專利名稱：一種超高比表面積瀝青基活性炭及其制備方法
技術領域：
本發明屬于炭材料領域，具體涉及一種超高比表面積浙青基活性炭及其制備方法。
背景技術：
活性炭是一種由微晶炭和無定型炭構成的孔隙結構發達、比表面積大的多孔性碳質材料。活性炭具有優良的吸附性能和良好的化學穩定性、物理穩定性以及很好的再生能力等優異性能，其作為吸附劑、催化劑載體等已經廣泛用于電子、化工、食品加工、醫療衛生、交通能源、農業、國防等領域。然而隨著醫藥、環保、軍事等領域的不斷發展，普通活性炭(比表面積800 1500m2/g)由于選擇吸附性較差、比表面積低、吸附容量有限，已不能滿足這些領域的特殊要求，這使得對高比表面積活性炭的需求不斷上升。超高比表面積活性炭(比表面積一般大于2500m2/g)具有比表面積高、微孔容量高、孔徑分布窄、吸附量大等優點，可用于雙電層電容器、天然氣存儲，回收富集貴金屬、甲烷吸附劑、高效催化劑和催化劑載體等領域。超高比表面積活性炭的制備方法有物理活化法、化學活化法與物理_化學聯合活化法。制備超高比表面積活性炭常采用石油焦、煤浙青、中間相浙青和中間相炭微球為原料，前兩者由于原料結構和性能方面的限制，難以制備出超高比表面積活性炭，而后兩者制備成本過高，也不是制備超高比表面積活性炭的合適原料，這直接影響了超高比表面積活性炭的推廣與應用。

發明內容
本發明的目的在于一種超高比表面積浙青基活性炭及其制備方法，與常規制備超高比表面積活性炭比較，本發明具有制備成本低、設備投入少，操作簡單、無污染，易實現產業化；產品比表面積大、性能良好、物理化學穩定性好的優點，具備顯著的經濟和社會效益。為實現上述目的，本發明采用如下技術方案
一種超高比表面積浙青基活性炭的制備方法包括原料的調制、熱解反應、預氧化和活化工藝。其具體步驟如下 (1)原料的調制
基本原料煤浙青、石油浙青、渣油浙青、合成浙青的一種或幾種混合物； 添加劑松香、歧化松香的一種或兩種； 原料配比基本原料和添加劑的質量比為100:5-100:30 ；
基本原料和添加劑按配比稱取，研磨過80目篩后直接混合，放入聚合釜中，升溫至預定溫度后采用熱熔攪拌的工藝混合均勻，工藝參數為 升溫速率:2°C /min - 50°C /min ； 預定溫度100°C - 200°C ； 攪拌時間0. Ih - Ih ；攪拌速度50 rpm - 1000 rpm ；
保護氣氛A或者Ar2;
氣體、流量50 mL/min - 200 mL/min ；
(2)熱解反應
將步驟(1)調制好的原料放入氣氛爐中，然后升溫至預定溫度后保溫，冷卻至室溫取出，工藝參數為
升溫速率:2V /min - IOO0C /min ； 預定溫度400°C - 500°C ； 保溫時間:0. 5h - 3h ； 保護氣氛=N2或者Ar2; 氣體、流量50 mL/min - 200 mL/min ；
(3)預氧化
將步驟(2)所得到的產物研磨過篩后放入反應釜中，然后邊攪拌邊升溫至預定溫度后保溫，同時在攪拌過程中通入空氣，冷卻至室溫取出，工藝參數為 步驟(2)所得到的產物研磨細度60-300目； 升溫速率:2V /min - IOO0C /min ； 預定溫度240°C - 350°C ； 保溫時間0 - IOh ； 氣體流量100mL/min - 250mL/min ；
(4)活化工藝
將步驟(3)所得到的產物與KOH混合均勻放入剛玉坩堝中，然后在高溫爐中升溫至預定溫度后保溫，隨爐冷卻至室溫取出，洗滌干燥即得所述的超高比表面積浙青基活性炭；工藝參數為
原料配比步驟(3)所得到的產物和KOH的質量比為1 :3-1 9 ； 升溫速率:2°C /min - 10°C /min ； 預定溫度700°C - 900°C ； 保溫時間0. 15h - 2 h ； 保護氣氛A或者Ar2; 氣體流量50 mL/min - 200 mL/min。本發明通過控制基本原料的調制、熱解、預氧化和活化工藝達到調整超高比表面積浙青基活性炭結構與性能的目的。采用本發明所述的制備方法所制得的活性炭的比表面積為 2500 3500m7g。本發明通過添加一定量的松香對原料浙青進行調制改性，經熱解反應所得產物替代中間相浙青或中間相炭微球用來制備超高比表面積活性炭。依此方法制備的超高比表面積活性炭具有成本低、工藝簡單、性能優良、無污染、易產業化的優點。與現有的技術相比，本發明所具有的優點和效果為 (1)原料豐富，價格低廉。(2)工藝設備簡單，無污染，易于大規模生產。(3)比表面積高，用途廣泛。
具體實施例方式以下是本發明的幾個具體實施例，進一步說明本發明，但是本發明不僅限于此。實施例1
將煤浙青和歧化松香研磨至80目，按質量比100:10混合后裝入聚合釜，以；TC/ min的速度升溫，升溫至150°C，且從升溫開始通入N2, N2流量為50mL/min，同時將轉速調至 500rpm攪拌0. Ih,即獲得調制好的浙青。將調制好的浙青放入氣氛爐中(N2流量為50mL/ min),然后以5°C /min升溫至450°C后保溫2h，冷卻至室溫取出熱解產物。將熱解產物研磨至300目后放入反應釜中，然后在攪拌下并以4°C / min的升溫速度升至300 °C反應 1 h，反應過程中以200mL/min通入空氣，反應結束后冷卻至室溫。將氧化后的產物與KOH 按質量比1:5混合放入反應釜中，并通入N2, N2流量為50mL/min，然后以5°C /min升溫至 850°C后保持1 h，隨爐冷卻至室溫取出，水洗至中性，干燥即獲得活性炭。所制備的活性炭具有如下性能比表面積3320m2/g，總孔容積1. 97cm7g，苯吸附值1560mg/g。實施例2
將石油浙青和松香按100:5 (質量比)稱取，研磨至80目后裝入聚合釜，以10°C /min 的速度升溫，升溫至120°C，且從升溫開始通入N2, N2流量為lOOmL/min，同時將轉速調至 200rpm攪拌0.5h，即獲得調制好的浙青。將調制好的浙青放入氣氛爐中(N2流量為100 mL/min),然后以5°C /min升溫至400°C后保溫2. 5h，冷卻至室溫取出熱解產物。將熱解產物研磨至60目后放入反應釜中，然后在攪拌下并以25 0C / min的升溫速度升至260。C 反應3 h，反應過程中以160 mL/min通入空氣，反應結束后冷卻至室溫。將氧化后的產物與KOH按質量比1:7混合放入反應釜中，并通入N2, N2流量為50mL/min，然后以10°C /min 升溫至900°C后保持2 h，隨爐冷卻至室溫取出，水洗至中性，干燥即獲得活性炭。所制備的活性炭具有如下性能比表面積2800m2/g，總孔容積1. 79cm7g，苯吸附值1437mg/g。實施例3
將媒浙青和松香按100:15 (質量比)稱取，研磨至80目后裝入聚合釜，以5°C/min 的速度升溫，升溫至180°C，且從升溫開始通入N2, N2流量為lOOmL/min，同時將轉速調至 SOOrpm攪拌0.4h，即獲得調制好的浙青。將調制好的浙青放入氣氛爐中(N2流量為100 mL/min),然后以10°C /min升溫至480°C后保溫2. 5h，冷卻至室溫取出熱解產物。將熱解產物研磨至200目后放入反應釜中，然后在攪拌下以10°C/ min的升溫速度升至240。C 反應10 h，反應過程中以150 mL/min通入空氣，反應結束后冷卻至室溫。將氧化后的產物與KOH按質量比1:9混合放入反應釜中，并通入N2，N2流量為50mL/min，然后以5°C /min 升溫至700°C后保持5h，隨爐冷卻至室溫取出，水洗至中性，干燥即獲得活性炭。所制備的活性炭具有如下性能比表面積3000m2/g，總孔容積1. 76cm7g，苯吸附值1457mg/g。實施例4
將合成浙青和松香按100:20 (質量比)稱取，研磨至80目后裝入聚合釜，以25°C/ min的速度升溫，升溫至200°C，且從升溫開始通入N2, N2流量為140mL/min，同時將轉速調至 500rpm攪拌lh，即獲得調制好的浙青。將調制好的浙青放入氣氛爐中(N2流量為150 mL/ min),然后以5°C /min升溫至500°C后保溫2h，冷卻至室溫取出熱解產物。將熱解產物研磨至100目后放入反應釜中，然后在攪拌下以25 V / min的升溫速度升至280°C反應3h，反應過程中以250 mL/min通入空氣，反應結束后冷卻至室溫。將氧化后的產物與KOH 按質量比1 3混合放入反應釜中，并通入N2, N2流量為50mL/min，然后以8°C /min升溫至 800°C后保持2 h，隨爐冷卻至室溫取出，水洗至中性，干燥即獲得活性炭。所制備的活性炭具有如下性能比表面積2580m2/g，總孔容積1. 32m3/g，苯吸附值1243mg/g。實施例5
將石油浙青與煤浙青按質量比1:3混合。將混合浙青與歧化松香按100:20 (質量比) 稱取，研磨至80目后裝入聚合釜，以3°C /min的速度升溫，升溫至150°C，且從升溫開始通入N2, N2流量為50mL/min，同時將轉速調至200rpm攪拌lh，即獲得調制好的浙青。將調制好的浙青放入氣氛爐中(N2流量為50 mL/min),然后以5°C /min升溫至500°C后保溫 2h，冷卻至室溫取出熱解產物。將熱解產物研磨至200目后放入反應釜中，然后在攪拌下以100°C/ min的升溫速度升至300°C反應2 h，反應過程中以lOOmL/min通入空氣，反應結束后冷卻至室溫。將氧化后的產物與KOH按質量比1:5混合放入反應釜中，并通入N2, N2流量為50mL/min，然后以5°C /min升溫至850°C后保持1. 5h，隨爐冷卻至室溫取出，水洗至中性，干燥即獲得活性炭。所制備的活性炭具有如下性能比表面積^30m2/g，總孔容積 1. 82m3/g，苯吸附值 1457mg/g。實施例6
將合成浙青與煤浙青按質量比1:1混合。將混合浙青和松香按100:30(重量比)稱取， 研磨至80目后裝入聚合釜，以2°C/min的速度升溫，升溫至160°C，且從升溫開始通入N2, N2流量為200mL/min，同時將轉速調至300rpm攪拌0. 5h,即獲得調制好的浙青。將調制好的浙青放入氣氛爐中(N2流量為50 mL/min),然后以15°C/min升溫至500°C后保溫池，冷卻至室溫取出熱解產物。將熱解產物研磨至100目后放入反應釜中，然后在攪拌下以20 0C/ min的升溫速度升至320°C反應池，反應過程中以200mL/min通入空氣，反應結束后冷卻至室溫。將氧化后的產物與KOH按質量比1:4混合放入反應釜中，并通入N2,N2流量為 50mL/min，然后以10°C /min升溫至900°C后保持0. 5h，隨爐冷卻至室溫取出，水洗至中性， 干燥即獲得活性炭。所制備的活性炭具有如下性能比表面積2740m2/g，總孔容積1. 52m3/ g，苯吸附值1321mg/g。以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種超高比表面積浙青基活性炭，其特征在于所述的浙青基活性炭的比表面積為 2500-3500m2/go
2.一種如權利要求1所述的超高比表面積浙青基活性炭的制備方法，其特征在于所述的制備方法包括原料的調制、熱解反應、預氧化和活化工藝。
3.根據權利要求2所述的超高比表面積浙青基活性炭的制備方法，其特征在于所述的制備方法的具體步驟如下(1)原料的調制基本原料煤浙青、石油浙青、渣油浙青、合成浙青的一種或幾種混合物； 添加劑松香、歧化松香的一種或兩種； 原料配比基本原料和添加劑的質量比為100:5-100:30 ；基本原料和添加劑按配比稱取，研磨過80目篩后直接混合，放入聚合釜中，升溫至預定溫度后采用熱熔攪拌的工藝混合均勻，工藝參數為 升溫速率:2°C /min - 50°C /min ； 預定溫度100°C - 200°C ； 攪拌時間0. Ih - Ih ； 攪拌速度50 rpm - 1000 rpm ； 保護氣氛N2或者Ar2; 氣體、流量50 mL/min - 200 mL/min ；(2)熱解反應將步驟(1)調制好的原料放入氣氛爐中，然后升溫至預定溫度后保溫，冷卻至室溫取出，工藝參數為升溫速率:2V /min - IOO0C /min ； 預定溫度400°C - 500°C ； 保溫時間0. 5h - 3h ； 保護氣氛=N2或者Ar2; 氣體、流量50 mL/min - 200 mL/min ；(3)預氧化將步驟(2)所得到的產物研磨過篩后放入反應釜中，然后邊攪拌邊升溫至預定溫度后保溫，同時在攪拌過程中通入空氣，冷卻至室溫取出，工藝參數為 步驟(2)所得到的產物研磨細度60-300目； 升溫速率:2V /min - IOO0C /min ； 預定溫度240°C - 350°C ； 保溫時間0 - IOh ； 氣體流量100mL/min - 250mL/min ；(4)活化工藝將步驟(3)所得到的產物與KOH混合均勻放入剛玉坩堝中，然后在高溫爐中升溫至預定溫度后保溫，隨爐冷卻至室溫取出，洗滌干燥即得所述的超高比表面積浙青基活性炭；工藝參數為原料配比步驟(3)所得到的產物和KOH的質量比為1 :3-1 9 ；升溫速率:2°C /min - 10°C /min ； 預定溫度700°C - 900°C ； 保溫時間0. 15h - 2 h ； 保護氣氛=N2或者Ar2 ； 氣體流量50 mL/min - 200 mL/min。
全文摘要
本發明公開了一種超高比表面積瀝青基活性炭及其制備方法，以瀝青和松香為原料，經調制、熱解、預氧化和活化工藝制備超高比表面積瀝青基活性炭。與常規制備超高比表面積活性炭比較，本發明具有制備成本低、設備投入少，操作簡單、無污染，易實現產業化；產品比表面積大、性能良好、物理化學穩定性好的優點，具備顯著的經濟和社會效益。
文檔編號B01J20/20GK102491320SQ201110382339
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月28日 優先權日2011年11月28日
發明者林起浪, 馬志超 申請人:福州大學