一种具有高堆密度和高比表面积球状活性炭的制备方法是将树脂球置于真空容器中抽真空1-2h，抽走树脂球和真空瓶内部的空气，然后将堵孔剂的分散液注入真空容器中，随后抽真空1-5h，使堵孔剂充分浸渍到树脂球中。最后用布式漏斗将树脂球和浸渍后分散液分离，并于100-120℃干燥2-5h，得到浸渍堵孔剂的树脂球；树脂球在空气中以0.25-0.7℃/min的速率升温至280-360℃，使树脂球在氧气环境下脱氢，环化，交联进行氧化；氧化的树脂球在氮气保护下以0.5-2℃/min的速率升温至800-1000℃，并在此温度下水蒸汽活化1-3h，即得球状活性炭。本发明专利技术催化剂具有工艺路线简单，工艺步骤少，具有高堆密度和高比表面积的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于活性炭的一种制备方法，具体地说涉及一种高堆密度和高比表面积球状活性炭的制备方法。
技术介绍
球状活性炭由于具有丰富的孔结构、良好的球形度、较高的机械强度以及耐酸碱和耐高温等一系列优良特性，可广泛应用于环保、防化、气体分离及溶剂回收等领域。在气体吸附领域，吸附气体通常采用装填吸附剂的大型流化床或固定床。吸附量则以吸附气体的总重量计算，这就要求单位体积内装填吸附剂的质量越高越好，即要求吸附剂具有高的堆密度和比表面积。然而材料的堆密度和比表面积通常是相互矛盾的。当比表面积高时， 堆密度通常降低，主要是由于孔结构的形成是活化剂刻蚀碳原子的结果。如超级活性炭的比表面积达2000-3000m2/g时，堆密度仅为O. 2g/ml ；比表面积为1000m2/g时，堆密度可达O. 46g/ml。为了同时满足高堆密度和高比表面积，采用具有丰富孔结构和高残炭率的大孔吸附树脂球或大孔离子交换树脂球作为炭前驱体制备球状活性炭是可行的方法。吕春祥和凌立成(专利公开号CN1480397A，CN1480399A)等采用球形树脂为原料，经过溶胀、深度磺化、梯度浓度酸洗或空气预氧化等预处理、再炭化和活化制备了球状活性炭。齐鸿云(专利公开号CN1631516)等采用苯乙烯_ 二乙烯苯共聚大孔型珠体为原料，经过氯甲基化、傅氏反应、稳定化、和活化等一系列工艺路线制备了球状活性炭。梁晓怿(专利公开号CN101062770A)等采用浙青球、酚醛树脂球及大孔吸附树脂球等原球先高温炭化，后经KOH活化制备了高比表面积的球状活性炭(1400-2300m2/g)。虽然以上专利均采用大孔吸附树脂球或大孔离子交换树脂球制备了高强度或高比表面积的球状活性炭，但堆密度较低，最高仅为O. 48g/ml，与常规活性炭的堆密度相比并没有明显优势。主要是由于大孔吸附树脂或大孔离子交换树脂球本身含有大量的中大孔，这些孔的存在会降低球状活性炭的堆密度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种工艺路线简单，工艺步骤少，具有高堆密度和高比表面积的球状活性炭的制备方法。本专利技术采用商品化的大孔吸附树脂球或大孔离子交换树脂球为原料，预先通过真空浸溃方法用堵孔剂堵孔，然后经空气预氧化使之高度交联，最后高温炭化、水蒸气活化制备球状活性炭。堵孔剂的作用体现在两个方面(1)填充大孔，增加炭收率，进而提高球状活性炭的堆密度；(2)在水蒸气活化过程中能够制造微孔，提高球状活性炭的比表面积。具体步骤为 (I)树脂球的堵孔将树脂球置于真空容器中抽真空l_2h，抽走树脂球和真空瓶内部的空气，然后将堵孔剂的分散液注入真空容器中，随后抽真空l_5h，使堵孔剂充分浸溃到树脂球中。最后用布式漏斗将树脂球和浸溃后分散液分离，并于100-120°C干燥2-5h，得到浸溃堵孔剂的树脂球； (2)树脂球的空气预氧化将步骤(I)得到的树脂球在空气中以O.25-0. 7V /min的速率升温至280-360°C，使树脂球在氧气环境下脱氢，环化，交联进行氧化； (3)树脂球的炭化活化将步骤(2)氧化的树脂球在氮气保护下以O.5-20C /min的速率升温至800-1000°C，并在此温度下水蒸汽活化l_3h，即得球状活性炭。如上所述的树脂球是大孔吸附树脂球或大孔离子交换树脂球等其中一种，其中孔孔径分布于10_50nm之间。如上所述的堵孔剂是改性淀粉、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、三聚氰胺树脂等其中一种或任意两种的组合。如上所述的堵孔剂的分散液是堵孔剂的乙醇饱和溶液。 本专利技术制备的球状活性炭的堆密度为O. 62-0. 85g/ml、比表面积为1450_1950m2/g。本专利技术具有如下优点 本方法工艺路线简单、工艺步骤少、产率高、有利于工业化推广。本方法制备的球状活性炭堆密度高(O. 62-0. 85g/ml)、比表面积高(1450_1950m2/g)。具体实施例方式实施例I : 将15g大孔吸附树脂球(中孔孔径分布于10-30nm)置于真空瓶中，抽真空lh。然后将改性淀粉的饱和乙醇溶液用针头注射到真空瓶中，继续抽真空lh。最后用布式漏斗将树脂球和浸溃后分散液分离，并于100°C干燥2h，得到浸溃堵孔剂的树脂球。将以上获得的树脂球在空气中以O. 250C /min的速率升温至280°C，使树脂球在氧气环境下脱氢，环化，交联。将以上获得的氧化树脂球置于立式炭化活化炉中，N2作为保护气，以O. 5°C /min的升温速率加热到800°C，在此温度下水蒸汽活化lh。即得球状活性炭(堆密度0. 68N ;比表面积1640m2/g)。实施例2: 将15g大孔吸附树脂球(中孔孔径分布于20-35nm)置于真空瓶中，抽真空2h。然后将酚醛树脂的饱和乙醇溶液用针头注射到真空瓶中，继续抽真空3h。最后用布式漏斗将树脂球和浸溃后分散液分离，并于105°C干燥3h，得到浸溃堵孔剂的树脂球。将以上获得的树脂球在空气中以O. 30C /min的速率升温至300°C，使树脂球在氧气环境下脱氢，环化，交联。将以上获得的氧化树脂球置于立式炭化活化炉中，N2作为保护气，以1°C /min的升温速率加热到850°C，在此温度下水蒸汽活化I. 5h。即得球状活性炭(堆密度0. 74N ;比表面积1820m2/g)。实施例3: 将15g大孔吸附树脂球(中孔孔径分布于30-45nm)置于真空瓶中，抽真空lh。然后将聚酰亚胺树脂的饱和乙醇溶液用针头注射到真空瓶中，继续抽真空5h。最后用布式漏斗将树脂球和浸溃后分散液分离，并于110°C干燥3h，得到浸溃堵孔剂的树脂球。将以上获得的树脂球在空气中以O. 5°C /min的速率升温至340°C，使树脂球在氧气环境下脱氢，环化，交联。将以上获得的氧化树脂球置于立式炭化活化炉中，N2作为保护气，以I. 5°C /min的升温速率加热到900°C，在此温度下水蒸汽活化2h。即得球状活性炭(堆密度0. 85N ；比表面积:1450m2/g)。实施例4: 将15g大孔吸附树脂球(中孔孔径分布于20-50nm)置于真空瓶中，抽真空2h。然后将三聚氰胺树脂的饱和乙醇溶液用针头注射到真空瓶中，继续抽真空4h。最后用布式漏斗将树脂球和浸溃后分散液分离，并于115°C干燥4h，得到浸溃堵孔剂的树脂球。将以上获得的树脂球在空气中以O. 7 V Mn的速率升温至360°C，使树脂球在氧气环境下脱氢，环化，交联。将以上获得的氧化树脂球置于立式炭化活化炉中，N2作为保护气，以2V Mn的升温速率加热到950°C，在此温度下水蒸汽活化3h。即得球状活性炭(堆密度0. 62N ;比表面积1950m2/g)。实施例5: 将15g大孔离子交换树脂球(中孔孔径分布于35-50nm)置于真空瓶中，抽真空2h。然 后将聚酰亚胺树脂的饱和乙醇溶液用针头注射到真空瓶中，继续抽真空2h。最后用布式漏斗将树脂球和浸溃后分散液分离，并于120°C干燥5h，得到浸溃堵孔剂的树脂球。将以上获得的树脂球在空气中以O. 40C /min的速率升温至350°C，使树脂球在氧气环境下脱氢，环化，交联。将以上获得的氧化树脂球置于立式炭化活化炉中,N2作为保护气，以1°C /min的升温速率加热到1000°C，在此温度下水蒸汽活化lh。即得球状活性炭(堆密度0本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有高堆密度和高比表面积球状活性炭的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）树脂球的堵孔：将树脂球置于真空容器中抽真空1？2h，抽走树脂球和真空瓶内部的空气，然后将堵孔剂的分散液注入真空容器中，随后抽真空1？5h，使堵孔剂充分浸渍到树脂球中；最后用布式漏斗将树脂球和浸渍后分散液分离，并于100？120℃干燥2？5h，得到浸渍堵孔剂的树脂球；（2）树脂球的空气预氧化：将步骤（1）得到的树脂球在空气中以0.25？0.7℃/min的速率升温至280？360℃，使树脂球在氧气环境下脱氢，环化，交联进行氧化；（3）树脂球的炭化活化：将步骤（2）氧化的树脂球在氮气保护下以0.5？2℃/min的速率升温至800？1000℃，并在此温度下水蒸汽活化1？3h，即得球状活性炭。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙国华，李开喜，
申请(专利权)人：中国科学院山西煤炭化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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