一種制備活性炭的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種活性炭的制備方法，屬活性炭制備【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法以聚丙烯腈纖維為碳源，加入多胺試劑升溫交聯(lián)反應(yīng)；反應(yīng)至一定時間通入CO2升溫、碳化、物理活化、冷卻、水洗,升溫使水分完全蒸發(fā)，得到活性炭。所得材料具有豐富的表面胺基官能團(tuán)和優(yōu)異的吸附性能，能夠應(yīng)用在吸附有毒氣體、凈化污水、飲用水吸附等領(lǐng)域。制備工藝簡單、效率高、成本低、易操作，非常有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種制備活性炭的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于活性炭的制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種制備活性炭的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]活性炭作為一種多功能吸附劑，具有很好的吸附性能，可以利用多種天然材料和石化材料制得。聚丙烯腈是制備活性炭纖維的一種良好基材，可以用于制備活性炭?；钚蕴恐苽涔に囈话惆ㄎ锢砘罨突瘜W(xué)活化兩種工藝。化學(xué)活化主要使用各種化學(xué)活化劑，例如，2冗12，陽04，物理活化法是將原料先碳化，再在高溫下利用氧化性氣體，使石墨微晶中的碳原子部分氧化形成發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，增加內(nèi)表面積。
[0003]聚丙烯腈活性炭纖維的結(jié)構(gòu)是無定形石墨碳，含有六角碳層，碳層中有各種尺寸的縫隙，而且從小縫隙到大縫隙依次排列。由聚丙烯腈原絲制備活性炭纖維的工藝流程如下:？ 4 ~原絲~預(yù)氧化~7001以下碳化~高于7001:碳化、活化同時進(jìn)行表面處理，卷曲得到聚丙烯腈纖維。聚丙烯腈基活性炭纖維生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生劇毒的訊^，而且氧化過程不易控制，難以生產(chǎn)出比表面積大的產(chǎn)品。
[0004]專利⑶200810151333.9公開了一種活性炭纖維及其制備方法，該方法以成纖聚合物和銀、銅、鋅等功能性添加成分為原料，然后再經(jīng)預(yù)氧化、碳化、水蒸氣氮氣活化制得活性炭纖維，或者經(jīng)氫氧化鈉處理、碳化、水蒸氣活化制得活性炭纖維。專利⑶200510030545.8公開了一種具有中空形態(tài)結(jié)構(gòu)的活性炭纖維和制備方法，該方法以醫(yī)用聚丙烯腈中空纖維為原料，在含磷化物溶液中浸泡預(yù)處理，然后經(jīng)預(yù)氧化、碳化、活化而成。專利(^200510101946.8公開了一種復(fù)合活性炭纖維及其制備方法，該復(fù)合活性炭纖維由玻璃纖維和包覆于玻璃纖維外層的多孔炭層構(gòu)成，多孔碳層中有豐富的微孔及部分中孔；多孔炭層由聚丙烯腈、酚醛或聚乙烯醇與氯化鋅或磷酸的混合物經(jīng)高溫碳化活化而成。上述方法制備工藝復(fù)雜，在大規(guī)模推廣應(yīng)用上存在弊端。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種適合工業(yè)化應(yīng)用的制備活性炭的方法，使制備得到的活性炭具有豐富的表面官能團(tuán)和較大的比表面面積。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明使用化學(xué)放熱方法進(jìn)行纖維碳化、利用化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行造孔，前期反應(yīng)需要熱源，后期碳化過程無需繼續(xù)加熱。具體技術(shù)方案如下:
(1)稱取聚丙烯腈纖維置于保溫反應(yīng)容器中，加入多胺反應(yīng)試劑，使聚丙烯腈纖維完全浸沒于反應(yīng)試劑中，在氮氣保護(hù)下升溫至110~1651進(jìn)行反應(yīng)0.5~6匕得到交聯(lián)的聚丙烯腈纖維；
(2)放出部分多胺反應(yīng)試劑，停止通隊，改通入(?，保溫繼續(xù)反應(yīng)，交聯(lián)聚丙烯腈纖維、多胺試劑、(?同時發(fā)生反應(yīng)，系統(tǒng)溫度自然升高至600-9001:，交聯(lián)聚丙烯腈纖維在該溫度下進(jìn)行碳化；
(3)碳化完成后后停止通入⑶2，通入空氣進(jìn)行自然冷卻，系統(tǒng)降至室溫，用凈水洗滌過量未反應(yīng)的多胺溶液與反應(yīng)副產(chǎn)物，使洗滌溶液呈中性，升溫使水分完全蒸發(fā)，得到活性炭。
[0007]所述的聚丙烯腈纖維為聚丙烯腈質(zhì)量百分含量在85%以上纖維狀材料，可以是任意形式。
[0008]所述的多胺試劑是三乙烯四胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺、三乙醇胺中的一種或多種組合反應(yīng)溫度優(yōu)選130-1501。
[0009]步驟(2)中，交聯(lián)的聚丙烯腈纖維與多胺試劑質(zhì)量比=0.2-2:1 ；通入的二氧化碳的量:每100@聚丙稀腈纖維為10-301111/111111,時間為2-611。
[0010]活性炭樣品的比表面積及孔徑分布采用8X122？型比表面積及孔徑分布測試儀(北京精微高博科學(xué)技術(shù)有限公司生產(chǎn)樣品處理和測試條件:1501加熱2小時去除表面吸附物后，以高純氮氣作吸附介質(zhì)、以液氮為冷阱進(jìn)行測定。利用冊1方程計算比表面積。
[0011]氨基交換容量測定參考環(huán)氧固化劑胺值的測定方法。
[0012]本發(fā)明以聚丙烯腈纖維為原材料，通過胺化、碳化、活化等工藝，制備出活性炭材料。其有益效果是:將聚丙烯腈纖維先進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，%順-順-8-順-⑶只-尺；在后續(xù)反應(yīng)(步驟2)中，(?與胺反應(yīng)，腿—腿！乂00—；整個過程為放熱反應(yīng)，利用反應(yīng)熱自然升至高溫，對聚丙烯腈進(jìn)行碳化，有利于熱源節(jié)約和再利用，且制備工藝簡單、效率高、成本低、易操作，非常有利于工業(yè)化生產(chǎn)。所得的活性炭產(chǎn)品，具有較大比表面面積和豐富的表面胺基官能團(tuán)，可以滿足特定條件的應(yīng)用需求。尤其在吸附有毒氣體、凈化污水、飲用水吸附等領(lǐng)域，有較好的應(yīng)用效果。

【具體實施方式】
[0013]以下結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0014]實施例1
稱取聚丙烯腈纖維20.08，三乙烯四胺25001，加入到50001容量瓶中，通入隊保護(hù)下進(jìn)行加熱到1351，反應(yīng)3.0小時后，移出三乙烯四胺反應(yīng)試劑20001 ；以101111加111速度通入⑶”繼續(xù)反應(yīng)3.5匕溫度自然升溫至7301:，停止通⑶”通入空氣進(jìn)行冷卻，直至反應(yīng)體系降至室溫，用40001純凈水分次進(jìn)行沖洗，溶解未反應(yīng)的多胺溶液與反應(yīng)副產(chǎn)物，直至試紙測試洗滌水呈中性；而后將反應(yīng)產(chǎn)物放至鼓風(fēng)干燥箱中，200 X:干燥0.5匕得到活性炭。所制備活性炭性能指標(biāo)為:比表面積680.32 1117^ ；表觀氨基交換含量為3.511111101/80
[0015]實施例2
稱取聚丙烯腈纖維50.08，三乙烯四胺和三乙醇胺(體積比1:1) 50001，加入到100001容量瓶中，通入隊保護(hù)下進(jìn)行加熱到1501，反應(yīng)4.0小時后，移出三乙烯四胺和三乙醇胺反應(yīng)試劑40001 ；以1201/0111速度通入⑶”繼續(xù)反應(yīng)4.0卜，溫度自然升溫至7601:，停止通(?，通入空氣進(jìn)行冷卻，直至反應(yīng)體系降至室溫，用100001純凈水分次進(jìn)行沖洗，溶解未反應(yīng)的多胺溶液與反應(yīng)副產(chǎn)物，直至試紙測試洗滌水呈中性；而后將反應(yīng)產(chǎn)物放至鼓風(fēng)干燥箱中，200^2/^；表觀氨基交換含量為3.0.01/8。
[0016]實施例3 稱取聚丙稀腈纖維5.0@，四乙稀五胺15001，加入到25001容量瓶中，通入~2保護(hù)下進(jìn)行加熱到1251，反應(yīng)6.0小時后，移出四乙烯五胺反應(yīng)試劑14001 ；以151111加111速度通入⑶”繼續(xù)反應(yīng)6.0匕溫度自然升溫至7301:，停止通⑶”通入空氣進(jìn)行冷卻，直至反應(yīng)體系降至室溫，用10001純凈水分次進(jìn)行沖洗，溶解未反應(yīng)的多胺溶液與反應(yīng)副產(chǎn)物，直至四試紙測試洗滌水呈中性；而后將反應(yīng)產(chǎn)物放至鼓風(fēng)干燥箱中，200 X:干燥0.5匕得到活性炭。所制備活性炭性能指標(biāo)為:^^^^ 625.301^/1表觀氨基交換含量為5.611111101/8。
[0017]實施例4
稱取聚丙稀腈針織布15.3匕，三乙稀四胺:四乙稀五胺(體積比1: 1)7001，加入到10001反應(yīng)釜中，通入隊保護(hù)下進(jìn)行加熱到140 X:，反應(yīng)4.0小時后，移出部分三乙烯四胺和四乙烯五胺反應(yīng)試劑，交聯(lián)聚丙烯腈針織布中含反應(yīng)試劑20.0。以3 I加化速度通入⑶2，繼續(xù)反應(yīng)5.0匕溫度自然升溫至850 V，停止通(?，通入空氣進(jìn)行冷卻，直至反應(yīng)體系降至室溫，用2001純凈水分次進(jìn)行沖洗，溶解未反應(yīng)的多胺溶液與反應(yīng)副產(chǎn)物，直至試紙測試洗滌水呈中性；而后將反應(yīng)產(chǎn)物放至鼓風(fēng)干燥箱中，200 X:干燥2.5匕得到活性炭。所制備活性炭性能指標(biāo)為:比表面積835.50^/8 ；表觀氨基交換含量為3.4011111101/80
[0018]實施例5
稱取聚丙烯腈針織布10.5匕，多乙烯多胺:三乙醇胺(體積比1:1) 400匕加入到5001反應(yīng)釜中，通入隊保護(hù)下進(jìn)行加熱到1451，反應(yīng)3.0小時后，移出部分多乙烯多胺和三乙醇胺反應(yīng)試劑，交聯(lián)聚丙烯腈針織布中含反應(yīng)試劑15.01 ；以2.2 1/111111速度通入002，繼續(xù)反應(yīng)6.0匕溫度自然升溫至780 V，停止通(?，通入空氣進(jìn)行冷卻，直至反應(yīng)體系降至室溫，用2001純凈水分次進(jìn)行沖洗，溶解未反應(yīng)的多胺溶液與反應(yīng)副產(chǎn)物，直至試紙測試，洗滌水呈中性；而后將反應(yīng)產(chǎn)物放至鼓風(fēng)干燥箱中，200 X:鼓風(fēng)干燥3.0匕得到活性炭。所制備活性炭性能指標(biāo)為:比表面積765.321117^ ；表觀氨基交換含量為4.60.01/8。
【權(quán)利要求】
1.一種活性炭的制備方法，其特征在于，通過以下步驟實現(xiàn): (1)稱取聚丙烯腈纖維置于保溫反應(yīng)容器中，加入多胺反應(yīng)試劑，使聚丙烯腈纖維完全浸沒于反應(yīng)試劑中，在氮氣保護(hù)下升溫至110~165°c進(jìn)行反應(yīng)0.5~6h，得到交聯(lián)的聚丙烯腈纖維； (2)，放出部分多胺反應(yīng)試劑，停止通N2，通入C02，保溫繼續(xù)反應(yīng)，交聯(lián)聚丙烯腈纖維、多胺試劑、C02同時發(fā)生反應(yīng)，系統(tǒng)溫度自然升高至600-900°C，聚丙烯腈纖維在該溫度下進(jìn)行碳化； (3)碳化后停止通入C02，通入空氣進(jìn)行自然冷卻，系統(tǒng)降至室溫，用凈水洗滌過量未反應(yīng)的多胺溶液與反應(yīng)副產(chǎn)物，使洗滌溶液呈中性，升溫使水分完全蒸發(fā)，得到活性炭； 所用的多胺試劑是三乙烯四胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺、三乙醇胺中的一種或多種組入口 ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述活性炭的制備方法，其特征是:步驟(1)中，反應(yīng)溫度為130-150°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述活性炭的制備方法，其特征是:步驟(2)中，交聯(lián)的聚丙烯腈纖維:多胺試劑質(zhì)量比=0.2-2:1。
【文檔編號】C01B31/08GK104495838SQ201410763157
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】黃偉慶, 田振邦, 黃做華, 趙東, 趙亮, 段文杰 申請人:河南省科學(xué)院化學(xué)研究所有限公司