一种低温活化活性炭、制备方法及应用

本发明属于活性炭纳米材料领域，尤其是一种低温活化活性炭、制备方法及应用。

背景技术：

1、活性炭是一种黑色多孔的固体材料，主要成分为碳，并含少量氧、氢、硫、氮、氯等元素。由于其具有丰富的孔隙结构和巨大的比表面积，并且无任何毒副作用和二次污染，是目前世界上公认的高效吸附材料，可以有效吸附有害气体和异味，在治理室内污染中，活性炭也被认为是一种最具环保的治理产品。此外，活性炭还具有催化、柔韧、耐磨、导电等特性，被广泛应用与水处理、化工催化剂及载体、气体净化、溶剂回收、油脂脱色、黄金提取、尾液回收、汽车尾气净化、印刷油墨的除杂、气体分离、电化学储能材料等领域。

2、如中国发明专利cn202110058052.4以三嗪基交联微孔聚合物分子链中连续的刚性联苯结构作为碳源，三嗪环结构作为氮源，通过高温碳化及氢氧化钾制孔活化，制备了微孔聚合物衍生的富氮多孔活性炭吸附剂，对cu2+等重金属离子具有优异的孔吸附特性。中国专利cn202110846095.9则公开提供了一种以秸秆作为原料制备活性炭的方法，该方法以氧化锌作为活化剂，首先将秸秆颗粒与氧化锌在氮气气氛下加热反应，然后加入磷酸，通过高温碳化及盐酸后处理制备出了具有较好吸附性质的活性炭。中国发明专利cn201510868434.8则提供了一种koh固体活化制备活性炭，该方法首先将koh固体研成粉末，接着加入活性炭前驱体，并将其在氮气气氛下700-1000℃高温煅烧碳化，最后水洗并烘干。上述专利制备的活性炭虽然质量较好，但是使用氧化锌或koh作为活化剂使反应温度偏高，反应过程能耗较大，且koh对设备腐蚀比较严重。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种低温活化活性炭、制备方法及应用。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种低温活化活性炭的制备方法，包括以下步骤：

4、1)将聚合物前驱体与过氧化苯甲酰按照摩尔比1：(0.1～0.6)加入质量分数3.5％的盐酸中，接着加入十六烷基二甲基乙基溴化铵，得到反应液，将反应液在0～3℃反应4～12小时，反应结束后，收集固体产品进行洗涤干燥；

5、2)将烘干后的产品在氮气气氛下进行预碳化处理，处理温度为380～480℃，处理时间为1～1.5小时，接着将产品进行研磨；

6、3)将所述产品与活化剂按照质量比1:(0.8～1.8)均匀混合，在氮气气氛下进行煅烧，煅烧温度为380～550℃，煅烧时间为1.5～2小时，煅烧结束后，将收集的固体产品依次酸洗和水洗，干燥后得到活性炭产品。

7、进一步的，步骤(1)中所述聚合物前驱体为乙烯基吡咯烷酮、吡咯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、2-甲基丙烯酸甲酯、2-甲基丙烯酸乙酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、二甲胺基丙基丙烯酰胺、苯胺、对氯苯胺、2-氟苯胺、4-氟苯胺、甲基苯胺或2-乙基苯胺。

8、进一步的，步骤(1)中反应液中过氧化苯甲酰的浓度为0.1～0.5mol/l。

9、进一步的，十六烷基二甲基乙基溴化铵的浓度为0.01～0.1mol/l。

10、进一步的，步骤(3)中，所述活化剂为氨基甲酰磷酸二钠盐、氨基磺酸钠、氨基苯磺酸钠、二甲酰氨基钠或氨基磺酸钾。

11、一种低温活化活性炭，根据上述的方法制备得到。

12、进一步的，呈纳米圆环状。

13、进一步的，所述低温活化活性炭内分布有大量的微孔和介孔。

14、进一步的，作为吸附材料用于水溶液中重金属离子吸附、汽车尾气净化、印刷油墨的除杂及气体分离；或/和

15、作为超级电容器电极材料或储能材料。

16、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

17、本发明提供的一种低温活化活性炭、制备方法及应用，所用原料为常见易得的工业级产品，设备简单，制备过程简便，重复性较强，有利于工业化大规模生产。

18、本发明提供的一种低温活化活性炭，活化温度相对比较低，活化剂对设备的腐蚀相对较小，不仅进一步降低了产品的成本，而且对人体、环境友好，可以大规模应用于水处理、化工催化剂及载体、溶剂回收、油脂脱色、净化空气等领域。跟现有市售活性炭相比，本发明还具有以下有益效果，产品比表面积大，孔隙结构更发达，产品含铁量更少。此外，本发明制备的产品形貌特征鲜明，呈圆环状，圆环直径大约是200nm，单根产品直径大约是50nm，整体产品具有比较明显的孔道结构，还可以用于水溶液中重金属离子吸附、汽车尾气净化、印刷油墨的除杂、气体分离、超级电容器电极材料及其它电化学储能材料等领域。

技术特征：

1.一种低温活化活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种低温活化活性炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述聚合物前驱体为乙烯基吡咯烷酮、吡咯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、2-甲基丙烯酸甲酯、2-甲基丙烯酸乙酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、二甲胺基丙基丙烯酰胺、苯胺、对氯苯胺、2-氟苯胺、4-氟苯胺、甲基苯胺或2-乙基苯胺。

3.根据权利要求1所述的一种低温活化活性炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中反应液中过氧化苯甲酰的浓度为0.1～0.5mol/l。

4.根据权利要求1所述的一种低温活化活性炭的制备方法，其特征在于，十六烷基二甲基乙基溴化铵的浓度为0.01～0.1mol/l。

5.根据权利要求1所述的一种低温活化活性炭的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述活化剂为氨基甲酰磷酸二钠盐、氨基磺酸钠、氨基苯磺酸钠、二甲酰氨基钠或氨基磺酸钾。

6.一种低温活化活性炭，其特征在于，根据权利要求1～5任一项所述的方法制备得到。

7.根据权利要求6所述的一种低温活化活性炭，其特征在于，呈纳米圆环状。

8.根据权利要求6所述的一种低温活化活性炭，其特征在于，所述低温活化活性炭内分布有大量的微孔和介孔。

9.根据权利要求6、7或8所述的一种低温活化活性炭的应用，其特征在于，作为吸附材料用于水溶液中重金属离子吸附、汽车尾气净化、印刷油墨的除杂及气体分离；或/和

技术总结
本发明提供的一种低温活化活性炭、制备方法及应用，属于活性炭纳米材料领域，所用原料为常见易得的工业级产品，设备简单，制备过程简便，重复性较强，有利于工业化大规模生产。本发明提供的一种低温活化活性炭，活化温度相对比较低，活化剂对设备的腐蚀相对较小，不仅进一步降低了产品的成本，而且对人体、环境友好，可以大规模应用于水处理、化工催化剂及载体、溶剂回收、油脂脱色、净化空气等领域。跟现有市售活性炭相比，本发明制备的产品比表面积大，孔隙结构更发达，产品含铁量更少。此外，本发明产品可以用于水溶液中重金属离子吸附、汽车尾气净化、印刷油墨的除杂、气体分离、超级电容器电极材料及其它电化学储能材料等领域。

技术研发人员：张利锋,王凯,薛李月,李帅,郭守武
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13