專利名稱：中孔發(fā)達(dá)的活性炭的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種活性炭的制備方法，特別是以炭質(zhì)凝膠為原料制備中孔發(fā)達(dá)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(fā)達(dá)，比表面高，但是存在中孔數(shù)量少的缺點(diǎn)。與中孔相比，微孔不但不利于大分子的催化反應(yīng)，還會(huì)吸附原料中的雜質(zhì)，降低反應(yīng)活性。為了擴(kuò)大活性炭的孔徑，一般是通過在活化時(shí)增加燒失率(活化過程中炭材料質(zhì)量減少的百分?jǐn)?shù))來達(dá)到。當(dāng)燒失率達(dá)到55％時(shí)，才生成部分中孔和大孔，但同時(shí)也導(dǎo)致活性炭的機(jī)械強(qiáng)度變差。
CN1152546介紹了一種以煤為原料制備中孔發(fā)達(dá)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(jīng)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(qiáng)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(zhì)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(yīng)，再經(jīng)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(bào)道，在炭質(zhì)凝膠中加入[Pt(NH3)4](OH)2可以制備分散均勻的炭-鉑復(fù)合物，二氧化碳活化后的炭-鉑復(fù)合物可以用做加氫催化劑。
本發(fā)明的目的在于以現(xiàn)有技術(shù)為基礎(chǔ)，提供一種以炭質(zhì)凝膠為原料制備中孔發(fā)達(dá)、強(qiáng)度高、雜質(zhì)少的活性炭的方法。
本發(fā)明提供的活性炭的制備方法包括在每克碳質(zhì)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(kuò)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(jìn)行炭化和活化，即可得到中孔發(fā)達(dá)、強(qiáng)度高、雜質(zhì)少的活性炭。
具體地說，本發(fā)明提供的活性炭可以按照如下方法制備將炭質(zhì)凝膠、水和擴(kuò)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(jī)上擠條成型，得成型物。將成型物干燥后進(jìn)行炭化和水蒸汽活化。
所述擴(kuò)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(yōu)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(zhì)凝膠1～10ml，優(yōu)選3～10ml。擴(kuò)孔劑的用量為每克炭質(zhì)凝膠0.1～2mmol，優(yōu)選0.3～1.5mmol，更優(yōu)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(yōu)選聚乙烯醇。粘合劑的用量為炭質(zhì)凝膠重量的3％～20％，優(yōu)選8％～15％，更優(yōu)選10％～12％。最好將粘合劑配成濃度為1重％～20重％，優(yōu)選3重％～10重％的水溶液。
所述成型物的炭化、活化過程為本領(lǐng)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?dú)饣蛩羝谋Ｗo(hù)下以5～30℃/分，優(yōu)選8～12℃/分的升溫速度升溫至600～1200℃，優(yōu)選650～800℃下碳化，最后在水蒸汽的作用下于600～1000℃，優(yōu)選65～800℃下活化0.5～20小時(shí)，優(yōu)選0.5～10小時(shí)。如果碳化過程的保護(hù)氣為水蒸汽，則碳化和活化過程可以連續(xù)進(jìn)行。
本發(fā)明提供的活性炭的制備方法具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)選用新型功能材料—炭質(zhì)凝膠為原料，由于炭質(zhì)凝膠中雜質(zhì)少，因此所制得的活性炭雜質(zhì)含量低。
(2)以第VIII族金屬的水溶性鹽類為擴(kuò)孔劑，使得所制備的活性炭中孔發(fā)達(dá)，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(qiáng)度高，一般壓碎強(qiáng)度＞8.0N/mm。
因此，采用本發(fā)明提供的方法制備的活性炭與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有中孔發(fā)達(dá)、強(qiáng)度高和雜質(zhì)少等優(yōu)點(diǎn)，可以用作催化劑載體或吸附劑。
下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
實(shí)例中比表面和孔容按GB/T5816-1995方法測定，壓碎強(qiáng)度采用化工部QCY-602儀器測定。實(shí)例1本實(shí)例為炭質(zhì)凝膠的制備(參考JP平5-112783)。
取50克經(jīng)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(shí)，冷卻，加入500ml水浸泡12小時(shí)，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(yīng)6小時(shí)，加入100ml 80℃的熱水，離心分離，溶液經(jīng)加熱濃縮、干燥，即可得到炭質(zhì)凝膠。實(shí)例2本實(shí)例為活性炭的制備。
取10g實(shí)例1制備的干燥的炭質(zhì)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(jī)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(shí)。所制備的活性炭性質(zhì)見表1。實(shí)例3本實(shí)例為活性炭的制備。
取10g實(shí)例1制備的干燥的炭質(zhì)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(jī)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(shí)。所制備的活性炭性質(zhì)見表1。實(shí)例4本實(shí)例為活性炭的制備。
取10g實(shí)例1制備的干燥的炭質(zhì)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(jī)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(shí)。所制備的活性炭性質(zhì)見表1。對(duì)比例1為了便于對(duì)比，將市售普通活性炭(牌號(hào)Zx-15，山西新華化工廠生產(chǎn))的性質(zhì)一并列于表1。
通過表1可以看出，本發(fā)明提供的活性炭的中孔孔容和壓碎強(qiáng)度均比普通活性炭有顯著提高。
表權(quán)利要求
1.一種中孔發(fā)達(dá)的活性炭的制備方法，其特征在于包括在每克炭質(zhì)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(kuò)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(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于擴(kuò)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(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于擴(kuò)孔劑選自硝酸鎳或硫酸亞鐵或其混合物。
4.按照權(quán)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(zhì)凝膠3～10ml。
5.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于擴(kuò)孔劑的用量為每克炭質(zhì)凝膠0.3～1.5mmol。
6.按照權(quán)利要求1或5所述的制備方法，其特征在于擴(kuò)孔劑的用量為每克炭質(zhì)凝膠0.3～1.0mmol。
7.按照權(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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(fā)達(dá)的活性炭的制備方法,是在每克炭質(zhì)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(kuò)孔劑,攪拌均勻,然后干燥、粉碎,加入粘合劑在擠條機(jī)上擠條成型,將成型物干燥后炭化和活化。采用本發(fā)明提供的方法制備的活性炭與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有中孔發(fā)達(dá)、強(qiáng)度高和雜質(zhì)少等優(yōu)點(diǎn),可以用作催化劑載體或吸附劑。
文檔編號(hào)C01B31/00GK1262222SQ9910035
公開日2000年8月9日 申請(qǐng)日期1999年1月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月25日
發(fā)明者申海平, 丁宗禹, 嚴(yán)加松, 汪燮卿 申請(qǐng)人:中國石油化工集團(tuán)公司, 中國石油化工集團(tuán)公司石油化工科學(xué)研究院