CN101962184A - 一种机械力化学法制备活性炭的方法 - Google Patents
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Abstract
一种机械力化学法制备活性炭的具体步骤为：(1)按照纯助剂与干燥碳源材料的质量比为1～3:1的比例，将碳源材料置于质量分数为10～70%的助剂溶液中搅拌均匀后于室温下浸置2～8小时；(2)将上述物料装入研磨设备，连续研磨至平均粒径为1～2μm，然后在300～700℃的温度下进行热处理30～60分钟；(3)再将处理后的物料用10%的盐酸溶液酸洗30分钟；然后用去离子水洗至pH值为6～7，水洗合格后移至烘箱中干燥，即可得到粉状活性炭。该方法反应温度低，时间短，减少能耗，制备的活性炭微孔发达，比表面积高，富含表面功能基团，有较高的吸附污染物效率，较好的环境相容性与均匀性，且操作方便、成本低、容易再生。
Description
技术领域
本发明属于化学工业领域，更具体涉及一种机械力化学法制备活性炭的方法。
背景技术
在现代生产与生活中，工业“三废”和城市生活“三废”都必须经过净化才能排放。活性炭作为一种吸附净化材料，被广泛用于工农业和环境保护领域中。然而目前活性炭产业尚存在生产成本较高、生产过程中容易产生污染等问题，因此寻找新的生产制备方法以达到降低生产成本，减少生产过程中次生污染，同时提高活性炭性能，扩大其应用范围就成为目前研究攻关之热点。一些研究者进行了一些低成本活性炭的研究，但这方面主要是利用工农业废弃物、城市垃圾等低成本原料上，如Gülbeyi Dursun等[1]利用甜菜浆为原料制取活性炭用于吸附苯酚，Amit Bhatnagar[2]利用工业废弃物制取低成本活性炭用于吸附去除水中农药溴硫磷，夏洪应等[3]以烟杆废弃物为原料、木焦油为黏结剂、二氧化碳为活化剂制备颗粒炭。
传统上，新物质的生成、晶型转化或晶格变形都是通过高温(热能)或化学变化来实现的，而机械力化学技术(Mechanochemical Process)是利用机械能诱发化学反应和诱导材料组织、结构和性能的变化，以制备新材料或对材料进行改性处理。近些年来，许多研究者对机械力化学这门新兴交叉学科的理论、应用等方面进行了大量研究，如，Jeong等[4]采用机械力化学法以LiOH.H2O和Co(OH)2为原料合成出具有良好电化学性能的LiCoO2 粉体。该法操作简单，成本低，反应温度低，制备效率高，制备的材料粒子小、比表面积大，但是颗粒分布不均匀，纯度较低。Obrovac等[5]用机械力化学法制得了层状结构的LiMO2(M=Ti，Mn，Fe，Co，Ni)。结果表明，制备的材料具有更大的比表面积和更好的电化学活性。S.Franger等[6]利用物理和化学手段对现有的几种制备LiFePO4 的方法，如高温固相法、共沉淀法、水热合成法及机械力化学法，进行了比较。结果表明，机械力化学法能使反应物和产物的温度、粒度、晶形结构与成分均匀，从而在合成目标产物时使所需的加热温度大大降低、加热时间大大减少。这样获得的产物纯度较高，结晶良好，粒径也相对较小，因此材料的比容量较高，电化学性能较好。
公开号为CN 1746107A的发明专利公开了一种板栗壳活性炭的制备方法，该方法将板栗壳与氯化锌溶液浸泡后，需先在380-680℃隔氧条件下炭化200-240分钟，之后在活化炉中550-650℃，压力为0.08-0.15MPa过热蒸汽气流中活化30-45分钟，经过酸洗，水洗后得到活性炭。公开号为CN 101817524 A的专利公开了一种利用物理活化法生产活性炭的工艺，该方法是将压制成型的颗粒料，送入特制的外热式回转活化炉内，活化温度在800-900摄氏度。上述工艺过程均较为复杂，反应温度较高，耗能较大。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种机械力化学法制备活性炭的方法，该方法利用研磨设备所产生的机械力，同时在化学试剂以及热力的共同作用下，使碳源材料的理化性质和结构发生较大的变化，提高了反应活性，从而激发和加速了炭化、活化过程，由此达到多、快、好、省地制备活性炭的目的。
一种机械力化学法制备活性炭的方法，该方法的具体步骤为：
（1）按照纯助剂与绝干碳源材料的重量比为1～3:1的比例，将碳源材料置于质量分数为10～70%的助剂溶液中搅拌均匀后于室温下浸置2～8小时；
（2）将上述物料装入研磨设备，连续研磨30～60分钟，至平均粒径为1～2μm，然后在300～700℃的温度下进行热处理30～60分钟；
（3）再将处理后的物料用质量分数为10%的盐酸溶液酸洗30分钟；然后用去离子水洗至pH值为6～7，水洗合格后移至烘箱中干燥，即得到粉状活性炭。其中所述干燥温度为105-120℃，干燥时间1-2h。
该方法所述的碳源材料来自于植物原料、煤和果壳，其中植物原料包括所有含碳的植物根，茎，叶等材料。步骤（1）中所述助剂为酸助剂、碱助剂、盐助剂中的一种，酸助剂为液态无机酸磷酸、硫酸的一种或几种；碱助剂为碱金属化合物氢氧化钾、氢氧化钠的一种或几种；盐助剂为金属盐类化合物氯化锌、碳酸铵、硝酸铵、碳酸钾、碳酸钠的一种或几种。所述的研磨设备为球磨机、搅拌磨、振动式研磨机、离心式研磨机、篮式研磨机、卧式研磨机、胶体磨中的一种。
该方法的基本原理是利用研磨设备所产生的机械力，同时在化学试剂以及热力的共同作用下，使碳源材料的理化性质和结构发生较大的变化，如引起化学键的断裂，产生新的表面，造成晶格缺陷等变化，使物质内能增高，使其处于一种不稳定的化学活性状态，从而催化激发了活化反应的发生，使体系的反应活性得以提高，加速了制备活性炭的炭化、活化过程。
本发明的显著优点：本发明较原来生产活性炭的方法大大缩短了反应时间，降低了反应温度，减少了能耗，同时制备出的活性炭微孔发达，比表面积高，富含表面功能基团，具有较高的吸附污染物效率，较好的环境相容性与均匀性，且操作方便、成本低、容易再生。
附图说明
图1为机械力化学法制备活性炭的工艺流程图。
具体实施方式
一种机械力化学法制备活性炭的方法，该方法的具体步骤为：
（1）按照纯助剂与绝干碳源材料的重量比为1～3:1的比例，将碳源材料置于质量分数为10～70%的助剂溶液中搅拌均匀后于室温下浸置2～8小时；
（2）将上述物料装入研磨设备，连续研磨30～60分钟，至平均粒径在1～2μm，然后在300～700℃的温度下进行热处理30～60分钟；
（3）再将处理后的物料用10%的盐酸溶液酸洗30分钟；然后用去离子水洗至pH值为6～7，水洗合格后移至烘箱中于105℃—120 ℃下干燥1—2 小时，即可得到性能良好的微孔发达的粉状活性炭。
实施例1
一种机械力化学法制备活性炭的方法，该方法的具体步骤为：
（1）按照纯磷酸与干燥杉木屑的重量比为1:1的比例，将杉木屑置于质量分数为60%的磷酸溶液中搅拌均匀后于室温下放置8小时；
（2）将上述物料装入球磨机，连续研磨30分钟，至平均粒径在1～2μm，然后在300℃的温度下进行热处理60分钟；
（3）再将处理后的物料用10%的盐酸溶液酸洗30分钟；然后用去离子水洗至pH值为6，水洗合格后移至烘箱中于120 ℃下干燥1 小时，即可得到性能良好的微孔发达的粉状活性炭。
实施例2
一种机械力化学法制备活性炭的方法，该方法的具体制备步骤为：
（1）按照纯氯化锌与绝干松木屑的重量比为2:1的比例，将松木屑置于质量分数为45%的氯化锌溶液中搅拌均匀后于室温下放置5小时；
（2）将上述物料装入振动式研磨机，连续研磨40分钟，至平均粒径在1～2μm，然后在500℃的温度下进行热处理45分钟；
（3）再将处理后的物料用10%的盐酸溶液酸洗30分钟；然后用去离子水洗至pH值为6.5，水洗合格后移至烘箱中于105 ℃下干燥1.5 小时，即可得到性能良好的微孔发达的粉状活性炭。
实施例3
一种机械力化学法制备活性炭的方法，该方法的具体制备步骤为：
（1）按照纯氢氧化钾与干燥果壳的重量比为3:1的比例，将果壳置于质量分数为70%的氢氧化钾中搅拌均匀后于室温下放置2小时；
（2）将上述物料装入研磨设备，连续研磨60分钟，至平均粒径在1～2μm，然后在700℃的温度下进行热处理30分钟；
（3）再将处理后的物料用10%的盐酸溶液酸洗30分钟；然后用去离子水洗至pH值为7，水洗合格后移至烘箱中于110 ℃下干燥2 小时，即可得到性能良好的微孔发达的粉状活性炭。
实施例4
一种机械力化学法制备活性炭的方法，该方法的具体制备步骤为：
（1）按照纯氢氧化钾与绝干煤的重量比为3:1的比例，将果壳置于质量分数为10%的氢氧化钾中搅拌均匀后于室温下放置8小时；
（2）将上述物料装入研磨设备，连续研磨40分钟，至平均粒径在1～2μm，然后在700℃的温度下进行热处理30分钟；
（3）再将处理后的物料用10%的盐酸溶液酸洗30分钟；然后用去离子水洗至pH值为7，水洗合格后移至烘箱中于110 ℃下干燥1.5 小时，即可得到性能良好的微孔发达的粉状活性炭。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
参考文献
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Claims (5)
1.一种机械力化学法制备活性炭的方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
（1）按照纯助剂与干燥碳源材料的质量比为1～3:1的比例，将碳源材料置于质量分数为10～70%的助剂溶液中搅拌均匀后于室温下浸置2～8小时；
（2）将上述物料装入研磨设备，连续研磨30～60分钟，至平均粒径为1～2μm，然后在300～700℃的温度下热处理30～60分钟；
（3）再将处理后的物料用质量分数为10%的盐酸溶液酸洗30min分钟；然后用去离子水洗至pH值为6～7，水洗合格后移至烘箱中干燥，即得到粉状活性炭。
2..如权利要求1所述的一种机械力化学法制备活性炭的方法，其特征在于：碳源材料为植物原料、煤或果壳。
3.如权利要求1所述的一种机械力化学法制备活性炭的方法，其特征在于：步骤（1）中所述助剂为酸助剂、碱助剂、盐助剂中的一种；酸助剂为液态无机酸磷酸、硫酸的一种或几种；碱助剂为碱金属化合物氢氧化钾、氢氧化钠的一种或几种；盐助剂为金属盐类化合物氯化锌、碳酸铵、硝酸铵、碳酸钾、碳酸钠的一种或几种。
4.如权利要求1所述的一种机械力化学法制备活性炭的方法，其特征在于：步骤（3）所述干燥温度为105—120℃，干燥时间1—2h。
5.如权利要求1所述的一种机械力化学法制备活性炭的方法，其特征在于：研磨设备为球磨机、搅拌磨、振动式研磨机、离心式研磨机、篮式研磨机、卧式研磨机和胶体磨中的一种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20110202 |