專利名稱：中孔發達的活性炭的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種活性炭的制備方法，特別是以炭質凝膠為原料制備中孔發達的活性炭的方法。
活性炭作為催化劑載體已得到廣泛使用。普通活性炭微孔發達，比表面高，但是存在中孔數量少的缺點。與中孔相比，微孔不但不利于大分子的催化反應，還會吸附原料中的雜質，降低反應活性。為了擴大活性炭的孔徑，一般是通過在活化時增加燒失率(活化過程中炭材料質量減少的百分數)來達到。當燒失率達到55％時，才生成部分中孔和大孔，但同時也導致活性炭的機械強度變差。
CN1152546介紹了一種以煤為原料制備中孔發達的活性炭的方法，是將無煙煤、肥煤和磺化煤按比例混合后破碎、磨粉，將磨好的煤粉與高溫煤焦油和紙漿液混合均勻，經壓縮成型、炭化和活化工序制得成品。該法制備的活性炭存在強度低、灰分高的缺陷。
JP平5-112783介紹了一種新型功能材料—炭質凝膠的制備方法，是先將澄清油瀝青與濃硫酸和過氧化氫反應，再經成型、炭化和石墨化過程制得。
Kunio Esumi等人在Catalytic property of platinum-dispersed carbon preparedusing amphiphilic carbonaceous material(Colloids and Surfaces，APhysicochemical and Engineering Aspects 94(1995)93～95)一文中報道，在炭質凝膠中加入[Pt(NH3)4](OH)2可以制備分散均勻的炭-鉑復合物，二氧化碳活化后的炭-鉑復合物可以用做加氫催化劑。
本發明的目的在于以現有技術為基礎，提供一種以炭質凝膠為原料制備中孔發達、強度高、雜質少的活性炭的方法。
本發明提供的活性炭的制備方法包括在每克碳質凝膠中加入1～10ml水和0.1～2mmol由第VIII族金屬的水溶性鹽類組成的擴孔劑，攪拌均勻，干燥、粉碎，加入粘合劑擠條成型，將成型物干燥后進行炭化和活化，即可得到中孔發達、強度高、雜質少的活性炭。
具體地說，本發明提供的活性炭可以按照如下方法制備將炭質凝膠、水和擴孔劑混合，攪拌均勻，然后在120℃以下烘干，粉碎至320微米以下，加入粘合劑在擠條機上擠條成型，得成型物。將成型物干燥后進行炭化和水蒸汽活化。
所述擴孔劑為第VIII族金屬的水溶性鹽類，可以是鐵、鈷、鎳等金屬的硝酸鹽、硫酸鹽或鹽酸鹽，也可以是它們之中兩種或兩種以上任意比例的混合物，優選硝酸鎳或硫酸亞鐵或其混合物。其中水的用量為每克炭質凝膠1～10ml，優選3～10ml。擴孔劑的用量為每克炭質凝膠0.1～2mmol，優選0.3～1.5mmol，更優選0.5～1mmol。
所述粘合劑可以是烯醇聚合物或纖維素類化合物，優選聚乙烯醇。粘合劑的用量為炭質凝膠重量的3％～20％，優選8％～15％，更優選10％～12％。最好將粘合劑配成濃度為1重％～20重％，優選3重％～10重％的水溶液。
所述成型物的炭化、活化過程為本領域通用的方法，先將成型物干燥，可以是晾干，也可以是烘干，然后在在氮氣或水蒸汽的保護下以5～30℃/分，優選8～12℃/分的升溫速度升溫至600～1200℃，優選650～800℃下碳化，最后在水蒸汽的作用下于600～1000℃，優選65～800℃下活化0.5～20小時，優選0.5～10小時。如果碳化過程的保護氣為水蒸汽，則碳化和活化過程可以連續進行。
本發明提供的活性炭的制備方法具有如下優點(1)選用新型功能材料—炭質凝膠為原料，由于炭質凝膠中雜質少，因此所制得的活性炭雜質含量低。
(2)以第VIII族金屬的水溶性鹽類為擴孔劑，使得所制備的活性炭中孔發達，一般中孔孔容＞0.25mL/g。
(3)制備過程中添加粘合劑，使得所制備的活性炭強度高，一般壓碎強度＞8.0N/mm。
因此，采用本發明提供的方法制備的活性炭與現有技術相比，具有中孔發達、強度高和雜質少等優點，可以用作催化劑載體或吸附劑。
下面通過實施例對本發明作進一步描述。
實例中比表面和孔容按GB/T5816-1995方法測定，壓碎強度采用化工部QCY-602儀器測定。實例1本實例為炭質凝膠的制備(參考JP平5-112783)。
取50克經研磨、過45目(325微米)篩的石油瀝青，加入60ml濃硫酸，攪拌均勻后，加熱至120℃，恒溫2小時，冷卻，加入500ml水浸泡12小時，過濾，洗滌至中性，得到磺化瀝青。在磺化瀝青中加入100ml濃度為30％的過氧化氫水溶液，加熱至80℃，恒溫反應6小時，加入100ml 80℃的熱水，離心分離，溶液經加熱濃縮、干燥，即可得到炭質凝膠。實例2本實例為活性炭的制備。
取10g實例1制備的干燥的炭質凝膠溶于50ml水，加入3.54mmol硝酸鎳，攪拌均勻，然后于120℃烘干，烘干物粉碎至320微米以下，加入20ml 5.0重％的聚乙烯醇水溶液，混合均勻后在擠條機上擠條成型。成型物晾干后于水蒸汽氣氛下650℃炭化、活化10小時。所制備的活性炭性質見表1。實例3本實例為活性炭的制備。
取10g實例1制備的干燥的炭質凝膠溶于30ml水，加入7.08mmol硫酸亞鐵，攪拌均勻，然后于120℃烘干，烘干物粉碎至320微米以下，加入10ml10％的聚乙烯醇水溶液，混合均勻后在擠條機上擠條成型。成型物晾干后于水蒸汽氣氛下700℃炭化、活化3小時。所制備的活性炭性質見表1。實例4本實例為活性炭的制備。
取10g實例1制備的干燥的炭質凝膠溶于70ml水，加入8.83mmol硝酸鎳，攪拌均勻，然后于120℃烘干，烘干物粉碎至320微米以下，加入50ml 3重％的聚乙烯醇水溶液，混合均勻后在擠條機上擠條成型。成型物晾干后于水蒸汽氣氛下750℃炭化、活化0.5小時。所制備的活性炭性質見表1。對比例1為了便于對比，將市售普通活性炭(牌號Zx-15，山西新華化工廠生產)的性質一并列于表1。
通過表1可以看出，本發明提供的活性炭的中孔孔容和壓碎強度均比普通活性炭有顯著提高。
表權利要求
1.一種中孔發達的活性炭的制備方法，其特征在于包括在每克炭質凝膠中加入1～10ml水和0.1～2mmol由第VIII族金屬的水溶性鹽組成的擴孔劑，攪拌均勻，干燥，粉碎，加入粘合劑擠條成型，將成型物干燥后炭化、活化。
2.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于擴孔劑選自鐵、鈷、鎳的硝酸鹽、硫酸鹽、鹽酸鹽或其混合物。
3.按照權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于擴孔劑選自硝酸鎳或硫酸亞鐵或其混合物。
4.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于水的用量為每克炭質凝膠3～10ml。
5.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于擴孔劑的用量為每克炭質凝膠0.3～1.5mmol。
6.按照權利要求1或5所述的制備方法，其特征在于擴孔劑的用量為每克炭質凝膠0.3～1.0mmol。
7.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于粘合劑選自烯醇聚合物或纖維素類化合物。
8.按照權利要求1或7所述的制備方法，其特征在于粘合劑為聚乙烯醇。
9.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于炭化溫度為600～1200℃。
10.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于活化溫度為600～1000℃。
全文摘要
一種中孔發達的活性炭的制備方法,是在每克炭質凝膠中加入1～10ml水和0.1～2mmol由第Ⅷ族金屬的水溶性鹽組成的擴孔劑,攪拌均勻,然后干燥、粉碎,加入粘合劑在擠條機上擠條成型,將成型物干燥后炭化和活化。采用本發明提供的方法制備的活性炭與現有技術相比,具有中孔發達、強度高和雜質少等優點,可以用作催化劑載體或吸附劑。
文檔編號C01B31/00GK1262222SQ9910035
公開日2000年8月9日 申請日期1999年1月25日 優先權日1999年1月25日
發明者申海平, 丁宗禹, 嚴加松, 汪燮卿 申請人:中國石油化工集團公司, 中國石油化工集團公司石油化工科學研究院