一种消除表面化学基团的活性炭及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种消除表面化学基团的活性炭及其制备方法，它是通过将活性炭真空炭化的方式，来得到消除表面化学基团的活性炭。本发明专利技术还公开了消除表面化学基团的活性炭在作为催化剂载体中的应用。与现有技术相比，本发明专利技术方法步骤简单，所得产品化学基团去除效率高，比表面积下降少，能耗低，易于推广。同时，本发明专利技术产品用作金属催化剂的载体时，固载率高，催化加氢效果好，使用寿命长。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于活性炭领域，具体涉及一种消除表面化学基团的活性炭及其制备方法与应用。
技术介绍
活性炭是采用木质或煤质原料，通过物理或化学方法活化制备得到，其表面具有丰富的酸性或碱性基团。活性炭表面化学基团的存在不利于金属催化剂的固载，导致催化剂负载不牢固、负载量低、催化加氢效果差。鉴于此，活性炭表面化学含氧基团对活性炭的催化性能和吸附性能影响的研究在国际上日益受到众多科研人员的重视。我国很多研究人员在研究活性炭的吸附性能和催化性能时仅仅关注活性炭的孔隙结构，而忽略了对活性炭表面化学特性的研究。清除活性炭表面的化学基团，避免催化剂还原过程中的迁移聚集，提高金属催化剂负载分散度，有利于增强催化剂与活性炭间的相互作用，使催化剂部分缺失电子，结合能升高，可明显提高炭基催化剂的催化活性。北京防化研究院的庄新国等人(庄新国,杨裕生,杨冬平,等.表面官能团对活性炭性能的影响[J].电池,2003,04期(4):199-202.)研究了表面官能团对粉末超级电容器活性炭电极材料漏电电流、电容贮存性和稳定性的影响。结果表明:羧基浓度越高,电极材料漏电电流越大,贮存性越差；羧基浓度越高,材料静态电位越高,氧析出反应可能性越大,电极越不稳定。活性炭电极材料经保护气氛下的中温热处理能够部分消除表面含氧官能团,降低表面官能团和羧基相对浓度,从而减少漏电电流,提高电极稳定性。但是此方法需要极纯的惰性气氛，成本高。如气氛中含有部分氧，则电容炭会被氧化，而且高温热处理会导致孔收缩，降低比表面积。河南理工大学的王力的等人(王力,张传祥,段玉玲,等.含氧官能团对活性炭电极材料电化学性能影响[J]电源技术,2015,第6期(06):1248-1250.)用不同温度热处理腐植酸基活性炭制备超级电容器用炭电极材料，在3mol/L的KOH电解液中研究了表面含氧官能团对电极电化学性能的影响。研究结果表明，不同温度热处理后活性炭的比表面积和孔容略有下降，表面含氧量减小，且活性炭表面的含氧官能团种类含量发生了变化。由FTIR的分析结果判断，活性炭电极材料的漏电和贮存性能主要是受表面含氧官
能团醛基、羧基、羰基和羟基的影响。在大电流充放电时，高温处理后炭电极比电容的衰减率明显低于处理前。同济大学的肖淑华等人(肖淑华,沈明,朱沛英,等.水合肼还原氧化石墨烯的研究[J].材料开发与应用,2011,02期(2):45-50.)通过将获得的氧化石墨进行热剥离以及超声剥离得到双层甚至单层的氧化石墨烯片。然后采用化学还原—水合肼还原的方法去除氧化石墨烯所含的羧基COOH、羟基OH、羰基C＝O和环氧基等化学基团。当氧化石墨和水合肼的质量比为10：7—10：10，还原反应时间为80min-100min时，水合肼还原氧化石墨烯的效果最佳。综上所述，活性炭表面基团采用惰性气氛下高温分解的方法，需要高纯的惰性气体和高温，处理费用高，处理效果不佳。同时，高温下会造成活性炭孔隙的合并，降低比表面积和电化学性能。暂未有文献报道利用真空碳化消除活性炭表面化学基团的报道。真空碳化能够减少气氛中有害成分(水、氧、氮及其他杂质)对物料的污染，避免出现脱碳、渗碳、还原、氧化和渗氮等一系列反应。由于真空环境下，活性炭孔隙内气体更易排出，且活性炭的刚性结构能保持活性炭的孔隙度不受影响。因此，开发活性炭表面化学基团的真空炭化消除方法，具有方法简单，化学基团去除效率高，能耗低，易于推广。制得的活性炭产品比表面积下降小，催化剂金属固载率高，加氢转化率可达100％，有利于工业化推广应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种活性炭表面化学基团的消除方法，以解决现有技术存在的处理成本高，处理效果不佳的问题。本专利技术还要解决的技术问题是提供通过上述消除方法制备得到的消除表面化学基团的活性炭。本专利技术最后要解决的技术问题是提供上述消除表面化学基团的活性炭的应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种活性炭表面化学基团的消除方法，它包括如下步骤：(1)将活性炭置于炭化装置内，升温至炭化终温后，进行炭化；(2)将步骤(1)中得到的炭化后的活性炭冷却至室温，密封保存即可。步骤(1)中，所述的活性炭为木质活性炭或煤质活性炭。步骤(1)中，所述的活性炭为粉末状活性炭或颗粒状活性炭。步骤(1)中，升温速度为0.5～4℃/min。步骤(1)中，炭化终温为100～500℃。步骤(1)中，炭化装置内，真空度小于10帕斯卡。步骤(2)中，冷却至室温的降温速度为20～100℃/min。步骤(2)中，所述密封保存是指用聚乙烯样品袋密封包装。上述任意一项制备得到的消除表面化学基团的活性炭也在本专利技术的保护范围之内。上述消除表面化学基团的活性炭在作为催化剂载体中的应用也在本专利技术的保护范围之内。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下优势：1、本专利技术方法步骤简单，所得产品化学基团去除效率高，比表面积下降少，能耗低，易于推广。2、本专利技术产品用作金属催化剂的载体时，固载率高，催化加氢效果好，使用寿命长。3、本专利技术利用真空炭化消除活性炭表面的化学基团，得到纯化的载体炭产品。具有消除效率高，能耗低、易于规模化推广等特点。附图说明图1a为实施例1中产品C＝O化学基团随反应时间的变化；图1b为实施例1中产品-OH化学基团随反应时间的变化；图1c为实施例1中产品C-O-C化学基团随反应时间的变化；图2为实施例1中活性炭表面基团消除前后氮吸附等温线；图3为实施例1中活性炭表面基团消除前后孔径分布图；图4为实施例1中活性炭表面基团FT-IR谱图。具体实施方式根据下述实施例，可以更好地理解本专利技术。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本专利技术，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本专利技术。本专利技术对所制备的载体活性炭表面化学基团、比表面积的测试方法如下：(1)表面化学基团的测定：采用美国Nicolet红外分析仪(FTIR 550型)测试，扫描范围为500-4000cm-1的中红外区；(2)比表面积的测定：采用美国麦克公司的ASAP2020比表面积和孔容积分析仪对制备的活性炭进行比表面积测试。实施例1第一步，称取木质粉状活性炭，洗涤、烘干，置于石英坩埚内，再放入真空炭化炉内；第二步，开启真空泵，保持真空度为1帕，按升温速度1℃/min，升温至500℃终温，保1h。第三步，反应结束后，保持真空度为1帕，以冷却速度100℃/min冷却至室温，取出，聚乙烯样品袋密封保存。第四步，称取1克活性炭分散于200ml去离子水中，超声5min，加入50mg氯化钯，搅拌30min后，用NaBH4进行还原，离心，洗涤，干燥后得到载钯活性炭。制得活性炭比表面积较原炭下降10m2/g，催化剂钯固载率5％，载钯炭加氢转化率100％。实施例2第一步，称取木质粉状活性炭，洗涤、烘干，置于石英坩埚内，再放入真空炭化炉内；第二步，开启真空泵，保持真空度为10帕，按升温速度4℃/min，升温至炭化终温200℃，保温0.5h。第三步，反应结束后，保持真空度10帕，以冷却速度20℃/min冷却至室温，取出，用聚乙烯样品袋密封包装。第四步，称取1克活性炭分散于200ml去离子水中，超声5min，加入50mg氯化钯，搅拌30min后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活性炭表面化学基团的消除方法，其特征在于，它包括如下步骤：(1)将活性炭置于炭化装置内，升温至炭化终温后，进行炭化；(2)将步骤(1)中得到的炭化后的活性炭冷却至室温，密封保存即可。

【技术特征摘要】
1.一种活性炭表面化学基团的消除方法，其特征在于，它包括如下步骤：(1)将活性炭置于炭化装置内，升温至炭化终温后，进行炭化；(2)将步骤(1)中得到的炭化后的活性炭冷却至室温，密封保存即可。2.根据权利要求1所述的活性炭表面化学基团的消除方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的活性炭为木质活性炭或煤质活性炭。3.根据权利要求1所述的活性炭表面化学基团的消除方法，其特征在于，步骤(1)中，升温速度为0.5～4℃/min。4.根据权利要求1所述的活性炭...

【专利技术属性】
技术研发人员：荀波，
申请(专利权)人：南京林大活性炭有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32