窄孔分布增强但其相似性稳定的生物质基活性炭制备方法技术

本发明专利技术公开了一种窄孔分布增强但其相似性稳定的生物质基活性炭的制备方法，包括：将生物质原料水洗、干燥并粉碎；采用固相球磨工艺，将固体KOH固溶于生物质原料中；对KOH与生物质原料的混合物施加空间限域力；将具有空间限域力的KOH与生物质原料的混合物进行活化；将活化后的产物冷却、碾碎、酸洗、水洗，置于烘箱干燥至恒重，即得到窄孔分布增强但其相似性稳定的生物质基活性炭。本方法相对于传统KOH直接活化制备出的生物质基活性炭，比表面积提高、窄孔分布强度增强、活化温度降低且窄孔分布维持相似性。此方法可生产孔结构特异的活性炭，以扩展其应用范围，且操作简单，生产成本较低，有显著的经济效益。有显著的经济效益。有显著的经济效益。

【技术实现步骤摘要】
窄孔分布增强但其相似性稳定的生物质基活性炭制备方法


[0001]本专利技术涉及一种窄孔分布增强但其相似性稳定的生物质基活性炭的制备方法，属于活性炭生产领域。

技术介绍

[0002]尽管现代科学高速发展，多孔碳仍然是现代科学、工程和技术应用中最重要的材料。其中，生物质基活性炭的制备及应用是推动可持续发展，助力碳达峰与碳中和的重要举措。总所周知，比表面积是决定活性炭性能的最重要的参数之一，在此背景下，人们开发了各种制备策略(模板法、次序H3PO4‑
CO2活化、次序水热
‑
活化)来生产具有高比表面积和孔结构特异的活性炭。然而，模板和次序活化程序复杂且耗能。因此，探索一种简单易行(即：绕过模板和次序活化等策略)的制造程序，以获得具有高比表面积和特殊孔结构(如：孔径分布)的活性炭是一个重要目标。
[0003]除了比表面积之外，孔径分布对活性炭的各种应用同样非常重要。例如，吸附剂的孔结构需考虑被吸附物质的分子大小。具有丰富微孔、足够中孔及适量大孔结构的活性炭作为电极材料是非常理想的。因此，在足够中孔及适量大孔基础上增加微孔含量在一定范围内有利于活性炭电极性能的提高。众所周知，在一定范围内增加活化水平(更高的活化剂用量或温度)可以适当增加比表面积，但孔径大小或孔径分布同样会改变。然而，在较高比表面积(>1000m2/g)的基础上再次增加活化水平，可能会导致微孔塌陷成中孔/大孔(即，孔径分布发生变化)，同时伴随着比表面积的减少。也就是说，在较高比表面积情况下，窄孔(如0
‑<br/>2nm)分布强度的增强遇到了瓶颈。此外，KOH作为一种理想活化剂被广泛用于生产具有高比表面积的活性炭。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种窄孔分布增强但其相似性稳定的生物质基活性炭的制备方法，本制备方法在维持孔径分布相似的基础上，增强窄孔分布强度，减少能耗，提高比表面积，扩展应用范围，提高炭的品质，从而达到经济效益及高值化等多赢效果。
[0005]为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0006]一种窄孔分布增强但其相似性稳定的生物质基活性炭的制备方法，包括如下步骤：
[0007](1)、将生物质原料水洗、干燥并粉碎；
[0008](2)、采用固相球磨工艺，将固体KOH固溶于生物质原料中；
[0009](3)、对KOH与生物质原料的混合物施加空间限域力；
[0010](4)、将具有空间限域力的KOH与生物质原料的混合物进行活化；
[0011](5)、将活化后的产物冷却、碾碎、酸洗、水洗，置于烘箱干燥至恒重。
[0012]作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述的生物质原料为松木屑、松针或人造板
废弃物。
[0013]作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述步骤(1)中，将生物质原料水洗、干燥并粉碎至20
‑
40目。
[0014]作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述步骤(2)中，固体KOH与生物质原料的质量比为3：1，球磨时间为20min。
[0015]作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述步骤(3)中，通过压片机对KOH与生物质原料的混合物施加空间限域力。
[0016]作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述步骤(3)中，固体KOH与生物质原料的混合物在直径为1cm的模具中被压片机施加的10
‑
40MPa的力挤压15min。
[0017]作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述步骤(4)中，将具有空间限域力的KOH与生物质原料的混合物置于镍方舟中并在管式炉中活化一定时间。
[0018]作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述步骤(4)中，管式炉温度为750
‑
850℃，保温时间为60min。
[0019]作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述烘箱的温度为105℃。
[0020]本专利技术的有益效果为：
[0021](1)本专利技术生物质基活性炭的制备方法可维持孔径分布相似性，增强窄孔分布强度，提高比表面积；
[0022](2)本专利技术生物质基活性炭的制备方法可减少能耗，扩展炭的应用范围，提高炭的品质，从而达到经济效益及高值化等多赢效果。
附图说明
[0023]图1是一种窄孔分布增强但其相似性稳定的生物质基活性炭的制备方法的流程框图。
[0024]图2中的(a)是改变传统活化条件所得活性炭的氮气吸脱附曲线图。
[0025]图2中的(b)是改变传统活化条件所得活性炭的孔径分布图。
[0026]图3中的(a)是在750℃活化温度下改变空间限域力所得活性炭的氮气吸脱附曲线图。
[0027]图3中的(b)是在750℃活化温度下改变空间限域力所得活性炭的孔径分布图。
[0028]图4中的(a)是在850℃活化温度下改变空间限域力所得活性炭的氮气吸脱附曲线。
[0029]图4中的(b)是在850℃活化温度下改变空间限域力所得活性炭的孔径分布图。
具体实施方式
[0030]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明均为常规方法。
[0031]原料：松木屑、KOH(分析纯)、盐酸。
[0032]主要装置：压片机、模具(直径1cm)、高温管式炉、烘箱、Autosorb
‑
iQ型全自动气体吸附分析仪。
[0033]实施例1：
[0034]将松木屑水洗、干燥、粉碎至20
‑
40目，采用固相球磨工艺，将12g固体KOH固溶于4g松木屑中。将松木屑与KOH的混合物置于直径为1cm的模具中，随后，通过压片机施加30MPa压力并保持15min。紧接着，将具有空间限域力的KOH与松木屑的混合物置于镍方舟中并在750℃的管式炉中活化60min。最后，将活化后的产物冷却、碾碎、酸洗、水洗，置于105℃的烘箱干燥至恒重，制得松木基活性炭(命名为PC
‑
30
‑
750)。
[0035]传统法：KOH固体与松木屑以质量比为3进行混合，再将混合物置于镍方舟中并分别在750、800及850℃的管式炉中活化60min；最后，将活化后的产物冷却、碾碎、酸洗、水洗，置于105℃的烘箱干燥至恒重，制得松木基活性炭(命名为PC
‑0‑
750、PC
‑0‑
800及PC
‑0‑
850)。本实施例制得的PC
‑
30
‑
750及传统法制备的PC
‑0‑
750、PC
‑0‑
800、PC
‑0‑
850的特征见图2中的(a)、图2中的(b)、图3中的(a)、图3中的(b)及表1。
[0036]表1为样品孔结构数据：
[0037][0038]由图2中的(a)、图2中的(b)及表1可知，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种窄孔分布增强但其相似性稳定的生物质基活性炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)、将生物质原料水洗、干燥并粉碎；(2)、采用固相球磨工艺，将固体KOH固溶于生物质原料中；(3)、对KOH与生物质原料的混合物施加空间限域力；(4)、将具有空间限域力的KOH与生物质原料的混合物进行活化；(5)、将活化后的产物冷却、碾碎、酸洗、水洗，置于烘箱干燥至恒重。2.根据权利要求1所述的窄孔分布增强但其相似性稳定的生物质基活性炭的制备方法，其特征在于，所述的生物质原料为松木屑、松针或人造板废弃物。3.根据权利要求1所述的窄孔分布增强但其相似性稳定的生物质基活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，将生物质原料水洗、干燥并粉碎至20
‑
40目。4.根据权利要求1所述的窄孔分布增强但其相似性稳定的生物质基活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，固体KOH与生物质原料的质量比为3：1，球磨时间为20min。5.根据权利要求1所述的窄孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建斌，王亮才，章一蒙，陈登宇，马欢欢，周昕，谢林恩，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：