一種瀝青基空心球形活性炭的制備方法技術

本發明專利技術公開一種瀝青基空心球形活性炭的制備方法，本發明專利技術采用高軟化點的煤瀝青，以低軟化點瀝青作為溶劑和造孔劑，經過混合、噴霧造粒并回收低軟化點瀝青、氧化、炭化、水蒸氣活化和酸洗制得瀝青基空心球形活性炭。所制瀝青基空心球形活性炭的球徑為0.1～2.0mm、球壁厚度0.7～1.0mm、球形度88～97％、密度為0.1～0.3g/cm

Preparation of pitch-based hollow spherical activated carbon

The invention discloses a preparation method of pitch based hollow spherical activated carbon. The coal tar pitch with high softening point is used, and low softening point bitumen is used as solvent and pore forming agent. After mixing, spray granulation and recovery of low softening point asphalt, oxidation, carbonization, steam activation and acid washing, pitch based hollow spherical activated carbon is prepared. The spherical diameter, wall thickness, sphericity and density of pitch-based hollow spherical activated carbon are 0.1-2.0 mm, 0.7-1.0 mm, 88-97% and 0.1-0.3 g/cm, respectively.

【技術實現步驟摘要】
一種瀝青基空心球形活性炭的制備方法
本專利技術涉及一種瀝青基球形活性炭的制備方法，尤其是涉及一種瀝青基空心球形活性炭的制備方法。
技術介紹
同普通粒狀活性炭、柱狀活性炭或粉體活性炭相比，瀝青基球形活性炭在裝填密度、強度、電解吸等方面具有明顯的性能優勢。在國防重點工程、高精尖武器裝備、醫藥、電子、空氣與水凈化等方面具有廣泛的應用前景。為提高普通活性炭材料的電化學性能，曾俊用Ni(NO3)2溶液浸漬法和高溫熱解對活性炭進行改性處理。分別采用氮氣吸附法、SEM、XPS等方法分析研究改性炭材料的比表層積、孔結構、形貌和組成；用循環伏安、恒流充放電等電化學方法研究改性活性炭電極構成的電化學電容器性能(曾俊,劉亞菲,胡中華,等.NiO-改性活性炭電極電化學電容器研究[J].功能材料,2007,38(1):105-108.)。專利CN1986401公開了一種改進方法制備的多孔微球活性炭的制備，將熱固性樹脂球在含氧氣氛中于60℃～400℃的溫度下氧化，或將熱固性樹脂在60℃～300℃下，在氧化性的酸或SO2或SO3氣的氣氛中進行預處理，再在如氦氣、氮氣或其混合氣惰性氣氛中，在600℃～1200℃下，碳化處理；隨后，在600℃～1200℃下，水蒸氣的活化氣氛下進行活化處理；得粒徑10μm～2mm，BET比表層積為500～4000m2/g，單顆粒強度為50～200Mpa的超高強度多孔微球活性炭。具有制備成本低、收率高、產物強度高、純度高和原料來源廣等優點。專利CN101428847A公開了納米結構二氧化錫鋰離子電池負極材料的制備方法，利用鹽酸調節體系的pH值來控制所得空心微球的內部結構和尺寸大小。目前，瀝青基球形活性炭的制備及其應用得到了廣泛的研究和應用，具備空心球形的瀝青基活性炭的制備技術尚待開發。
技術實現思路
本專利技術設計了一種瀝青基空心球形活性炭的制備方法，目的在于提供一種制備成本低、瀝青基空心球形活性炭的球徑為0.1～2.0mm、球壁厚度0.7～1.0mm、球形度88～97％、密度為0.1～0.3g/cm3、比表層積為1300～1600m2/g、含有大量微孔、中孔和不高于15％的大孔的制備方法。該方法具有以下特點：(1)以價格低的煤瀝青為原料；(2)通過調節瀝青的組成和噴霧造粒條件在瀝青球中形成適量的原始孔隙；(3)通過控制不熔化條件，完成微球表層的不熔化；(4)一次完成活性炭微球的制備。為了解決上述存在的技術問題，本專利技術采用了以下方案：一種瀝青基空心球形活性炭的制備方法，包括以下步驟：步驟1、原料制備，將高軟化點150～360℃瀝青和低軟化點瀝青為軟化點30～60℃的瀝青，按照質量比1:0.5～0.7，在28～100℃下通過機械攪拌進行均勻混合。步驟2、噴霧造粒并回收煤瀝青，將步驟1所制得的混合原料加入噴霧造粒機中，優選加熱原料至100～130℃，優選以0.1～0.5Mpa的噴霧壓力在干燥室中進行噴霧造粒，干燥室溫度優選為100～220℃，熱風溫度優選為100～220℃，制得粒徑為0.12～2.3mm的煤瀝青微球粉體，低軟化點瀝青的揮發必然造成微球具有一定孔隙。所得微球球形度89～97％，收風溫度優選為20～30℃，更容易回收收風裝置中低軟化點瀝青；步驟3、煤瀝青微球不熔化，將步驟2所制造煤瀝青微球粉體置于不熔化爐中，以0.5～2℃/min的升溫速度升溫至40～200℃，保溫30～300min,以0.1～1m3/h的速率通入濃度6～12mg/L的臭氧，保溫1h后，冷卻至室溫，得到表層不熔化的煤瀝青微球，球形度89～97％；優選地，臭氧的濃度為9～12mg/L。優選地，臭氧的速率為0.2～0.8m3/h。步驟4、熱解制備碳微球并活化，將表層不熔化的煤瀝青微球，在高純氮氣保護下，置于熱解爐中，優選1～1.5℃/min升溫至960℃后，優選保溫0.51～2.5h后，將氮氣切換成5～10m3/h流量的水蒸氣，并優選地，在該溫度下反應1.5～3.0h，制得瀝青基空心球形活性炭；優選地，步驟(4)中，表層表層不熔化的煤瀝青微球在惰性氣氛高純氮氣經過960℃燒結形成殼體，內層未經過不熔化交聯的煤瀝青分解，并通過步驟2中制備的的孔隙排到微球外部，有助于形成空心結構。優選地，步驟(4)中，選擇960℃溫度下，進行碳化和活化，制備時間更短。步驟5、將瀝青基空心球形活性炭依次進行酸洗、水洗、過濾、干燥，制得瀝青基球形活性炭活化微球的后處理活化微球的后處理，所述酸洗的酸為硝酸、硫酸、鹽酸的水溶液之一，酸洗1～10h；所述的水洗的水為去離子水，多次水洗后，水洗液不再檢測出含有硝酸根、硫酸根和氯離子其中的任何一種即為水洗結束；所述的干燥，其溫度為100～400℃。優選為100～200℃。進一步，瀝青基球形活性炭的球徑為0.1～2.0mm、球壁厚度0.7～1.0mm、球形度88～97％、密度為0.1～0.3g/cm3、比表層積為1300～1600m2/g、含有大量微孔、中孔和不高于15％的大孔。一種瀝青基空心球形活性炭的制備方法，包括以下步驟：1.原料制備，將煤瀝青和干燥后超富集植物的粉體均勻混合；2.噴霧造粒并回收煤瀝青，制得粒徑為0.12～2.3mm的煤瀝青微球粉體，回收收風裝置中軟化點為30～60℃的煤瀝青；3.煤瀝青微球的不熔化，制得不熔化煤瀝青粉體顆粒，球形度89～97％；4.熱解制備碳微球并活化，制得瀝青基球形活性炭；5.活化微球的后處理。進一步，所述的煤瀝青包括軟化點為150～360℃的煤瀝青和軟化點為30～60℃的煤瀝青。該瀝青基空心球形活性炭的制備方法具有以下有益效果：(1)本專利技術以成本低的煤瀝青為原料，降低了瀝青基球形活性炭的原料成本，較低的生產成本有利于瀝青基球形活性炭的應用。(2)本專利技術采用軟化點低的煤瀝青物質作為造孔劑，制備的微球含有大量空隙結構，噴霧造粒過程中對低軟化點的瀝青進行回收，并應用于下一次制備球形活性炭，整個制備過程不采用有機溶劑，有利于環境保護。(3)本專利技術以氧化能力更強的臭氧替代傳統空氣進行不熔化，得到表層不熔化的微球，表層的孔隙結構在碳化過程中不會融化變形，微球內部的瀝青在碳化過程中分解，并通過表層孔隙揮發，得到中空碳微球。(4)本專利技術可以通過控制不熔化強度，控制活性炭微空心球的球壁厚度。(5)具有空心結構的碳微球在活化過程中，中心空心部分可進入大量活性氣氛，活化過程不再是由表及里，而是內外同時進行，接觸面積更大，微球表層和內層接觸活性氣氛更均勻，這對活化造孔和孔隙的控制更有利。(6)本專利技術中的瀝青來源廣泛。(7)臭氧的制備簡單，以空氣為原料，臭氧發生機為市場產品，容易獲得。(8)制備的活性炭空心微球，內部空心提供了對其進行改性或摻雜的空間，對活性炭的應用具有推動作用。(9)本專利技術利用原料及工藝的優勢，可有效降低瀝青基球形活性炭的生產成本，進而推動了瀝青基球形活性炭的應用。具體實施方式下面結合對比例和實施例，對本專利技術做進一步說明：【實施例一】步驟1、原料制備，將100g軟化點為160℃的煤瀝青和50g軟化點為30℃的煤瀝青在40℃下,機械攪拌1h，進行均勻混合。步驟2、噴霧造粒并回收煤瀝青，將步驟1所制得的原料加入噴霧造粒機中，原料加熱至120℃，以0.1Mpa的噴霧壓力，在120℃的干燥室本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種瀝青基空心球形活性炭的制備方法，包括以下步驟：步驟1、原料制備，將高軟化點的煤瀝青和低軟化點的瀝青，按照質量比1:0.5～0.7，在28～100℃下，通過機械攪拌進行均勻混合；步驟2、噴霧造粒并回收煤瀝青，將步驟1所制得的混合原料加入噴霧造粒機中，進行噴霧造粒；步驟3、煤瀝青微球不熔化，將步驟2所制造煤瀝青微球粉體置于不熔化爐中，通入臭氧，制得表層不熔化的煤瀝青粉體顆粒；步驟4、在高純氮氣保護下，熱解制備碳微球并活化；步驟5、依次進行酸洗、水洗、過濾、干燥，完成瀝青基球形活性炭活化微球的后處理。

【技術特征摘要】
1.一種瀝青基空心球形活性炭的制備方法，包括以下步驟：步驟1、原料制備，將高軟化點的煤瀝青和低軟化點的瀝青，按照質量比1:0.5～0.7，在28～100℃下，通過機械攪拌進行均勻混合；步驟2、噴霧造粒并回收煤瀝青，將步驟1所制得的混合原料加入噴霧造粒機中，進行噴霧造粒；步驟3、煤瀝青微球不熔化，將步驟2所制造煤瀝青微球粉體置于不熔化爐中，通入臭氧，制得表層不熔化的煤瀝青粉體顆粒；步驟4、在高純氮氣保護下，熱解制備碳微球并活化；步驟5、依次進行酸洗、水洗、過濾、干燥，完成瀝青基球形活性炭活化微球的后處理。2.根據權利要求1所述瀝青基空心球形活性炭的制備方法，其特征在于：步驟1中所述的高軟化點瀝青的為軟化點150～360℃的煤瀝青、低軟化點瀝青為軟化點30～60℃的瀝青。3.根據權利要求2所述瀝青基空心球形活性炭的制備方法，其特征在于：所述低軟化點瀝青為煤瀝青、天熱瀝青和石油瀝青中的至少一種。4.根據權利要求1所述瀝青基空心球形活性炭的制備方法，其特征在于：步驟2中所述的噴霧造粒，加熱原料至100～130℃，以0.1～0.5Mpa的噴霧壓力在100～220℃的干燥室進行噴霧造粒，熱風溫度100～220℃，制得粒徑為0.12～2.3mm的煤瀝青微球粉體，由于低軟化點瀝青的揮發造成微球具有一定孔隙，球形度89～97％，收風溫度為20～30℃，回收收風裝置中低軟化點瀝青。5.根據權利要求1所述瀝青基空心...

【專利技術屬性】
技術研發人員：邱燕波，
申請(專利權)人：寧波設會物聯網科技有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江,33