[发明专利]一种利用吸附含碳物的炭材料制备碳分子筛的方法

说明书

本发明公开了一种利用吸附含碳物的炭材料制备碳分子筛的方法，技术方案是，将附着含碳物留置在炭材料内表面，为“原位成碳”、孔内，且通过裂解等方式，将其转化为碳含量高的物质，以缩小炭材料孔的直径，本发明中的含碳物可以为单一物种，也可以为多物种多物相。本发明方法以附着含碳物的炭材料为原料，采用有别于再生的方法，控制孔内附着物裂解进程，有效调整孔大小，制备出选择系数高、回收率高的碳分子筛，此方法构思巧妙、能耗小、成本低，革新了碳分子筛的制备工艺，同时可实现附着含碳物的炭材料的高价值资源化。

技术领域

本发明涉及一种吸附含碳物的炭材料资源再利用方法，具体涉及一种利用吸附含碳物的炭材料制备碳分子筛的方法。

背景技术

多孔炭材料因具有高比表面积、丰富的孔结构，成为一种良好吸附性能的吸附剂，不仅可以在液相中吸附，更可以吸附气态吸附质。同时，多孔炭材料吸附可以为物理非选择性吸附，也可以借助界面官能团实现选择性化学吸附。可被多孔炭基材料吸附的物质可以为小分子的甲醛，也可以是大分子的罗丹明B、刚果红，特别地，可以吸附水中的COD、氨氮等，实现水体的净化。但吸附剂具有饱和吸附容量，一旦达到吸附饱和，需采用加热、还原等方式再生，方可恢复吸附性。再生的基本原理为吸附质吸附于吸附剂的外表面及内孔道内，当活化位点被全部占据，即达到饱和吸附，需通过必要的技术手段，将多孔炭基材料孔内的吸附质通过降解等方式排出，恢复吸附性能。但一般情况下，再生将伴随着新的环境污染问题，且再生后吸附剂随着使用次数的增加，吸附性能越来越差，利用价值降低。

碳分子筛是20世纪70年发展起来的一类新型吸附剂，其是一种非极性碳素材料，以0.2-1.0nm微孔为主、孔径分布窄，对气体分子有选择性吸附，主要用于混合气体的分离，如N₂/CH₄、O₂/CH₄、N₂/O₂、CO₂/CH₄、C2-C3烯/烷烃(CN 105283245 B)、氡/氙、氢/氘、C4-C6正异构烷烃等的分离。用于制备碳分子筛原料很广，如煤(CN 101804979 A)、植物类外壳(CN102328924 A、CN 102502579 A、CN 111943194 A、CN 107555432 B、CN 105129766 A)、有机高分子聚合物(如酚醛树脂CN 109179369 A、萨兰树脂等)、金属有机骨架化合物(CN110385114 A)、微生物(CN 110339811 A)、工业废料/物(CN 101717082、CN 101428790 A、CN 105597673 A)，后经破碎、成型、炭化、活化、调孔等步骤，获得碳分子筛。但上述方法存在流程长，工艺复杂，成本居高不下的问题。特别地，经活化后仅可获得平均孔为2.0nm的分布广泛的孔结构，远大于目标分子动力学直径，无法满足筛分功能，此时，需以甲乙丙烷、甲乙丙烯、苯、甲苯、环己烷、苯乙烯为碳源，在原有孔内反复气相沉积碳，堵塞大孔，或以聚酰胺酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚四氢呋喃醚、对甲基苯磺酸液相浸渍多孔炭材料(CN110773122 A、CN 110773125 A)，后经高温裂解法使其在孔内分解碳而堵塞原有孔道，调孔以获得2.6-9埃的微孔。由此可知，碳分子筛存在制备工艺长、调孔繁琐的问题，造成其售价高，阻碍其规模化应用。

目前没有以附着含碳物的吸附剂为原料制备碳分子筛的相关报道，因此以附着含碳物的吸附剂为原料制备碳分子筛是提高吸附剂资源化利用率，降低碳分子筛生产成本的一种新途径。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种利用吸附含碳物的炭材料制备碳分子筛的方法，该方法是一种低耗能、低成本的碳分子筛制备方法，同时，可以快速实现附着含碳物的炭材料(特别是商品化的多孔炭)的高价值资源化。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种利用附着含碳物的炭材料制备碳分子筛的方法，在特定气氛下热处理吸附含碳物的炭材料，使含碳物缩聚脱氢形成缩合碳网平面体交叉连接的聚合体，然后清洗，干燥。