煤质活性炭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及活性炭的制备技术领域，具体涉及一种煤质活性炭及其制备方法和应用。该方法包括以下步骤：(1)将高灰煤与第一碱性化合物进行混合，然后在隔绝空气条件下，进行第一焙烧，得到第一焙烧产物；(2)将所述第一焙烧产物进行酸洗，得到滤饼；(3)将所述滤饼与第二碱性化合物进行混合，然后在隔绝空气条件下，进行第二焙烧，得到第二焙烧产物；(4)将所述第二焙烧产物进行酸洗，得到煤质活性炭。该方法制得的煤质活性炭具有低灰、高比表面积的特点；同时，通过限定第一焙烧和第二焙烧的条件，采用高灰煤，扩展活性炭原料的来源。扩展活性炭原料的来源。

【技术实现步骤摘要】
煤质活性炭及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及活性炭的制备
，具体涉及一种煤质活性炭及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]活性炭是一种功能性碳材料，具有特殊微晶结构、孔隙发达、比表面积大的特点。作为优良的吸附剂，活性炭广泛应用于生产生活的方方面面，如食品、饮料、医药、水处理、气体净化和化工等，起到非常重要的作用。近些年来，随着经济发展和生活水平逐步提高，人们对生活和工作环境的改善，提出了更高要求，活性炭市场需求不断扩大。
[0003]根据原料的不同，活性炭可分为木质活性炭、煤质活性炭、合成材料活性炭和其他种类的活性炭。我国是活性炭生产大国，2015年我国活性炭行业产量约61.7万吨，煤质活性炭规模占60％以上。中国煤炭储量大，但煤质总体较差，灰分含量高，经过多年开采，煤质不断下降。以煤炭为原料的煤质活性炭，品质相对较低，尤其灰分含量高。我国同时也是活性炭的出口和消费大国，2015年出口约25.1万吨，进口量约2.36万吨，国内表观消费量约38.96万吨。值得指出的是，2015年我国出口的活性炭价格仅为616美元/吨，进口价格则达到3287美元/吨，价格相差超过5.3倍。我国的活性炭产品，在品质上还有很大的提升空间。
[0004]煤基活性炭制备可以采用物理活化法或化学活化法，其中：物理法活化，采用二氧化碳、水蒸气、空气等为活化剂来制备活性炭，碳原子与活化剂反应后以气态逸出，形成丰富的孔结构；化学活化法，采用活化剂嵌入煤炭结构内部，通过一系列反应开创出丰富孔结构。由原理所决定，物理法活化对降低煤质活性炭的灰分，作用不大，只能通过煤炭前处理去除灰分。化学法活化，采用的化学试剂在与碳原子反应开创孔结构时，可同步与灰分反应，从而制备低灰活性炭。面对煤质不断下降，灰分不断升高的现状，化学法可能有一些独特的优势。
[0005]传统上，化学法活化的活化剂为氢氧化钾、氯化锌和磷酸等。以为氢氧化钾为例，将煤与活化剂按一定比例混合，加去离子水搅拌均匀，在惰性气体保护下，升温至400℃低温脱水，继续升温至700-900℃进行活化。之后用盐酸浸泡，洗涤干燥后得到煤质活性炭。但性能优异的电极材料用煤质活性性炭，所需要的原料煤灰分含量为6.23wt％。
[0006]CN105060290A公开一种煤质低灰高比表面积活性炭的制备方法，具体包括：将灰分小于12wt％的煤粉碎至150μm以下得到煤粉，加入强碱化合物混合均匀，然后在惰性气体保护下，加热至500-800℃活化，将得到的活化产物经酸洗、水洗至滤液呈中性后，加入强碱化合物混合均匀，在惰性气体保护下，加热至700-900℃恒温，将惰性气体切换至水蒸气进行活化，得到最终活化产物；最后将得到的最终活化产物经酸洗、水洗至滤液呈中性后，干燥即得活性炭产品。
[0007]从现有技术可知，采用化学法活化生产低灰煤质活性炭，均需要满足原料煤炭灰分含量较小，即：灰分小于12wt％或者6wt％。由于煤炭品质不断恶化，灰分不断升高，可供使用的原料煤炭将变得非常有限。因此，有必要开发一种新的活化技术，实现利用高灰煤炭
制备低灰的煤质活性炭。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是为了克服现有技术中煤质活性炭存在对原料煤炭要求较高、活化温度较高以及活性炭灰分较高等问题，提供一种煤质活性炭及其制备方法和应用。该方法制得的煤质活性炭具有低灰、高比表面积的特点，且采用高灰煤炭，扩展活性炭原料来源。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种煤质活性炭的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0010](1)将高灰煤与第一碱性化合物进行混合，然后在隔绝空气条件下，进行第一焙烧，得到第一焙烧产物，其中，所述第一焙烧的条件包括：温度为300-450℃，时间为0.1-12h；
[0011](2)将所述第一焙烧产物进行酸洗，得到滤饼；
[0012](3)将所述滤饼与第二碱性化合物进行混合，然后在隔绝空气条件下，进行第二焙烧，得到第二焙烧产物，其中，所述第二焙烧的条件包括：温度为450-700℃，时间为0.1-12h；
[0013](4)将所述第二焙烧产物进行酸洗，得到煤质活性炭；
[0014]其中，所述高灰煤的灰分含量≥20wt％。
[0015]优选地，所述高灰煤与第一碱性化合物的重量比为1：1-12，优选为1：1-8。
[0016]优选地，所述滤饼与第二碱性化合物的重量比为1：1-6，优选为1：1-4。
[0017]优选地，所述煤质活性炭的参数满足：灰分含量≤0.1wt％，优选为0.01-0.1wt％；比表面积≥2500m2/g，优选为2500-4000m2/g。
[0018]本专利技术第二方面提供一种第一方面提供的方法制得的煤质活性炭。
[0019]本专利技术第三方面提供一种第二方面提供的煤质活性炭在电极材料中的应用。
[0020]通过上述技术方案，本专利技术提供一种两步化学法活化制备煤质活性炭的方法，即采用第一焙烧和第二焙烧，可以在较低温度下得到低灰、高比表面积的煤质活性炭。相比现有技术，本专利技术具有以下优势：(1)本专利技术采用灰分含量≥20wt％的高灰煤，扩展了活性炭原料的来源；(2)本专利技术提供的活化温度较低，从而降低了对设备的要求；(3)本专利技术得到煤质活性炭中灰分含量≤0.1wt％和比表面积≥2500m2/g。
具体实施方式
[0021]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0022]本专利技术第一方面提供一种煤质活性炭的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0023](1)将高灰煤与第一碱性化合物进行混合，然后在隔绝空气条件下，进行第一焙烧，得到第一焙烧产物，其中，所述第一焙烧的条件包括：温度为300-450℃，时间为0.1-12h；
[0024](2)将所述第一焙烧产物进行酸洗，得到滤饼；
[0025](3)将所述滤饼与第二碱性化合物进行混合，然后在隔绝空气条件下，进行第二焙烧，得到第二焙烧产物，其中，所述第二焙烧的条件包括：温度为450-700℃，时间为0.1-12h；
[0026](4)将所述第二焙烧产物进行酸洗，得到煤质活性炭；
[0027]其中，所述高灰煤的灰分含量≥20wt％。
[0028]本专利技术的专利技术人在研究中发现，在较低温度下采用碱性化合物，对高灰煤炭(灰分含量≥20wt％)进行一步化学法活化，活性炭的比表面积较低，例如，在400℃下进行活化，活性炭的比表面积≤300m2/g，但同时活性炭灰分含量≤1wt％。随着活化温度升高，煤质活性炭的比表面开始快速增加，但是灰分含量也快速增加。例如，在500℃下活化，活性炭的比表面积≥1000m2/g，灰分含量≥10wt％；在600本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤质活性炭的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将高灰煤与第一碱性化合物进行混合，然后在隔绝空气条件下，进行第一焙烧，得到第一焙烧产物，其中，所述第一焙烧的条件包括：温度为300-450℃，时间为0.1-12h；(2)将所述第一焙烧产物进行酸洗，得到滤饼；(3)将所述滤饼与第二碱性化合物进行混合，然后在隔绝空气条件下，进行第二焙烧，得到第二焙烧产物，其中，所述第二焙烧的条件包括：温度为450-700℃，时间为0.1-12h；(4)将所述第二焙烧产物进行酸洗，得到煤质活性炭；其中，所述高灰煤的灰分含量≥20wt％。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述高灰煤的灰分含量为20-40wt％；优选地，所述高灰煤选自无烟煤、烟煤和褐煤中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述高灰煤与第一碱性化合物的重量比为1：1-12，优选为1：1-8；优选地，所述第一焙烧的条件包括：温度为350-450℃，时间为0.2-6h。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述滤饼与第二碱性化合物的重量比为1：1-6，优选为1：1-4；优选地，所述第二焙烧的条件包括：温度为450-650℃，时间为0.2-6h。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，所述第一碱性化合物和第二碱性化合物各自独立地选自氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵利军，李文华，陈爱国，靳凡，
申请(专利权)人：北京低碳清洁能源研究院，
类型：发明
国别省市：