專利名稱：一種制備活性炭的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及吸附材料的制備，特別涉及活性炭的制備。
背景技術(shù)：
活性炭具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，炭表面含有多種含氧官能 團(tuán)，催化活性和化學(xué)穩(wěn)定性好，機(jī)械強(qiáng)度高，易于反復(fù)使用，這一系列優(yōu)異的 特性，使其成為一種備受世人關(guān)注的優(yōu)質(zhì)吸附劑。
活性炭可由各種含碳物質(zhì)制得。在能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重的今天， 幵發(fā)利用清潔的農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)資源具有很重大的戰(zhàn)略意義。對(duì)于我國(guó)這 樣的人口大國(guó)、農(nóng)業(yè)大國(guó)、能源消耗大國(guó)，利用生物質(zhì)資源改善能源狀況，將 生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為高性能和高增值的產(chǎn)品，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展更具現(xiàn)實(shí)意 義。農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)資源具有一定含碳量且灰分低，廉價(jià)易得，是制備活 性炭的優(yōu)良原料。
活性炭的制備傳統(tǒng)上分為化學(xué)活化法和物理活化法兩種?；瘜W(xué)活化法是將 原料在活化劑溶液中浸漬后，在空氣或惰性氣體中炭化活化，通過(guò)化學(xué)試劑鑲 嵌入炭顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)中而開(kāi)創(chuàng)出豐富的微孔，然后將活化劑脫除后得到活性炭。 化學(xué)活化法活化溫度較低、活化時(shí)間較短， 一般只需要幾個(gè)小時(shí)。是國(guó)內(nèi)使用 較多的一種化學(xué)活化法。目前，氯化鋅活化法制備活性炭的傳統(tǒng)工藝是在常壓 下進(jìn)行的，裂解過(guò)程中形成的有機(jī)氣體在反應(yīng)器中的停留時(shí)間較長(zhǎng)，這些有機(jī) 氣體的二次反應(yīng)和微孔壁的熱降解會(huì)導(dǎo)致微孔擴(kuò)大以及炭結(jié)構(gòu)的破壞，形成的 含碳物沉積在炭表面或孔中，會(huì)造成微孔堵塞，影響其吸附性能。且常壓條件 制備時(shí)不利于生物油的收集。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的解決傳統(tǒng)氯化鋅活化法制備活性炭時(shí)有機(jī)氣體對(duì)炭結(jié)構(gòu)的破 壞及微孔堵塞的問(wèn)題，提供一種制備活性炭的方法，用該方法以木質(zhì)原料制備 的活性炭具有較多的微孔結(jié)構(gòu)，比表面積和吸附性能均高于用傳統(tǒng)方法制備的 活性炭。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的將木質(zhì)原料破 碎、過(guò)篩、干燥后，按原料與氯化鋅質(zhì)量比為l: 1 4的比例置于氯化鋅溶液中
3浸漬，干燥；在真空條件下裂解活化，升溫速率為5~15°C/miri，裂解終溫為 400~500°C。裂解終溫后，保溫l時(shí)間左右；反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)酸洗、水洗，干燥，得 產(chǎn)物活性炭。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1. 本方法采用化學(xué)活化法，在真空條件下制備活性炭。在真空條件下，原 料中的易揮發(fā)成分和裂解產(chǎn)生的不凝氣很快被抽離反應(yīng)器，避免了這些 有機(jī)氣體的二次裂解，減少了微孔的擴(kuò)大與破壞。因此，本方法制備的 活性炭與常壓條件制備的活性炭相比，微孔比率提高了 5.34%~13.18%，
比表面積增加了 6.21%~20.31%，碘吸附值和亞甲基藍(lán)吸附值均較高， 吸附性能優(yōu)良。
2. 在真空條件下制備活性炭，有利于裂解油的收集，在得到活性炭的同時(shí) 還可以收集得到副產(chǎn)物生物油，資源利用率高。
3. 該方法過(guò)程清潔，真空條件可以降低反應(yīng)溫度，從而降低能耗。 此外，本發(fā)明方法工藝流程更加簡(jiǎn)單；以農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)資源為原料，
原料廉價(jià)易得，因此，本發(fā)明的商業(yè)運(yùn)用對(duì)于生物質(zhì)能源的充分利用以及緩解 能源短缺的壓力，解決生物質(zhì)直接燃燒帶來(lái)的環(huán)境污染都具有重要意義。


圖1為本發(fā)明方法的流程圖2為實(shí)施例3所得活性炭的SEM照片(X 1000);
圖3為實(shí)施例4所得活性炭的SEM照片(X 1000);
圖4為實(shí)施例5所制備的活性炭SEM照片(X 100);
圖5為實(shí)施例5所制備的活性炭SEM照片(X 1000);
圖6為實(shí)施例5所制備的活性炭截面圖的SEM照片(X 1000)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
在原料杉木屑與氯化鋅的質(zhì)量比為1:1時(shí)，將杉木屑在氯化鋅溶液中浸漬 24小時(shí)，稱取干燥后的樣品置于反應(yīng)爐中，抽真空。在體系壓力為10.5kPa，升 溫速率為5'C/min，裂解終溫為40(TC，保溫時(shí)間60min的條件下制得的活性炭。 經(jīng)測(cè)試，所制備得到的活性炭碘吸附值為916.28mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值為 250.14mg/g。
4實(shí)施例2
在原料杉木屑與氯化鋅的質(zhì)量比為1:1時(shí)，將杉木屑在氯化鋅溶液中浸漬 24小時(shí)，稱取干燥后的樣品置于反應(yīng)爐中，抽真空。在體系壓力為50.5kPa，升 溫速率為5"C/min，裂解終溫為50(TC，保溫時(shí)間60min的條件下，制得的活性 炭。經(jīng)測(cè)試，所制備得到的碘吸附值為976.68mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值為 323.28mg/g。
實(shí)施例3
在原料杉木屑與氯化鋅的質(zhì)量比為1:1時(shí)，將杉木屑在氯化鋅溶液中浸漬 24小時(shí)，稱取干燥后的樣品置于反應(yīng)爐中，抽真空。在體系壓力為30.5kPa,升 溫速率為5'C/min，裂解終溫為50(TC，保溫時(shí)間60min的條件下，制得的活性 炭，其SEM照片參見(jiàn)附圖2。經(jīng)測(cè)試，所制備得到的碘吸附值為1008.69mg/g， 亞甲基藍(lán)吸附值為321.61mg/g。
實(shí)施例4
在原料杉木屑與氯化鋅的質(zhì)量比為1:1時(shí)，將杉木屑在氯化鋅溶液中浸漬 24小時(shí)，稱取干燥后的樣品置于反應(yīng)爐中，抽真空。在體系壓力為10.5kPa，升 溫速率為5。C/min，裂解終溫為45(TC，保溫時(shí)間60min的條件下，制得的活性 炭，其SEM照片參見(jiàn)附圖3。經(jīng)測(cè)試，所制備得到的碘吸附值為1030.43mg/g， 亞甲基藍(lán)吸附值為343.92mg/g。
實(shí)施例5
在原料杉木屑與氯化鋅的質(zhì)量比為1:1時(shí)，將杉木屑在氯化鋅溶液中浸漬 24小時(shí)，稱取干燥后的樣品置于反應(yīng)爐中，抽真空。在體系壓力為10.5kPa，體 系壓力為10.5kPa，升溫速率10°C/min，裂解終溫50(TC，保溫時(shí)間60min，制 備活性炭。所制備的活性炭的SEM照片分別參見(jiàn)附圖4~6。
實(shí)施例6
原料杉木屑與氯化鋅的質(zhì)量比為1:1時(shí)，將杉木屑在氯化鋅溶液中浸漬24 小時(shí)，稱取干燥后的樣品置于反應(yīng)爐中，升溫速率為10°C/min，裂解為50(TC， 保溫時(shí)間為60min時(shí)，體系壓力為20.5kPa時(shí)制備活性炭。所制備得到的活性炭 的碘吸附值為l 142.92 mg/g，比表面積為1070.59m2/g，總孔體積為0.558lcmVg。
對(duì)比例1
原料杉木屑與氯化鋅的質(zhì)量比為1:1時(shí)，將杉木屑在氯化鋅溶液中浸漬24 小時(shí)，稱取干燥后的樣品置于反應(yīng)爐中，升溫速率為10°C/min，裂解終溫為
5500°C，保溫時(shí)間為60min時(shí)，在常壓條件下制備活性炭。常壓條件所得活性炭 的碘吸附值為913.27mg/g,比表面積為897.03m2/g，總孔體積為0.4680cm3/g。 實(shí)施例6
以玉米秸稈為原料，玉米秸稈與氯化鋅的質(zhì)量比為l:l，將玉米秸稈在氯化 鋅溶液中浸漬24小時(shí)，稱取一定質(zhì)量干燥后的樣品置于反應(yīng)爐中，抽真空。在 體系壓力為20.5kPa，升溫速率為10°C/min，裂解終溫為50(TC，保溫時(shí)間60min 的條件下制得的活性炭碘吸附值為914.35mg/g。
實(shí)施例7
以松木屑為原料，玉米秸稈與氯化鋅的質(zhì)量比為l:l，將玉米秸稈在氯化鋅 溶液中浸漬24小時(shí)，稱取一定質(zhì)量干燥后的樣品置于反應(yīng)爐中，抽真空。在體 系壓力為20.5kPa，升溫速率為10°C/min，裂解終溫為500°C，保溫時(shí)間60min 的條件下制得的活性炭碘吸附值為972.10mg/g。
實(shí)施例8
以雜木屑為原料，雜木屑與氯化鋅的質(zhì)量比為l:l，將雜木屑在氯化鋅溶液 中浸漬24小時(shí)，稱取一定質(zhì)量干燥后的樣品置于反應(yīng)爐中，抽真空。在體系壓 力為20.5kPa，升溫速率為10°C/min，裂解終溫為500'C，保溫時(shí)間60min的條 件下制得的活性炭碘吸附值為1004.06mg/g。
實(shí)施例9
在原料杉木屑與氯化鋅的質(zhì)量比為1:4時(shí)，將杉木屑在氯化鋅溶液中浸漬 24小時(shí)，稱取一定質(zhì)量干燥后的樣品置于反應(yīng)爐中，抽真空。在體系壓力為 20.5kPa，升溫速率為10°C/min，裂解終溫為500'C，保溫時(shí)間60min的條件下 制得的活性炭碘吸附值為958.73mg/g。
實(shí)施例10
在原料杉木屑與氯化鋅的質(zhì)量比為1:1時(shí)，將杉木屑在氯化鋅溶液中浸漬 24小時(shí)，稱取一定質(zhì)量干燥后的樣品置于反應(yīng)爐中，抽真空。在體系壓力為 20.5kPa，升溫速率為15°C/min，裂解終溫為500°C，保溫時(shí)間60min的條件下 制得的活性炭碘吸附值為966.23mg/g。
權(quán)利要求
1. 一種制備活性炭的方法，將木質(zhì)原料破碎、過(guò)篩、干燥后，按原料與氯化鋅質(zhì)量比為11～4的比例置于氯化鋅溶液中浸漬，干燥；在真空條件下裂解活化，升溫速率為5～15℃/min，裂解終溫為400～500℃；裂解終溫后，保溫1時(shí)間左右；反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)酸洗、水洗，干燥，得產(chǎn)物活性炭。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述木質(zhì)原料與氯化鋅質(zhì)量比為l:
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述木質(zhì)原料為杉木屑或雜木屑。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述升溫速率為5 1(TC/min。
5. 如權(quán)利要求1 4所述之一的方法，其特征在于所述裂解活化的真空條件為10 50kPa。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述裂解活化的真空條件為10 20kPa。
全文摘要
一種制備活性炭的方法，將木質(zhì)原料破碎、過(guò)篩、干燥后，按原料與氯化鋅質(zhì)量比為1∶1～4的比例置于氯化鋅溶液中浸漬，干燥；在真空條件下裂解活化，升溫速率為5～15℃/min，裂解終溫為400～500℃；裂解終溫后，保溫1時(shí)間左右；反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)酸洗、水洗，干燥，得產(chǎn)物活性炭。本方法制備的活性炭與常壓條件制備的活性炭相比，微孔比率提高了5.34％～13.18％，比表面積增加了6.21％～20.31％，吸附性能優(yōu)良。在得到活性炭的同時(shí)還可以收集得到副產(chǎn)物生物油，資源利用率高，能耗降低。
文檔編號(hào)C01B31/08GK101497439SQ20091004280
公開(kāi)日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者丘克強(qiáng), 娟 楊 申請(qǐng)人:中南大學(xué)