專利名稱：由瀝青制備超高比表面積活性炭的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于活性炭的制備。
常規(guī)活性炭一般是以煤為原料來(lái)制備的，由于煤的雜質(zhì)灰分含量高導(dǎo)致活性炭的雜質(zhì)灰分含量高、比表面積低和吸附性能不佳。不能滿足食品、醫(yī)藥、高級(jí)環(huán)保、軍事、化工、催化、貴重金屬的回收等重要領(lǐng)域的需要。因而，急需開發(fā)具有雜質(zhì)灰分含量低、比表面積高吸附性能優(yōu)良的新型吸附材料。有關(guān)超高比表面積活性炭的制備是近年來(lái)非?；钴S的研究課題。美國(guó)專利US3624004和US4082694提供了以石油焦和煤為原料、以KOH為活化劑，采用化學(xué)活化法制備超高比表面積活性炭(其BET比表面大于2500m2/g)的方法。在上述方法中由于石油焦的成本高且雜質(zhì)灰分含量較高，故所制備的超高比表面積活性炭的雜質(zhì)灰分含量較高(1.5wt％)；以煤為原料，雖然成本可以降低，但所制備的超高比表面積活性炭的雜質(zhì)灰分含量更高(2wt％)。而我們知道，活性炭中雜質(zhì)灰分含量的高低是其性能高低的重要指標(biāo)，它直接影響活性炭在許多領(lǐng)域的應(yīng)用。一種性能優(yōu)良的活性炭不僅吸附性能優(yōu)良，而且其雜質(zhì)灰分含量應(yīng)盡可能低。美國(guó)專利US5143889以中間相瀝青微球?yàn)樵希膊捎妙愃频幕罨椒ㄖ频肂ET比表面積大于3000m2/g的超高比表面積活性炭。但是由于中間相瀝青微球是通過(guò)煤焦油熱處理來(lái)制備的，收率太低(10％)，因而大大增加了所制備的超高比表面積活性炭的成本。在該方法中，中間相瀝青微球和活化劑混合還需加入水和丙酮，加大了活化設(shè)備的腐蝕，增加了生成成本，不利于其廣泛應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是提供一種以瀝青為原料，制備具有超高比表面活性炭的方法。由該方法制備的活性炭雜質(zhì)灰分含量低，吸附性能優(yōu)良且價(jià)格較低。
本發(fā)明的由瀝青制備超高比表面積活性炭的方法，按如下步驟進(jìn)行(1)將高軟化點(diǎn)瀝青在260-360℃下經(jīng)空氣氧化不熔化處理，(2)然后與堿性活化劑以1∶1-10的重量比例混合均勻，在惰性氣氛中于600-900℃下堿性活化處理0.5-2小時(shí)，(3)冷卻、洗滌、干燥后得產(chǎn)品。
適宜于本方法所使用的瀝青為高軟化點(diǎn)瀝青，軟化點(diǎn)最好為200-350℃，含炭量大于80wt％。高軟化點(diǎn)瀝青可由石油渣油、煤焦油、中溫煤瀝青等多種原料經(jīng)一般的空氣氧化熱處理后獲得。
所述的堿性活化劑可以是KOH。
本方法所采用的空氣氧化不熔化處理及活化處理均為該領(lǐng)域中常用的工藝方法。
本發(fā)明的方法與已有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1.以瀝青為原料制備超高比表面積活性炭，其BET比表面積為2500-3600m2/g，可制備低雜質(zhì)灰分(小于0.2wt％)的超高比表面積活性炭。
2.可通過(guò)控制瀝青不熔化的工藝參數(shù)來(lái)控制瀝青表面的含氧官能團(tuán)的數(shù)量和種類，從而能控制活化反應(yīng)活性點(diǎn)，控制超高比表面積活性炭的表面化學(xué)結(jié)構(gòu)和表面物理結(jié)構(gòu)，以滿足不同的需求。
3.本發(fā)明設(shè)備和工藝操作簡(jiǎn)單易行，制造瀝青基超高比表面積活性炭的成本低，有利于廣泛應(yīng)用。
下面提供的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1以石油渣油為原料，在300-400℃減壓蒸餾1-6小時(shí)后，制得高軟化點(diǎn)瀝青(軟化點(diǎn)為250℃，炭含量為93.3wt％，灰分分0.04wt％)，將高軟化點(diǎn)瀝青粉碎，取三個(gè)粒級(jí)74-100微米、65-74微米、40-65微米，然后進(jìn)行氧化不熔化處理(升溫速度為2℃/分)，氧化終溫為320℃)后備用。
實(shí)施例2取實(shí)施例1中74-100微米的不熔化瀝青2克，與8克堿性活化劑KOH混合均勻后，裝入反應(yīng)器，在氮?dú)夥罩羞M(jìn)行炭化和活化處理(升溫速度為10℃/分，終溫為900℃，活化時(shí)間為1小時(shí))，冷卻到室溫后取出活化產(chǎn)物，經(jīng)稀鹽酸洗滌、水洗滌(以除去堿性物質(zhì))，干燥后，制得瀝青基超高比表面活性炭，其BET比表面積為2666m2/g，活化收率為28.8wt％，灰分含量為0.03wt％。
實(shí)施例3取實(shí)施例1中65-74微米的不熔化瀝青2克，與8克KOH混合均勻后，裝入反應(yīng)器。其它條件同實(shí)施例2。所制得的瀝青基超高比表面積活性炭BTE比表面積為3021m2/g，活化收率為24.7wt％，灰分含量為0.04wt％。
實(shí)施例4取實(shí)施例1中40-65微米的不熔化瀝青2克，與8克KOH混合均勻后，裝入反應(yīng)器。其它條件同實(shí)施例2，所制得的瀝青基超高比表面積活性BTE比表面積為3646m2/g，活化收率為20.5wt％，灰分含量為0.05wt％。
實(shí)施例5取實(shí)施例1中74-100微米的不熔化瀝青2克，與4克KOH混合均勻后，裝入反應(yīng)器，在氮?dú)夥罩羞M(jìn)行炭化和活化處理(升溫速度為10℃/分，終溫為600℃，活化時(shí)間為1小時(shí))，冷卻到室溫后取出活化產(chǎn)物，經(jīng)稀鹽酸洗滌、水洗滌、干燥后，制得BET比表面積為709m2/g的瀝青基活性炭，活化收率為41.4wt％，灰分含量為0.024wt％。
上述數(shù)據(jù)中的分析方法計(jì)算公式為BET表面積用ASAP吸附儀測(cè)定，方法為根據(jù)低溫(77K)下氮吸附等溫線數(shù)據(jù)，由BET方程計(jì)算而來(lái)?；曳?
活化收率
權(quán)利要求
1.一種由瀝青制備超高比表面積活性炭的方法，其特征是按如下步驟進(jìn)行(1)將高軟化點(diǎn)瀝青在260-360℃下經(jīng)空氣氧化不熔化處理，(2)然后與堿性活化劑以1∶1-10的重量比例混合均勻，在惰性氣氛中于600-900℃下堿性活化處理0.5-2小時(shí)，(3)冷卻、洗滌、干燥后得產(chǎn)品。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述高軟化點(diǎn)瀝青的軟化點(diǎn)為200-300℃。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述高軟化點(diǎn)瀝青在氧化氣氛中進(jìn)行不熔化處理的升溫速度為0.5-5℃/分，氧化終溫為260-360℃。
全文摘要
本發(fā)明提供一種由瀝青制備超高比表面積活性炭的方法,該方法是將高軟化點(diǎn)瀝青在260—360℃下經(jīng)空氣氧化不熔化處理后,與活化劑(KOH)以1∶1—10的重量比例均勻混合,在惰性氣體氛中于600—900℃下進(jìn)行堿性活化處理0.5—2小時(shí),冷卻,洗滌后得到BET比表面積為2500—3600m
文檔編號(hào)C01B31/08GK1186043SQ9612352
公開日1998年7月1日 申請(qǐng)日期1996年12月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月24日
發(fā)明者劉朗, 喬文明, 查慶芳 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所