本发明专利技术提供了化学法孔径调控制备微孔型活性炭的方法。先将果壳烘干，采用化学药剂稀溶液，按照较低浸渍比与果壳混合，充分浸渍，在一定温度下烘干。将混合物料在惰性气氛下缓慢升温至活化温度，保温一定时间，活化完成后，冷却并经水洗、酸洗、水洗、烘干得到微孔正态分布非常集中的果壳基活性炭。本发明专利技术浸渍比低，化学药剂用量少，活化温度低，产品得率高，从而成本低，制备工艺简单。同时，制备出的微孔孔径分布非常集中，孔径可调，产品附加值大，适合于工业生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种微孔型活性炭材料及其制备方法，具体涉及化学法调控孔径制备果壳基微孔型活性炭的低消耗的简便方法。
技术介绍
木质活性炭由于其原料的特征，常规活化后孔径分布较分散。在活性炭专业用途中，微孔孔径分布集中的分子筛型活性炭，工作效率高，在超级电容器材料、锂离子电池、血液净化等方面有着巨大潜在的应用前景，是当前先进炭材料的研究热点。现在的化学法普遍是采用的磷酸为活化剂磷木比一般在4:1左右，600°C 1小时左右活化制备得到中大孔型活性炭。但是，若要制备微孔型活性炭一般则多采用物理法活化制备，以物理法一水蒸气、CO2和高温重整为主，尚未见化学药剂活化调控微孔孔径的方法报道。但是物理法活化得率低一般多在10%以下，且所需温度高多在1000°C以上，故原料和能耗高。同时，在如此高温下，孔径尺寸难以控制。因此，探索资源能源消耗低，孔径易调控的技术成为孔径调控制备微孔活性炭的难题。昆明理工大学的杨坤彬等人(杨坤彬，彭金辉，张立波，等.水蒸气活化法制备椰壳活性炭的孔结构特征[J].炭素，2010，1 8-13.杨坤彬，彭金辉，夏洪应，等. C02活化制备椰壳基活性炭[J].炭素，2010，1 20-23.)以椰壳为原料，分别以水蒸气和二氧化碳为活化剂，制备出微孔发达的活性炭。当水蒸气用量和二氧化碳用量较为适宜时，在条件范围内，提高活化温度和延长活化时间，有利于微孔的形成，但是随着活化温度的提高和活化时间的延长，得率不断降低。物理活化法制备活性炭的得率低(10%以下)，且所需温度高(900°C以上)，故原料和能耗高。同时，在高温下，孔径尺寸难以控制。中国林业科学研究院林产化学工业研究所的刘军利等人(刘军利，古可隆.高温处理对活性炭孔隙结构的影响[J].林产化学与工业，1999，19 ( 3 ): 37-40.)以淀粉为原料，金属氢氧化物为活化剂，在800 900°C活化池，得到的原料活性炭在1100°C隔氧热处理4h，得到最终的活性炭。所得活性炭的平均孔半径由2. 5 nm降至1.5 nm。利用高温重整是调整微孔的一种方法，但是反应温度高，耗能大，时间长，成本高，工业化难度较大。中国矿业大学的马蓉等人(马蓉，张丽芳，张双全，等.太西无烟煤制备微孔活性炭的试验研究[J].新型炭材料，2004，19 ( 1 ): 57-61.)研究了在硝酸盐与含钾化合物两种添加剂作用下用太西无烟煤制备微孔活性炭的试验条件。得出了最佳水平组合 添加剂硝酸盐与含钾化合物的质量比为2:1，炭化升温速度5 °C/min，活化温度920 °C，活化时间3. 5 h。研究发现，相同条件下添加质量分数为6%的添加剂制得的活性炭在微孔孔容和总孔容方面都有较大的提高微孔孔容从0. 1847 ml/g高到0. 3299 ml/g，总孔容从 0.2186 ml/g提高到0.51 ml/g。催化孔径调控法利用添加的催化剂不同，活化时间和温度的不同，可以调控出特定孔径的活性炭。但是催化活化法制得的微孔活性炭中不可避免地会残留部分金属元素，这种活性炭用于液相吸附时，金属元素可能以离子形式进入溶液， 带来二次污染，尤其是但在食品、饮用水及药品的净化使用中非常有害。尽管可以通过酸碱洗涤降低金属含量，但是同时带来了废水、废气等环境污染，操作复杂，成本增加。日本东北大学反应科学研究所的Kyotani等人(T KYOTANI, T NAGA I, S I NOU E. Formation ο f new type of porous carbon by carbonization in zeolite Nanochannels[J], Chem Mater, 1997，9 ( 2 ): 609-615.)以丙烯腈(AC)和糠醇(FA)为碳源，沸石作为模板，制备出具有三维规则结构的微孔炭。利用模板法制备活性炭的最大缺点是模板的去除，增加了高昂费用。此种方法成本高，不利于工业化生产。综上所述，通常采用物理法和催化法调控活性炭微孔分布，但是缺点是活化温度太高，得率太低，实际应用价值不大；高温调孔对反应温度要求高，增加了能量要求，高温下不易控制孔径的分布；催化调孔制备的活性炭会残存部分金属离子，对一些液相吸附不利； 模板法调整微孔在处理模板时增加了大量成本。因此，探索资源能源消耗低，孔径易调控的技术成为孔径调控制备微孔活性炭的难题。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的制作成本高，产品得率低，孔径不可调的缺点，本专利技术提供一种化学法孔径调控制备微孔型活性炭的方法，制备方法简单快速，产品得率高，成本低，微孔分布集中，微孔孔径可控。本专利技术的技术方案为一种化学药剂孔径调控制备微孔型活性炭的方法，包括如下步骤第一步，果壳筛分将果壳烘干，破碎，筛分出粒径为0. 6mm-l. Omm的果壳颗粒； 第二步，化学药剂的低浓度浸渍处理按照果壳颗粒与纯化学药剂的质量比为(0. 2 0. 6) 1的比例，将果壳颗粒在质量浓度5飞0%的化学药剂溶液中浸渍M小时以上再干燥至水分蒸干得到化学药剂果壳混合物；第三步，低温活化将干燥的化学药剂果壳混合物在氮气气氛下以l°c 10°C /min 的升温速率由200°C升温至活化终温350°C，然后恒温4 5小时进行活化，活化完成后， 冷却，水洗，烘干得微孔发达活性炭产品；微孔活性炭的微孔率60 90%，比表面积50 2700m2/g，得率30 50%，碘吸附值为245 2050mg/g，亚甲基蓝吸附值为45 90mL/g。氮气的流速0. 5L 4L/min。所述的化学药剂为氢氧化钾、磷酸或者氯化锌中的任意一种。第三步中的干燥温度为30 200°C。所述的果壳为油茶壳、椰壳、杏壳中的任一。化学药剂孔径调控制备微孔型活性炭的方法制备的微孔发达果壳活性炭，颗粒粒度均勻，粒径为0. 6 1. 0mm,微孔活性炭的微孔率60 90%，比表面积50 2700m2/g，得率30 50%，碘吸附值为245 2050mg/g，亚甲基蓝吸附值为45 90mL/g。有益效果1.采用化学活化法生产微孔型活性炭，产品的得率大大高于传统采用的物理法由原来的10%提高到3(Γ50%，而且化学药剂相比于通常的化学法的4:1的添加量降低到(0. 2 0. 6):1，大大减少了活化剂的使用量。活化温度也由化学法的600°C左右、物理法的1000°C 左右的高温降低到现在的不超过350°C，节约了能源。且工艺简单，成本低，便于工业化实施。2.制备得到的活性炭的微孔非常发达，正态分布集中，微孔率达60 90%，平均孔径1. 6nm,比表面积1500 2700m2/g，得率30 60%，碘吸附值为245 2050mg/g，亚甲基蓝吸附值为45 90mL/g。3.本专利技术活性炭的孔径大小、微孔分布、比表面积、孔容积可通过化学药剂Η3Ρ04、 ZnCl2W水溶液的添加量，活化过程中的升温速率、活化温度、活化时间来控制。附图说明图1磷酸法孔径调控微孔活性炭孔径分布曲线。图2磷酸法孔径调控微孔活性炭的N2吸附曲线。图3化学法孔径调控制备微孔型活性炭的表面形貌。图4升温速率对微孔率的影响。图5活化温度对微孔率的影响。图6磷酸添加量对微孔率的影响。图7氯化锌添加量对微孔率的影响。图8不同浸渍比本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种化学药剂孔径调控制备微孔型活性炭的方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，果壳筛分：将果壳烘干，破碎，筛分出粒径为０．６ｍｍ－１．０ｍｍ的果壳颗粒；第二步，化学药剂的低浓度浸渍处理：按照果壳颗粒与纯化学药剂的质量比为（０．２～０．６）：１的比例，将果壳颗粒在质量浓度５～６０％的化学药剂溶液中浸渍２４小时以上再干燥至水分蒸干得到化学药剂果壳混合物；第三步，低温活化：将干燥的化学药剂果壳混合物在氮气气氛下以１℃～１０℃／ｍｉｎ的升温速率由２００℃升温至活化终温３５０℃，然后恒温４～５小时进行活化，活化完成后，冷却，水洗，烘干得微孔发达活性炭产品；微孔活性炭的微孔率６０～９０％，比表面积５０～２７００ｍ２／ｇ，得率３０～５０％，碘吸附值为２４５～２０５０ｍｇ／ｇ，亚甲基蓝吸附值为４５～９０ｍＬ／ｇ。
【技术特征摘要】
1.一种化学药剂孔径调控制备微孔型活性炭的方法，其特征在于，包括如下步骤第一步，果壳筛分将果壳烘干，破碎，筛分出粒径为0. 6mm-l. Omm的果壳颗粒；第二步，化学药剂的低浓度浸渍处理按照果壳颗粒与纯化学药剂的质量比为(0. 2 0. 6) 1的比例，将果壳颗粒在质量浓度5飞0%的化学药剂溶液中浸渍M小时以上再干燥至水分蒸干得到化学药剂果壳混合物；第三步，低温活化将干燥的化学药剂果壳混合物在氮气气氛下以l°c 10°C /min 的升温速率由200°C升温至活化终温350°C，然后恒温4 5小时进行活化，活化完成后， 冷却，水洗，烘干得微孔发达活性炭产品；微孔活性炭的微孔率60 90%，比表面积50 2700m2/g，得率30 50%，碘吸附值为245 2050mg/g，亚甲基蓝吸附值为45 90mL/g。2.如权利要求1所述的化...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙康，蒋剑春，刘雪梅，邓先伦，崔丹丹，戴伟娣，卢辛成，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院林产化学工业研究所，
类型：发明
国别省市：84
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