一種微孔發(fā)達(dá)活性炭的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微孔發(fā)達(dá)活性炭的制備方法，屬于活性炭制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]活性炭是一種黑色多孔的固體炭質(zhì)。其具有吸附能力強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性好、力學(xué)性能好、比表面積大、孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、且可方便再生等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于石化工業(yè)、電力行業(yè)、化工工業(yè)、食品加工、水處理、催化劑及催化劑載體等領(lǐng)域。目前制備活性炭的原料以煤、木材、石油及生物質(zhì)材料為主。其中，生物質(zhì)來(lái)源廣，成本低、可實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展及其可再生性等特點(diǎn)，受到越來(lái)越多的科研人員的重視，研究者分別用椰子殼、柳絮、玉米桿、花生殼及馬鈴薯薯渣等原料制備活性炭。
[0003]滸苔是綠藻綱石莼科的一屬，常生長(zhǎng)在潮間帶巖石上，泥沙灘的石礫上，有時(shí)也可附生在大型海藻的藻體上。近些年來(lái)，隨著全球氣候變暖及水體富營(yíng)養(yǎng)化，海洋大型藻類——滸苔綠潮頻頻爆發(fā)。2008年6月初大量滸苔山東東南沿海成規(guī)模性聚集，6月下旬涌入青島近海海域，并爆發(fā)性生長(zhǎng)，使青島海域一度變成翠綠色。滸苔本身雖無(wú)毒，但是大量繁殖的滸苔能遮蔽陽(yáng)光，消耗海水中的氧氣，影響其他海洋生物的正常生長(zhǎng)，從而導(dǎo)致一系列的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題;除此滸苔的爆發(fā)還會(huì)嚴(yán)重影響景觀，干擾旅游觀光和水上運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行。因此解決海洋滸苔災(zāi)害帶來(lái)的環(huán)境、生態(tài)問(wèn)題是循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的需要。滸苔富含多糖、蛋白質(zhì)、粗纖維、脂肪和維生素等物質(zhì)，是制備活性炭的良好原料。
[0004]目前化學(xué)活化法制備活性炭，以強(qiáng)酸、強(qiáng)堿為活化劑，強(qiáng)酸一般采用H3PO4,強(qiáng)堿一般采用KOH或NaOH。在其生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生酸性或堿性腐蝕氣體不僅對(duì)生產(chǎn)設(shè)備本身存在氧化或腐蝕，而且對(duì)生產(chǎn)環(huán)境也會(huì)造成污染，同時(shí)強(qiáng)酸，強(qiáng)堿對(duì)操作人員存在很大的危險(xiǎn)性。
[0005]吸附質(zhì)分子與吸附劑孔徑尺寸的匹配，可實(shí)現(xiàn)對(duì)分子的優(yōu)先選擇性吸附。在通常情況下，為達(dá)到對(duì)某一種分子的優(yōu)先吸附，需要對(duì)活性炭的孔徑結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變。氣相的吸附應(yīng)以微孔結(jié)構(gòu)為主，且孔徑分布集中，可以盡快的達(dá)到吸附平衡。微孔發(fā)達(dá)的活性炭具有較窄的孔徑和較大的比表面積，適合于做電容器電極材料，甲醛、天然氣等小分子吸附的多空材料。當(dāng)前面對(duì)二氧化碳問(wèn)題日益嚴(yán)峻的形勢(shì)，能保護(hù)地球環(huán)境，開(kāi)發(fā)制備微孔發(fā)達(dá)的活性炭具有重要意義。
[0006]中國(guó)專利文件CN103896268A(申請(qǐng)?zhí)?201410138954.9)公開(kāi)了一種高比表面積多級(jí)孔徑活性炭的制備方法，利用滸苔中的含碳物作為碳源，以滸苔表面豐富的無(wú)機(jī)鹽為多級(jí)結(jié)構(gòu)導(dǎo)向模版，以偏鋁酸鈉為活化劑，將滸苔粉以微波功率為700?900W，溫度350?5500C，加熱5?15min，得到滸苔炭化料，滸苔炭化料與偏鋁酸鈉研磨后，加入去離子水，攪拌均勻后，先烘烤后將混合料于650°C?850°C下加熱0.5?2.0h，制得微孔-介孔-大孔多級(jí)粉末活性炭，制得的活性炭比表面積較大，比表面積達(dá)到3000m2/g，微孔/介孔發(fā)達(dá)，且孔徑為多級(jí)結(jié)構(gòu)，電化學(xué)性能優(yōu)異，同時(shí)為滸苔的綜合利用尋找一個(gè)合理的出路，實(shí)現(xiàn)了其資源化、高值化和商品化。盡管，上述方法制得的活性炭比表面積大，但是孔徑分布多元化，微孔比率較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種利用滸苔在酒石酸鉀活化下制備微孔發(fā)達(dá)的活性炭的方法。
[0008]原料說(shuō)明
[0009]滸苔:本發(fā)明采用原料滸苔，從青島海邊收集。滸苔含有多糖、蛋白質(zhì)、粗纖維、月旨肪和維生素等物質(zhì)，其中多糖含量為50-65wt%?？梢宰鳛橹苽浠钚蕴康奶吭础?br>[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0011 ] 一種微孔發(fā)達(dá)活性炭的制備方法，包括以下步驟:
[0012](I)原料預(yù)處理:將滸苔曬干或晾干后粉碎，過(guò)40?50目篩，制得滸苔粉;將滸苔粉升溫至550?700°C，保溫10?40min，得到消1笞炭化料；
[0013](2)原料浸漬處理:按酒石酸鉀與滸苔炭化料質(zhì)量比為I?5:1條件將酒石酸鉀加入到滸苔炭化料中，混合均勻，加入去離子水，攪拌均勻，烘干得到混合物；
[0014](3)活化處理:將步驟(2)處理好的混合物在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，升溫至500?900°C，活化
0.5h?2.5h，停止加熱，冷卻至室溫；用3 %?5 %的稀鹽酸洗滌，再用去離子水洗滌至pH值為6.5?7.0，烘干或自然晾干，即得到微孔發(fā)達(dá)的活性炭。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(I)中升溫的速率為5?6°C/min，溫度保持在650?7000C，保溫時(shí)間10?20min。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(2)中酒石酸鉀和滸苔炭化料質(zhì)量比為2?4:1，進(jìn)一步優(yōu)選的，酒石酸鉀和滸苔炭化料質(zhì)量比為3:1。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(3)中酒石酸鉀與滸苔炭化料的混合物的反應(yīng)溫度為:700?900°C，活化1.0?2.011，進(jìn)一步優(yōu)選，反應(yīng)溫度為800°(3，活化時(shí)間:111。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于原料、制造方法及工藝參數(shù)的不同，制備的活性炭孔隙結(jié)構(gòu)也不同，微孔、中空及大孔的發(fā)達(dá)程度不同。在本發(fā)明的炭化過(guò)程中，碳元素以外的物質(zhì)(氫、氧等)以氣體的形態(tài)被除去，且通過(guò)二氧化碳、一氧化碳的形式，使炭元素中一部分以氣體的形態(tài)釋放出去，最終慢慢轉(zhuǎn)化成具有活性炭原始形態(tài)結(jié)構(gòu)的炭化料;在本發(fā)明的活化過(guò)程中，酒石酸鉀對(duì)原料具有脫水、浸蝕及催化的作用，使原料中的碳?xì)浠衔镏兴械臍浜脱跻运男螒B(tài)分解脫離，除去活化劑后所得到的活性炭。改變活化參數(shù)將得到具有不同的孔隙結(jié)構(gòu)和比表面積的活性炭。
[0019]本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)
[0020]1.本發(fā)明制備的活性炭的比表面積達(dá)1764.lm2/g，其中，微孔比表面積達(dá)到1645.1mVg，微孔比表面積占93.36 %，微孔率67.3%,孔徑為2.241nm，吸附作用強(qiáng)，性能優(yōu)良，對(duì)有害物質(zhì)有很好的去除效果。
[0021]2.本發(fā)明選用酒石酸鉀為活化劑，相對(duì)于強(qiáng)酸強(qiáng)堿，減少了對(duì)設(shè)備的腐蝕性和對(duì)操作人員的危險(xiǎn)性，同時(shí)延長(zhǎng)了設(shè)備的壽命及降低了整體的生產(chǎn)成本。
[0022]3.本發(fā)明選用滸苔為原料制備活性炭的方法，解決了滸苔造成的生態(tài)問(wèn)題，將滸苔變廢為寶，實(shí)現(xiàn)了滸苔的資源化利用，同時(shí)減少了對(duì)煤炭和木材的使用，解決了制備活性炭的原料的問(wèn)題，降低了成本。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是實(shí)施例1制備的微孔