器内持续通入气体活化剂，再将粉碎和干燥后的生物质加入到反应器内的熔盐中进行炭化，炭化产生的生物炭上浮到熔盐的表面并被反应器内的气体活化剂活化，最后经过机械分离、洗涤和干燥即可得到活性炭产品。本发明工艺方法操作简单、成本低廉且环境友好，开辟了生物质制活性炭的技术方法。本发明通过熔盐耦合气体活化剂一步法制备生物质活性炭的方法，能获得高比表面积和高孔体积的活性炭，其在超级电容器、贵金属催化剂载体、生物医药等高要求领域和食品医药、空气净化、冶金回收、化工环保等领域均有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于生物质资源化利用技术领域，具体涉及一种熔盐耦合气体活化剂一步法制备生物质活性炭的方法。

背景技术

活性炭是由木质、煤质和石油焦等含碳的原料经炭化、活化加工制备而成，具有发达的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面化学基团，特异性吸附能力较强的炭材料的统称。活性炭是一种具有巨大的比表面积和发达的孔隙的炭质材料，具备优良的吸附能力，因其在吸附过程中具备有化学稳定性高、吸附能力强、可再生等特点被广泛应用于液相和气相物质的吸附、分离、提纯以及能源的存储等领域。活性炭的制备方法有多种，按照活化剂的性质主要分为物理活化法、化学活化法以及物理化学活化法。物理活化法的优点是工艺简单、制备成本低，对环境的污染小后期无需洗涤，缺点是活化温度高，活性炭品质相对不高，经济附加值低，比较常用的物理活化试剂有水蒸气、二氧化碳等；化学活化法的优点是制备温度相对物理活化法要低，能量需求相对较少，活性炭的品质较高，缺点是成本高，对环境的污染相对严重，后期需要洗涤程序从一定程度上增加化学试剂的浪费和对环境的二次污染，比较常见化学活化试剂有氯化锌、磷酸、氢氧化钾、碳酸钾等。化学活化由于其制备的活性炭品质高、吸附能力强，因此更加广泛应用于实际生产当中。

中国专利，授权日：2017年12月8日，专利号：ZL201510711128.3的发明专利“一种在熔盐介质中利用废旧纺织纤维材料制备活性炭的方法”，提出采用氯化盐（LiCl-NaCl、LiCl-KCl、AlCl3-NaCl、或AlCl3-KCl二元混合熔盐体系中的任意一种）来活化废旧纺织纤维材料制备活性炭。此方法采用的氯化盐对设备具有较强的腐蚀性，势必会造成设备腐蚀和设备制造成本的大幅度提高。同时，活化反应在惰性气体中进行，必然会限制活性炭的比表面积和孔体积，处于较低的水平。

中国专利，公开日：2017年5月31日，专利申请号：CN201710172549.2的发明专利“一种快速制备活性炭的方法”；中国专利，公开日：2017年11月28日，专利申请号：CN201711214886.X的发明专利“一种超级电容器活性炭及其制备方法”，提出采用KOH与NaOH作为活化剂来制备活性炭。此方法采用的强碱对设备具有较强的腐蚀性，势必会造成设备腐蚀和设备制造成本的大幅度提高。同时，KOH与NaOH在活化过程中必然会与活化产生的CO₂反应，失去其原有的化学性质。

中国专利，公开日：2019年1月8日，专利申请号：CN201811154270.2的发明专利“基于熔盐利用煤制备超级电容器用活性炭粉的方法”，提出仅采用碳酸钠与碳酸钾的二元混合盐作为活化剂，在惰性气体的氛围下进行制炭。因二元混合碳酸盐的熔点远远高于三元混合碳酸盐，所以该制炭过程的温度范围会被大大限制，更高的温度也会增加设备造价。

发明内容

针对现有活性炭制备方法中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种熔盐耦合气体活化剂一步法制备生物质活性炭的方法，可以连续生产高比表面积和高孔体积的活性炭。

所述的一种熔盐耦合气体活化剂一步法制备生物质活性炭的方法，其特征在于包括以下步骤：反应器中盛有熔盐，且将反应器中的熔盐加热至熔融状态；然后向反应器内持续通入气体活化剂，并将粉碎和干燥后的生物质加入到反应器内的熔盐中进行炭化，炭化产生的生物炭上浮到熔盐的表面并被反应器内的活化剂活化，最后依次经过机械分离、洗涤和干燥即可得到活性炭产品。