[发明专利]活性炭及其制备方法

说明书

本发明涉及活性炭领域，公开了一种活性炭及其制备方法。该方法包括如下步骤：(1)将煤液化沥青与茶叶枝梗进行混合，制得混合原料；(2)将所述混合原料进行热处理之后，进行活化处理；其中，所述热处理的条件包括：在惰性气体气氛中进行，温度为400‑600℃；所述活化处理的温度为500‑1000℃。本发明的活性炭制备方法操作步骤简单、条件温和，且得到的活性炭灰分含量低、氧含量高、比表面积大。

技术领域

本发明涉及活性炭制备领域，具体涉及一种活性炭及其制备方法。

背景技术

煤液化残渣是煤直接液化过程的非目标产品，其产量约占投煤量的30％，是一种高灰、高硫和高热值的物质，主要由煤液化沥青(四氢呋喃可溶物的统称)、未转化煤和无机质组成。未转化煤是指残渣中不溶于四氢呋喃的有机质，约占残渣总量的30％，具有较高的热值。无机质主要是由煤中的矿物质和外加的催化剂组成，约占残渣总量的20％。煤液化沥青约占残渣的50％，主要由多环缩合芳烃组成，具有芳香度高，碳含量高，容易聚合或交联的特点，与石油沥青和煤焦油沥青的特性有所不同，非常适合作为制备炭素材料的原料，是一种宝贵而独特的碳资源。

当今，国内大规模应用煤液化残渣的方法是将煤液化残渣与煤调配成水煤浆，作为气化原料或锅炉燃料，解决了煤液化残渣大规模应用的出路，实现了残渣大规模利用。但是，煤液化残渣，特别是其中的煤液化沥青未实现高附加值的利用，煤直接液化产业的经济效益未得到最大化体现。因此，将煤液化残渣中的煤液化沥青和不可溶部分分离开来，并进行合理地综合开发利用，具有较大的经济效益和社会效益。

采用煤液化残渣或煤液化沥青制备活性炭或多孔炭的途径主要有两种：一种是直接以煤液化残渣或沥青为原料，通过活化剂(如KNO₃)或者空气进行预氧化处理，然后再经过升温炭化、化学活化(KOH或者NaOH作为活化剂)得到活性炭的方法。另一种方法是以提取煤液化残渣中的煤液化沥青作为碳源，以纳米SiO₂、介孔硅SBA-15、SBA-16或KIT-6等为硬模板，通过炭化、酸洗、水洗和干燥制备得到介孔炭，再进一步通过浓硝酸进行氧化，以提高其表面活性位含量。但由于煤液化沥青的碳含量高，氧含量低，且为平面的多环芳烃分子结构，其自身的造孔活性能差，导致上述活性炭的制备工艺较为苛刻，流程较为复杂。

我国是产茶大国，每年干茶产量就超过了200万吨，同时在茶叶种植修剪过程中，产生了大量废弃的枝梗，未得到充分的利用。茶叶枝梗是一种具有三维网状结构、氧、氮元素含量高、灰分含量低、易于炭化、活化的物质，是较为理想的多孔炭材料的原料。但由于茶叶枝梗焦化值低，且不易石墨化，导致了相应活性炭的收率低、石墨化程度低等特点，限制了其在多孔炭制备领域的应用。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，提供一种活性炭及其制备方法，该方法以煤液化沥青和茶叶枝梗为原料，操作步骤简单、条件温和，且得到的活性炭灰分含量低、氧含量高、比表面积较大、孔径和孔容等参数可根据需要进行调整。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种活性炭的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)将煤液化沥青与茶叶枝梗进行混合，制得混合原料；

(2)将所述混合原料进行热处理之后，进行活化处理；

其中，所述热处理的条件包括：在惰性气体气氛中进行，温度为400-600℃；所述活化处理的温度为500-1000℃。

优选地，所述煤液化沥青与茶叶枝梗的重量比为1：0.1-20，优选为1：0.5-10。

优选地，所述煤液化沥青的粒径为3mm以下。

优选地，所述茶叶枝梗的粒径为3mm以下。

优选地，所述煤液化沥青的软化点为100-250℃，优选为150-200℃。

优选地，所述热处理的温度为400-600℃。