专利名称：一种超高比表面积沥青基活性炭及其制备方法
技术领域：
本发明属于炭材料领域，具体涉及一种超高比表面积浙青基活性炭及其制备方法。
背景技术：
活性炭是一种由微晶炭和无定型炭构成的孔隙结构发达、比表面积大的多孔性碳质材料。活性炭具有优良的吸附性能和良好的化学稳定性、物理稳定性以及很好的再生能力等优异性能，其作为吸附剂、催化剂载体等已经广泛用于电子、化工、食品加工、医疗卫生、交通能源、农业、国防等领域。然而随着医药、环保、军事等领域的不断发展，普通活性炭(比表面积800 1500m2/g)由于选择吸附性较差、比表面积低、吸附容量有限，已不能满足这些领域的特殊要求，这使得对高比表面积活性炭的需求不断上升。超高比表面积活性炭(比表面积一般大于2500m2/g)具有比表面积高、微孔容量高、孔径分布窄、吸附量大等优点，可用于双电层电容器、天然气存储，回收富集贵金属、甲烷吸附剂、高效催化剂和催化剂载体等领域。超高比表面积活性炭的制备方法有物理活化法、化学活化法与物理_化学联合活化法。制备超高比表面积活性炭常采用石油焦、煤浙青、中间相浙青和中间相炭微球为原料，前两者由于原料结构和性能方面的限制，难以制备出超高比表面积活性炭，而后两者制备成本过高，也不是制备超高比表面积活性炭的合适原料，这直接影响了超高比表面积活性炭的推广与应用。
发明内容
本发明的目的在于一种超高比表面积浙青基活性炭及其制备方法，与常规制备超高比表面积活性炭比较，本发明具有制备成本低、设备投入少，操作简单、无污染，易实现产业化；产品比表面积大、性能良好、物理化学稳定性好的优点，具备显著的经济和社会效益。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
一种超高比表面积浙青基活性炭的制备方法包括原料的调制、热解反应、预氧化和活化工艺。其具体步骤如下 (1)原料的调制
基本原料煤浙青、石油浙青、渣油浙青、合成浙青的一种或几种混合物； 添加剂松香、歧化松香的一种或两种； 原料配比基本原料和添加剂的质量比为100:5-100:30 ；
基本原料和添加剂按配比称取，研磨过80目筛后直接混合，放入聚合釜中，升温至预定温度后采用热熔搅拌的工艺混合均勻，工艺参数为 升温速率:2°C /min - 50°C /min ； 预定温度100°C - 200°C ； 搅拌时间0. Ih - Ih ；搅拌速度50 rpm - 1000 rpm ；
保护气氛A或者Ar2;
气体、流量50 mL/min - 200 mL/min ；
(2)热解反应
将步骤(1)调制好的原料放入气氛炉中，然后升温至预定温度后保温，冷却至室温取出，工艺参数为
升温速率:2V /min - IOO0C /min ； 预定温度400°C - 500°C ； 保温时间:0. 5h - 3h ； 保护气氛=N2或者Ar2; 气体、流量50 mL/min - 200 mL/min ；
(3)预氧化
将步骤(2)所得到的产物研磨过筛后放入反应釜中，然后边搅拌边升温至预定温度后保温，同时在搅拌过程中通入空气，冷却至室温取出，工艺参数为 步骤(2)所得到的产物研磨细度60-300目； 升温速率:2V /min - IOO0C /min ； 预定温度240°C - 350°C ； 保温时间0 - IOh ； 气体流量100mL/min - 250mL/min ；
(4)活化工艺
将步骤(3)所得到的产物与KOH混合均勻放入刚玉坩埚中，然后在高温炉中升温至预定温度后保温，随炉冷却至室温取出，洗涤干燥即得所述的超高比表面积浙青基活性炭；工艺参数为
原料配比步骤(3)所得到的产物和KOH的质量比为1 :3-1 9 ； 升温速率:2°C /min - 10°C /min ； 预定温度700°C - 900°C ； 保温时间0. 15h - 2 h ； 保护气氛A或者Ar2; 气体流量50 mL/min - 200 mL/min。本发明通过控制基本原料的调制、热解、预氧化和活化工艺达到调整超高比表面积浙青基活性炭结构与性能的目的。采用本发明所述的制备方法所制得的活性炭的比表面积为 2500 3500m7g。本发明通过添加一定量的松香对原料浙青进行调制改性，经热解反应所得产物替代中间相浙青或中间相炭微球用来制备超高比表面积活性炭。依此方法制备的超高比表面积活性炭具有成本低、工艺简单、性能优良、无污染、易产业化的优点。与现有的技术相比，本发明所具有的优点和效果为 (1)原料丰富，价格低廉。(2)工艺设备简单，无污染，易于大规模生产。(3)比表面积高，用途广泛。
具体实施例方式以下是本发明的几个具体实施例，进一步说明本发明，但是本发明不仅限于此。实施例1
将煤浙青和歧化松香研磨至80目，按质量比100:10混合后装入聚合釜，以；TC/ min的速度升温，升温至150°C，且从升温开始通入N2, N2流量为50mL/min，同时将转速调至 500rpm搅拌0. Ih,即获得调制好的浙青。将调制好的浙青放入气氛炉中(N2流量为50mL/ min),然后以5°C /min升温至450°C后保温2h，冷却至室温取出热解产物。将热解产物研磨至300目后放入反应釜中，然后在搅拌下并以4°C / min的升温速度升至300 °C反应 1 h，反应过程中以200mL/min通入空气，反应结束后冷却至室温。将氧化后的产物与KOH 按质量比1:5混合放入反应釜中，并通入N2, N2流量为50mL/min，然后以5°C /min升温至 850°C后保持1 h，随炉冷却至室温取出，水洗至中性，干燥即获得活性炭。所制备的活性炭具有如下性能比表面积3320m2/g，总孔容积1. 97cm7g，苯吸附值1560mg/g。实施例2
将石油浙青和松香按100:5 (质量比)称取，研磨至80目后装入聚合釜，以10°C /min 的速度升温，升温至120°C，且从升温开始通入N2, N2流量为lOOmL/min，同时将转速调至 200rpm搅拌0.5h，即获得调制好的浙青。将调制好的浙青放入气氛炉中(N2流量为100 mL/min),然后以5°C /min升温至400°C后保温2. 5h，冷却至室温取出热解产物。将热解产物研磨至60目后放入反应釜中，然后在搅拌下并以25 0C / min的升温速度升至260。C 反应3 h，反应过程中以160 mL/min通入空气，反应结束后冷却至室温。将氧化后的产物与KOH按质量比1:7混合放入反应釜中，并通入N2, N2流量为50mL/min，然后以10°C /min 升温至900°C后保持2 h，随炉冷却至室温取出，水洗至中性，干燥即获得活性炭。所制备的活性炭具有如下性能比表面积2800m2/g，总孔容积1. 79cm7g，苯吸附值1437mg/g。实施例3
将媒浙青和松香按100:15 (质量比)称取，研磨至80目后装入聚合釜，以5°C/min 的速度升温，升温至180°C，且从升温开始通入N2, N2流量为lOOmL/min，同时将转速调至 SOOrpm搅拌0.4h，即获得调制好的浙青。将调制好的浙青放入气氛炉中(N2流量为100 mL/min),然后以10°C /min升温至480°C后保温2. 5h，冷却至室温取出热解产物。将热解产物研磨至200目后放入反应釜中，然后在搅拌下以10°C/ min的升温速度升至240。C 反应10 h，反应过程中以150 mL/min通入空气，反应结束后冷却至室温。将氧化后的产物与KOH按质量比1:9混合放入反应釜中，并通入N2，N2流量为50mL/min，然后以5°C /min 升温至700°C后保持5h，随炉冷却至室温取出，水洗至中性，干燥即获得活性炭。所制备的活性炭具有如下性能比表面积3000m2/g，总孔容积1. 76cm7g，苯吸附值1457mg/g。实施例4
将合成浙青和松香按100:20 (质量比)称取，研磨至80目后装入聚合釜，以25°C/ min的速度升温，升温至200°C，且从升温开始通入N2, N2流量为140mL/min，同时将转速调至 500rpm搅拌lh，即获得调制好的浙青。将调制好的浙青放入气氛炉中(N2流量为150 mL/ min),然后以5°C /min升温至500°C后保温2h，冷却至室温取出热解产物。将热解产物研磨至100目后放入反应釜中，然后在搅拌下以25 V / min的升温速度升至280°C反应3h，反应过程中以250 mL/min通入空气，反应结束后冷却至室温。将氧化后的产物与KOH 按质量比1 3混合放入反应釜中，并通入N2, N2流量为50mL/min，然后以8°C /min升温至 800°C后保持2 h，随炉冷却至室温取出，水洗至中性，干燥即获得活性炭。所制备的活性炭具有如下性能比表面积2580m2/g，总孔容积1. 32m3/g，苯吸附值1243mg/g。实施例5
将石油浙青与煤浙青按质量比1:3混合。将混合浙青与歧化松香按100:20 (质量比) 称取，研磨至80目后装入聚合釜，以3°C /min的速度升温，升温至150°C，且从升温开始通入N2, N2流量为50mL/min，同时将转速调至200rpm搅拌lh，即获得调制好的浙青。将调制好的浙青放入气氛炉中(N2流量为50 mL/min),然后以5°C /min升温至500°C后保温 2h，冷却至室温取出热解产物。将热解产物研磨至200目后放入反应釜中，然后在搅拌下以100°C/ min的升温速度升至300°C反应2 h，反应过程中以lOOmL/min通入空气，反应结束后冷却至室温。将氧化后的产物与KOH按质量比1:5混合放入反应釜中，并通入N2, N2流量为50mL/min，然后以5°C /min升温至850°C后保持1. 5h，随炉冷却至室温取出，水洗至中性，干燥即获得活性炭。所制备的活性炭具有如下性能比表面积^30m2/g，总孔容积 1. 82m3/g，苯吸附值 1457mg/g。实施例6
将合成浙青与煤浙青按质量比1:1混合。将混合浙青和松香按100:30(重量比)称取， 研磨至80目后装入聚合釜，以2°C/min的速度升温，升温至160°C，且从升温开始通入N2, N2流量为200mL/min，同时将转速调至300rpm搅拌0. 5h,即获得调制好的浙青。将调制好的浙青放入气氛炉中(N2流量为50 mL/min),然后以15°C/min升温至500°C后保温池，冷却至室温取出热解产物。将热解产物研磨至100目后放入反应釜中，然后在搅拌下以20 0C/ min的升温速度升至320°C反应池，反应过程中以200mL/min通入空气，反应结束后冷却至室温。将氧化后的产物与KOH按质量比1:4混合放入反应釜中，并通入N2,N2流量为 50mL/min，然后以10°C /min升温至900°C后保持0. 5h，随炉冷却至室温取出，水洗至中性， 干燥即获得活性炭。所制备的活性炭具有如下性能比表面积2740m2/g，总孔容积1. 52m3/ g，苯吸附值1321mg/g。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种超高比表面积浙青基活性炭，其特征在于所述的浙青基活性炭的比表面积为 2500-3500m2/go
2.一种如权利要求1所述的超高比表面积浙青基活性炭的制备方法，其特征在于所述的制备方法包括原料的调制、热解反应、预氧化和活化工艺。
3.根据权利要求2所述的超高比表面积浙青基活性炭的制备方法，其特征在于所述的制备方法的具体步骤如下(1)原料的调制基本原料煤浙青、石油浙青、渣油浙青、合成浙青的一种或几种混合物； 添加剂松香、歧化松香的一种或两种； 原料配比基本原料和添加剂的质量比为100:5-100:30 ；基本原料和添加剂按配比称取，研磨过80目筛后直接混合，放入聚合釜中，升温至预定温度后采用热熔搅拌的工艺混合均勻，工艺参数为 升温速率:2°C /min - 50°C /min ； 预定温度100°C - 200°C ； 搅拌时间0. Ih - Ih ； 搅拌速度50 rpm - 1000 rpm ； 保护气氛N2或者Ar2; 气体、流量50 mL/min - 200 mL/min ；(2)热解反应将步骤(1)调制好的原料放入气氛炉中，然后升温至预定温度后保温，冷却至室温取出，工艺参数为升温速率:2V /min - IOO0C /min ； 预定温度400°C - 500°C ； 保温时间0. 5h - 3h ； 保护气氛=N2或者Ar2; 气体、流量50 mL/min - 200 mL/min ；(3)预氧化将步骤(2)所得到的产物研磨过筛后放入反应釜中，然后边搅拌边升温至预定温度后保温，同时在搅拌过程中通入空气，冷却至室温取出，工艺参数为 步骤(2)所得到的产物研磨细度60-300目； 升温速率:2V /min - IOO0C /min ； 预定温度240°C - 350°C ； 保温时间0 - IOh ； 气体流量100mL/min - 250mL/min ；(4)活化工艺将步骤(3)所得到的产物与KOH混合均勻放入刚玉坩埚中，然后在高温炉中升温至预定温度后保温，随炉冷却至室温取出，洗涤干燥即得所述的超高比表面积浙青基活性炭；工艺参数为原料配比步骤(3)所得到的产物和KOH的质量比为1 :3-1 9 ；升温速率:2°C /min - 10°C /min ； 预定温度700°C - 900°C ； 保温时间0. 15h - 2 h ； 保护气氛=N2或者Ar2 ； 气体流量50 mL/min - 200 mL/min。
全文摘要
本发明公开了一种超高比表面积沥青基活性炭及其制备方法，以沥青和松香为原料，经调制、热解、预氧化和活化工艺制备超高比表面积沥青基活性炭。与常规制备超高比表面积活性炭比较，本发明具有制备成本低、设备投入少，操作简单、无污染，易实现产业化；产品比表面积大、性能良好、物理化学稳定性好的优点，具备显著的经济和社会效益。
文档编号B01J20/20GK102491320SQ201110382339
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年11月28日
发明者林起浪, 马志超 申请人:福州大学