[发明专利]以苯酚和快速超低温冷冻制备改性活性炭的方法

说明书

一种以苯酚和快速超低温冷冻制备改性活性炭的方法，称取粉碎果壳作为原料，在磷酸溶液中经过浸渍后与苯酚混合，干燥，在无氧环境下高温300℃～1100℃活化0.5～24小时。活化结束后，高温下迅速将活化料浸入液氮或者‑20℃以下冰盐水，密封振荡2小时后取出。去离子水振荡清洗至中性，干燥获得改性活性炭。本发明提供的制备活性炭方法，所得活性炭相比同浓度磷酸活化、自然降温冷却所得活性炭的酚羟基、比表面积都有明显增加，节能效果明显。

技术领域

本发明属于活性炭的制备技术领域，具体涉及一种以苯酚和快速超低温冷冻制备改性活性炭的方法。

背景技术

活性炭是常用的吸附剂之一，已在食品卫生、医疗、催化、空分制氮、焦环境保护等方面得到广泛的应用。活性炭具有强大的吸附性能主要取决于其巨大的比表面积，而梅凡民【2010】、刘国成【2014】等的研究结果表明对特定成分，比如甲醛、二氧化碳、铬离子、铅离子、汞离子等的选择性吸附，决定于活性炭的孔隙结构和表面官能团。梅凡民【2010】等研究了活性炭表面酸性含氧官能团对吸附甲醛的影响，结果表明，酚羟基能够显著影响活性炭吸附甲醛的效果。中国发明专利CN201410713305.7公开了一种通过表面活性剂对活性炭进行改性，再用甲醛捕捉剂对改性活性炭进行负载，然后通过常温活冷冻干燥负载法制备能够消除甲醛的活性炭方法。中国发明专利CN201610585039.3公开了一种以核桃壳为原料依次经研磨、酸洗、水洗和炭化后，对所制备的活性炭依次进行洗涤、干燥、改性、超声结合、浸泡、洗涤和干燥制得用于去除中低浓度甲醛的活性炭吸附材料的方法。中国发明专利CN201610638618.X公开了一种通过高锰酸钾氧化氯化铁和硫酸铁改性，经超声波震荡，最后煅烧获取改性活性炭的方法。前述这些方法制备的活性炭都对甲醛具有一定的吸附效果，但其工艺有的复杂，有的需要对原有工艺进行调整，直接成本或间接成本高昂。在现有工艺基础上，改造出能够满足特定功能需求活性炭，使成本低廉，并且效果明显的新工艺成为一种迫切的需求。

本申请发明人司洪宇[2016]论文也公开了一种采用液氮对椰壳进行了超低温预处理，通过快速升温活化，在600℃下即制得比表面积超过无预处理800℃下制得的活性炭，比表面积由1600 m²/g增大至2300 m²/g以上，微孔总体积也由0.67 cm³/g增加至0.92 cm³/g。这种方法是基于原理相对快速升温对物质结构内部的破坏作用超过普通升温方式而提出，低温处理属于对原料预处理。

发明内容

本发明的目的是基于活性炭活化完成后自然降温工艺，由于弹性缩聚作用和焦油类物质逐步沉积造成部分孔隙堵塞，而采用液氮快速冷冻法或者-20℃以下冰盐水冷冻法，在-150℃以下或者-20℃以下将孔隙迅速定型和沉积物前驱体溶解，该方法提供的改性活性炭的制备方法，制备所得的活性炭的相比同浓度磷酸活化、自然降温冷却所得活性炭的酚羟基、比表面积都有明显增加，节能效果明显，且方法简单，成本低廉。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种以苯酚和快速超低温冷冻制备改性活性炭的方法，其特征在于，将干燥果壳破碎，称取备用；配置磷酸溶液；将称取的果壳与磷酸溶液混合，静置浸渍2小时，得到混合物A；称取苯酚后和混合物A混合，放入105℃干燥箱，干燥12小时，得到混合物B；将混合物B放入陶瓷反应器，首先通入氮气，将氧气吹扫干净后，启动陶瓷反应器加热开关；陶瓷反应器升温至活化温度并保持一段时间，活化结束后得到活化料C；活化时间停止时，将活化料C迅速沉入装满液氮或-20℃以下冰盐水的容器中迅速降温，并快速将容器密封后，放置在振荡器上，振荡2小时，得到活化料D；将活化料D放入水洗容器，反复水煮，直至中性；然后添加2‰活化料D重量的盐酸溶液，盐酸溶液质量分数为30%，进行水煮酸洗；最后再次进行水煮清洗，直至中性；干燥后得到产品活性炭。

本方案的具体特点还有，破碎后的干燥果壳粒径为0.15mm~30.00mm。