一种锂电池N-甲基吡咯烷酮废气吸附专用活性炭及其制备方法

本发明属于吸附剂制备，尤其涉及一种锂电池n-甲基吡咯烷酮废气吸附专用活性炭及其制备方法。

背景技术：

1、随着新能源产业的迅速发展，锂电池的产量节节攀升。同时，锂电池作为新能源汽车动力电池的首选，其生产受到越来越多汽车厂商的关注。目前，我国是锂电池最大的生产国，也是最大的出口国。n-甲基吡咯烷酮是一种优良的有机溶剂，几乎与所有溶剂完全混合，其被广泛应用在锂电池的生产环节，主要作用是在生产过程中充当正极浆料的溶剂，用于溶解粘结剂和分散活性物质，消耗巨大。

2、在锂电池电极的涂布干燥工艺中，不可避免带来n-甲基吡咯烷酮的挥发，产生废气。目前含n-甲基吡咯烷酮的废气一般利用冷凝与吸附结合的方式回收，如公开专利cn1300109c。该工艺中所使用的吸附剂通常为具有大比表面的活性炭纤维，虽然吸附容量大，但面临生产成本高、疏水性差的难题。现有技术cn105854809b和cn102989414a分别通过负载金属氧化物与嫁接烷基的方法提高催化脱除有机物与疏水性能，但也存在吸附没有针对性、增强功能单一的缺陷。中国专利cn103272565b通过氧化预处理活性炭，增强烷基嫁接数量，可有效提高活性炭疏水性能，但处理过程使用强氧化剂且需要增加煅烧过程，带来环境污染并增加了处理成本。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种锂电池n-甲基吡咯烷酮废气吸附专用活性炭及其制备方法，以解决上述问题。

2、为实现以上目的，本发明特采用以下技术方案：

3、一种锂电池n-甲基吡咯烷酮废气吸附专用活性炭的制备方法，包括：将高含氧量煤粉、焦油和辅料进行混合，制成煤膏，然后依次经过成型、活化、浸渍、过滤和干燥，即得。

4、可选的，所述高含氧量煤粉的粒度d90大于等于200目。

5、可选的，按照质量百分比计，所述高含氧量煤粉包括焦煤60％-70％、低阶煤20％-30％、焦粉0-10％。

6、可选的，所述低阶煤的氧元素含量为12％-28％。

7、本发明制备活性炭的原料首先采用常规的焦煤、焦粉，焦煤主要用于提供碳源，并在高温区软化结焦起到粘结作用，焦粉有较高的碳含量和热稳定性，主要用于形成活性炭骨架，保证产品具有一定强度；所采用的低阶煤具有很高的氧含量，富含羧基等含氧官能团，主要用于提高活性炭的含氧官能团数量，代替现有技术的硝酸后处理工艺，为后续的疏水改性提供良好的反应位点，保证更多烷基被嫁接到活性炭表面，提高疏水性能。

8、含氧官能团尤其是其中的羧基官能团对于后续烷基化反应有着重要影响，在原料中加入高氧含量的低阶煤可以增加前体活性炭的含氧官能团，避免后续二次氧化和煅烧处理，从而减少该处理过程带来的处理试剂污染和高能耗问题；在选择低阶煤时，氧含量控制在12％-28％可以很好地增加含氧官能团数量，同时避免过高的氧含量带来的粘结性过低的问题。

9、优选地，所述低阶煤为褐煤。

10、可选的，按照质量百分比计，所述高含氧量煤粉的用量为63％-80％，所述焦油的用量为8％-20％，所述辅料的用量为12％-25％。

11、可选的，所述辅料为水和/或碱金属盐溶液。

12、优选地，所述碱金属盐溶液可以为碳酸钠溶液、碳酸钾溶液、碳酸锂溶液、氯化钠溶液中的任一种或多种。

13、可选的，所述碱金属盐溶液的质量分数为5％-21.5％。

14、挥发性有机污染物很多具有络合性能，尤其是锂电池行业废气中n－甲基吡咯烷酮，具有很好的络合能力。现有技术对活性炭改性通常采用负载金属氧化物以提高对vocs的催化氧化性能，还有部分采用naoh处理提高碱性官能团数量从而提高疏水性能，或者负载金属卤化物、硫化物来提高对hg等重金属的吸附性能。本发明采用碱金属，利用碱金属离子不易生成金属氧化物而能保持离子态的特点，通过加入碱金属离子，使专用活性炭产品负载较高浓度的离子态金属，后续浸渍处理时亦无需二次浸渍即可保持专用活性炭产品表面分布离子态金属，避免常规金属盐(如过渡金属盐、碱土金属盐)高温分解为络合能力低下的氧化物，从而实现对n-甲基吡咯烷酮等具有络合能力的vocs的针对性高效络合捕获，提高活性炭相应吸附容量。

15、可选的，所述活化在水蒸气气氛中进行。

16、优选地，所述活化的温度为850℃，时间为5h。

17、可选的，所述浸渍满足以下条件中的一种或多种：

18、a、所述浸渍的浸渍剂为三甲基氯硅烷；

19、b、所述浸渍的温度为40-50℃；

20、c、所述浸渍的时间为5-8h。

21、通过利用三甲基氯硅烷与活性炭表面羟基、羧基等含氧官能团的硅烷偶联反应，将疏水的烷基嫁接到活性炭表面，从而增强活性炭的疏水性能，提高活性炭对vocs(尤其是高湿条件下)的吸附性能。

22、一种锂电池n-甲基吡咯烷酮废气吸附专用活性炭，由所述的制备方法制得。

23、本发明通过在活性炭生产过程中添加富氧添加剂，以增加活性炭含氧官能团，同时还通过添加离子态碱金属增强活性炭络合吸附能力和造孔能力，避免二次煅烧且有效提高n-甲基吡咯烷酮吸附容量，该方法生产的活性炭适用于具有络合能力的有机污染物吸附，尤其适合锂电池行业废气中n-甲基吡咯烷酮的吸附分离。

24、本发明的有益效果：

25、本发明提供的制备方法，通过控制原料的氧元素含量，加入高氧含量的煤粉，一方面在源头提高活性炭含氧官能团，避免了后续的二次氧化或煅烧处理，从而避免了相应处理试剂污染和高能耗问题；另一方面，丰富的含氧官能团，尤其是其中的羧基官能团，有效提高了烷基化反应的效率，增强专用活性炭的疏水性能和有机物吸附能力，对挥发性有机污染物的络合吸附能力，特别是对锂电池行业废气中n-甲基吡咯烷酮的络合吸附能力，能够有效提高吸附容量。本发明提供的制备方法成本更低，工艺更简单，且对环境友好，利于工业化推广应用。

26、本发明提供的锂电池n-甲基吡咯烷酮废气吸附专用活性炭，吸附容量高，吸附针对性强，成本低廉，具备广泛应用前景。

技术特征：

1.一种锂电池n-甲基吡咯烷酮废气吸附专用活性炭的制备方法，其特征在于，包括：将高含氧量煤粉、焦油和辅料进行混合，制成煤膏，然后依次经过成型、活化、浸渍、过滤和干燥，即得。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高含氧量煤粉的粒度d90大于等于200目。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按照质量百分比计，所述高含氧量煤粉包括焦煤60％-70％、低阶煤20％-30％、焦粉0-10％。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述低阶煤的氧元素含量为12％-28％。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按照质量百分比计，所述高含氧量煤粉的用量为63％-80％，所述焦油的用量为8％-20％，所述辅料的用量为12％-25％。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述辅料为水和/或碱金属盐溶液。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述碱金属盐溶液的质量分数为5％-21.5％。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活化在水蒸气气氛中进行。

9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍满足以下条件中的一种或多种：

10.一种锂电池n-甲基吡咯烷酮废气吸附专用活性炭，其特征在于，所述活性炭由权利要求1-9任一项所述的制备方法制得。

技术总结
本发明提供一种锂电池N‑甲基吡咯烷酮废气吸附专用活性炭及其制备方法，属于吸附剂制备技术领域。一种锂电池N‑甲基吡咯烷酮废气吸附专用活性炭的制备方法，包括：将高含氧量煤粉、焦油和辅料进行混合，制成煤膏，然后依次经过成型、活化、浸渍、过滤和干燥，即得。所述锂电池N‑甲基吡咯烷酮废气吸附专用活性炭由所述的制备方法制得。本发明提供的制备方法无需二次煅烧，直接通过增加含氧官能团促进烷基嫁接，其制备过程能耗低、成本低且不会造成二次污染，所制得的锂电池N‑甲基吡咯烷酮废气吸附专用活性炭疏水性好、吸附性能优良、对N‑甲基吡咯烷酮吸附针对性强，有利于工业扩大化推广使用。

技术研发人员：曾泽泉,黄张根,杨洁扬,丁肖肖
受保护的技术使用者：中国科学院山西煤炭化学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13