專利名稱：低溫定向制備高比表面積木質(zhì)顆?；钚蕴康姆椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由木質(zhì)纖維素類原料浸漬磷酸在濃硫酸催化下加熱酸水解糖化， 在低溫350 500°C下定向制備高比表面積顆?；钚蕴康姆椒?。
背景技術(shù)：
高比表面積活性炭具有發(fā)達的微孔結(jié)構(gòu)和較高的孔容積，因而在揮發(fā)性有機溶劑 (VOCs)回收、儲能、氣體分離、催化反應(yīng)、超級電容器等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。當(dāng)前， 制備高比表面積活性炭的主要途徑是在高溫下(700 1000°0，通過堿活化法(KOH，NaOH, K2CO3等)、物理活化法(水蒸汽，CO2等)或者是物理-化學(xué)聯(lián)合法來制備。而如果能用磷 酸法在低溫下制得高比表面積活性炭，尤其是高比表面積顆?；钚蕴?，來替代高溫法所得 的高比表面積活性炭，將到達節(jié)能減排、減輕環(huán)境污染、提高活化得率、大大降低成本和能 源消耗的目的。例如，中國專利CN1304788A將KOH與石油焦按5:1的比例混合，在高溫下 活化制備了比表面積超過3500 m2/g的活性炭；美國專利US5143889以中間相浙青炭微球 為原料，以KOH為活化劑制備了比表面積在300(T4600 m2/g左右的活性炭。Lili Wang等 以稻殼為原料，磷酸為活化劑制備了比表面積為2700m2/g的活性炭，左宋林也以杉木屑為 原料，磷酸活化法制備了比表面積在2500m2/g左右的活性炭。但以上的高比表面積活性炭 都是粉狀的，當(dāng)其用粘結(jié)劑制備出顆粒炭后其比表面積會有所下降。美國專利US5206207、 US5324703等采用木質(zhì)原料經(jīng)磷酸在480°C下(專利內(nèi)無停留時間)活化制備了比表面積在 2500m2/g左右的顆?；钚蕴?，但其工藝周期過長，能源消耗較大，磷酸濃度過高(85%)且有 部分步驟較難控制。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的磷酸濃度過高、生產(chǎn)周期長、能源消耗大、孔分布不集中 等缺點，本發(fā)明提供了一種簡化了的低溫定向制備高比表面積高中微孔木質(zhì)顆粒活性炭的 方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種低溫定向制備高比表面積木質(zhì)顆?；钚蕴康姆椒?，包 括木屑與催化劑的混合、成型、干燥固化、活化、洗滌干燥工序，木屑與催化劑的混合步驟具 體是一個酸水解糖化過程，先將催化劑質(zhì)量濃度為40 60%的磷酸與木屑按照純磷酸與 絕干木屑質(zhì)量比為1. 0 :1 3. 0:1的比例進行混合，并按照磷酸質(zhì)量的1% 8%加入濃 硫酸，在酸水解糖化處理混合物料達到常規(guī)的能成型的粘度后進入成型工序，酸水解糖化 處理溫度為100 120°C，時間1 4小時；成型工序為是在室溫下，混合物料在捏合機中 捏合5 10分鐘進入成型機成型為柱狀或顆粒狀活性炭；干燥固化在烘箱中進行，溫度為 180 300°C，干燥固化時間為1 6小時。所用木屑為各種木材加工剩余物或各種果核殼，所述的木材加工剩余物粉碎至20 60目，果核殼破碎至3 16目，控制水分含量為5 40% w t。所用磷酸的。所述濃硫酸的質(zhì)量濃度為80 98%?；罨隈R弗爐中進行，溫度為350 500°C，活化時間為20 110分鐘。理論研究發(fā)現(xiàn)，高于80%濃度的磷酸可以使木質(zhì)纖維素類原料中天然多糖均勻的 溶解。天然多糖的水解過程，例如纖維素，可以用下列方程式表示
權(quán)利要求
1.一種低溫定向制備高比表面積木質(zhì)顆粒活性炭的方法，包括木屑與催化劑的混合、 成型、干燥固化、活化、洗滌干燥工序，其特征在于，木屑與催化劑的混合步驟具體是一個酸 水解糖化過程，先將催化劑質(zhì)量濃度為40 60%的磷酸與木屑按照純磷酸與絕干木屑質(zhì)量 比為1. 0 1 3. 0 1的比例進行混合，并按照磷酸質(zhì)量的1% 8%加入濃硫酸，在酸水解糖 化處理混合物料達到常規(guī)的能成型的粘度后進入成型工序，酸水解糖化處理溫度為100 120°C，時間1 4小時；成型工序為是在室溫下，混合物料在捏合機中捏合5 10分鐘進 入成型機成型為柱狀或顆粒狀活性炭；干燥固化在烘箱中進行，溫度為180 300°C，干燥 固化時間為1 6小時。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫定向制備高比表面積容木質(zhì)顆?；钚蕴康姆椒?，其特征 在于，所用木屑為各種木材加工剩余物或各種果核殼，所述的木材加工剩余物粉碎至20 60目，果核殼破碎至3 16目，控制水分含量為5 40% w t。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫定向制備高比表面積木質(zhì)顆?；钚蕴康姆椒?，其特征在 于，所述濃硫酸的質(zhì)量濃度為80 98%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫定向制備高比表面積木質(zhì)顆?；钚蕴康姆椒?，其特征在 于，活化在馬弗爐中進行，溫度為350 500°C，活化時間為20 110分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提出一種低溫制備高比表面積木質(zhì)顆?；钚蕴康姆椒?，以木質(zhì)纖維素類原料與磷酸在濃硫酸的催化下加熱進行酸水解糖化處理，使混合料具備可成型的粘性，經(jīng)捏合后成型為柱狀(或球狀)，經(jīng)180~300℃的干燥固化后在350~500℃活化可以制備出具有高性能的木質(zhì)成型顆?；钚蕴勘缺砻娣e可達2600m2/g，總孔容可達2.05cm3/g，孔徑大小主要分布在12~50 范圍，可占85%以上，CCl4吸附值在120%以上。在制備高比表面積活性炭技術(shù)方面，與物理活化(水蒸氣，CO2等)法相比，本技術(shù)有低能耗、高吸附性能和高得率的優(yōu)點；與堿法相比，本技術(shù)有活化劑易于回收、成本低和環(huán)境污染輕等優(yōu)點。
文檔編號C01B31/12GK102092712SQ20111003314
公開日2011年6月15日 申請日期2011年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月31日
發(fā)明者劉曉敏, 孫康, 朱光真, 鄧先倫 申請人:中國林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所