专利名称：一种采用高性能炭基吸附剂储存氢气的方法
技术领域：
本发明涉及一种吸附剂的制备方法，特别涉及一种高性能炭基氢气储存吸附剂的制备方法。
背景技术：
氢资源丰富、可再生、环境友好及热值高等特点，使H2被看作是理想的用于替代化石燃料(如石油、煤及天然气等)的能源资源。氢是宇宙中最丰富的元素之一，地球上的物质66 %是由氢组成。H2具有非常高的燃烧值，可用作飞机、汽车等内燃机燃料，而燃烧后 H2O是唯一产物，故氢气被视为理想的清洁燃料。氢气来源非常广泛，可通过电解水，石油、 天然气、煤等化石燃料制取，也可由常规燃料醇、烃类制得，也可以由生物质制取(如，细菌制氢、发酵制氢等)。氢能汽车在发达国家相继出现是氢能车载利用的实例，但仍不能在市场上流通，氢气的车载储存是限制其发展的重要原因，即使在273 K、6.0 MI^下，其氢气的重量储存量仅0. 59 %，远不能满足实际情况的正常使用，氢气的车载储存也是今后实际应用中必须突破的瓶颈。目前储氢方式主要有五种1.)高压储氢；2.)液态储氢；3.)金属化合物储氢；4.)有机物储氢；5.)吸附储氢；其中将炭材料用于H2吸附储存是较理想的一种吐储存方式。活性炭是一种具有复杂的多孔结构及大的比表面积的炭材料，在低温下表现出了良好的H2吸附特性，而受到了人们高度的重视，早在1967年就有关于活性炭用于 H2吸附储存的报道。近些年，超高比表面积活性炭的问世，进一步引起了人们研究H2在超高比表面积活性炭上的吸附性能的兴趣。超高比表面积活性炭具有更大的比表面积、孔径更小且分布更均勻，更适宜分子尺寸较小的H2吸附储存。目前将活性炭用于H2吸附储存的研究主要集中在理论上的研究，为了获得具有高的吐吸附性能的活性炭吸附剂，从活性炭吸附剂制备入手，探索活性炭吸附剂制备条件对氢气吸附储存性能的影响，开发具有高的氢气吸附性能的吸附剂，这为氢能的开发利用具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种采用高性能炭基吸附剂储存氢气的方法，采用该方法不仅氢气吸附储存量大，而且方法简单，成本较低。该发明目的是通过以下技术方案实现的一种采用高性能炭基吸附剂储存氢气的方法，包括以下步骤
a,将重量比KOH/碳为2. 0 4. 0的活化剂KOH和石油焦充分搅拌混合； b，将混合好的原料置于活化炉中，于N2气氛中以升温速率为2 10 0C /min从室温升至800 900 0C，并在终点温度下活化60 120 min ；
c，待活化反应结束且温度降到室温时，取出样品经水洗至中性，再在120 °C下烘烤 8-12小时制得高性能炭基吸附剂；
d，将步骤c所制备的高性能炭基吸附剂5—11 g装入吸附管中，在120 °C下减压脱气处理 240 min ；e,d步骤处理结束后，自然冷却并通过温度调节器将温度调到0 30°C的吸附温度；
f,恒温120min后，将纯度不小于99. 999 %的氢气通入到吸附压力为0 9. 0 MPa的吸附管中，恒温吸附平衡360 min即可。进一步，步骤a中，KOH/石油焦重量比为3. 0 ；步骤c中，终点活化温度为800 °C， 活化处理时间为90 min。本发明的有益效果采用本方法储存氢气，通过吸附剂制备条件的调变，在较温和的条件下制得具有高氢气吸附性能的吸附剂，与成品活性炭用于氢气吸附储存相比，本方法具有吸附剂的制备方法简单、价格低廉、氢气吸附性能可调，氢气吸附储存量大等优点。
具体实施例方式本发明的一种采用高性能炭基吸附剂储存氢气的方法，包括以下步骤 a,将重量比KOH/碳为2. 0 4. 0的活化剂KOH和石油焦充分搅拌混合；
b，将混合好的原料置于活化炉中，于N2气氛中以升温速率为2 10 0C /min从室温升至800 900 0C，并在终点温度下活化60 120 min ；
c，待活化反应结束且温度降到室温时，取出样品经水洗至中性，再在120 °C下烘烤 8-12小时制得高性能炭基吸附剂；
d，将步骤c所制备的高性能炭基吸附剂5—11 g装入吸附管中，在120 °C下减压脱气处理 240 min ；
e,d步骤处理结束后，自然冷却并通过温度调节器将温度调到0 30 °C的吸附温度；
f,恒温120min后，将纯度不小于99. 999 %的氢气通入到吸附压力为0 9. 0 MPa的吸附管中，恒温吸附平衡360 min即可。为了更加清楚完整的说明本方法，下面列举具体实施例辅助说明 实施例1
将重量比KOH/碳为2. 0的活化剂KOH和石油焦充分搅拌混合；然后将混合好的原料置于活化炉中，于N2气氛中以升温速率为2°C /min从室温升至800 °C，并在终点温度下活化90min ；待活化反应结束且温度降到室温时，取出样品经水洗至中性，再在120 °C下烘烤 8小时制得高性能炭基吸附剂；将制备的高性能炭基吸附剂5g装入吸附管中，在120 ！下减压脱气处理MO min;处理结束后，自然冷却并通过温度调节器将温度调到0 °C的吸附温度；恒温120 min后，将纯度不小于99. 999 %的氢气通入到吸附压力为3. 5 MPa的吸附管中，恒温吸附平衡360 min即可。实施例2
同实施例1，区别之处在于吸附温度为0 °C，吸附压力为5. 0 MPa0实施例3
同实施例1，区别之处在于吸附温度为0 °C，吸附压力为9. 0 MPa0实施例4
同实施例1，区别之处在于吸附温度为25 °C，吸附压力为2. 5 MPa0实施例5
同实施例1，区别之处在于吸附温度为25 °C，吸附压力为9. 0 MPa0实施例6将重量比KOH/碳为2. 5的活化剂KOH和石油焦充分搅拌混合；然后将混合好的原料置于活化炉中，于队气氛中以升温速率为10 0C /min从室温升至800 °C，并在终点温度下活化90 min;待活化反应结束且温度降到室温时，取出样品经水洗至中性，再在120 °C下烘烤12小时制得高性能炭基吸附剂；将制备的高性能炭基吸附剂11 g装入吸附管中，在120 ！下减压脱气处理MO min ；处理结束后，自然冷却并通过温度调节器将温度调到0°C的吸附温度；恒温120 min后，将纯度不小于99. 999 %的氢气通入到吸附压力为3. 5 MPa的吸附管中，恒温吸附平衡360 min即可。实施例7
同实施例6，区别之处在于吸附温度为0 °C，吸附压力为5. 0 MPa0实施例8
同实施例6，区别之处在于吸附温度为0 °C，吸附压力为9. 0 MPa0实施例9
同实施例6，区别之处在于吸附温度为25 °C，吸附压力为2. 5 MPa0实施例10
同实施例6，区别之处在于吸附温度为25 °C，吸附压力为9. 0 MPa0实施例11
将重量比KOH/碳为3. 0的活化剂KOH和石油焦充分搅拌混合；然后将混合好的原料置于活化炉中，于N2气氛中以升温速率为6°C /min从室温升至800°C，并在终点温度下活化90 min;待活化反应结束且温度降到室温时，取出样品经水洗至中性，再在120 °C下烘烤10小时制得高性能炭基吸附剂；将所制备的高性能炭基吸附剂8g装入吸附管中，在120 ！下减压脱气处理MO min;处理结束后，自然冷却并通过温度调节器将温度调到0 °〇的吸附温度；恒温120 min后，将纯度不小于99. 999 %的氢气通入到吸附压力为3. 5 MPa的吸附管中，恒温吸附平衡360 min即可。实施例12
同实施例11，区别之处在于吸附温度为0 °C，吸附压力为5. 0 MPa0实施例13
同实施例11，区别之处在于吸附温度为0 °C，吸附压力为9. 0 MPa0实施例14
同实施例11，区别之处在于吸附温度为25 °C，吸附压力为2. 5 MPa0实施例15
同实施例11，区别之处在于吸附温度为25 °C，吸附压力为9. 0 MPa0实施例16
将重量比KOH/碳为4. 0的活化剂KOH和石油焦充分搅拌混合；然后将混合好的原料置于活化炉中，于N2气氛中以升温速率为8°C /min从室温升至800°C，并在终点温度下活化90 min;待活化反应结束且温度降到室温时，取出样品经水洗至中性，再在120 °C下烘烤10小时制得高性能炭基吸附剂；将所制备的高性能炭基吸附剂6g装入吸附管中，在120 ！下减压脱气处理MO min;处理结束后，自然冷却并通过温度调节器将温度调到0 °〇的吸附温度；恒温120 min后，将纯度不小于99. 999 %的氢气通入到吸附压力为3. 5 MPa的吸附管中，恒温吸附平衡360 min即可。
实施例17
同实施例16，区别之处在于吸附温度为0 °C，吸附压力为5. 0 MPa0实施例18
同实施例16，区别之处在于吸附温度为0 °C，吸附压力为9. 0 MPa0实施例19
同实施例16，区别之处在于吸附温度为25 °C，吸附压力为2. 5 MPa0实施例20
同实施例16，区别之处在于吸附温度为25 °C，吸附压力为9. 0 MPa0实施例21
将重量比KOH/碳为3. 0的活化剂KOH和石油焦充分搅拌混合；然后将混合好的原料置于活化炉中，于N2气氛中以升温速率为6°C /min从室温升至850°C，并在终点温度下活化90 min;待活化反应结束且温度降到室温时，取出样品经水洗至中性，再在120 °C下烘烤10小时制得高性能炭基吸附剂；将所制备的高性能炭基吸附剂7g装入吸附管中，在120 ！下减压脱气处理MO min;处理结束后，自然冷却并通过温度调节器将温度调到0 °〇的吸附温度；恒温120 min后，将纯度不小于99. 999 %的氢气通入到吸附压力为3. 5 MPa的吸附管中，恒温吸附平衡360 min即可。实施例22
同实施例21，区别之处在于吸附温度为0 °C，吸附压力为6. 0 MPa时。实施例23
同实施例21，区别之处在于吸附温度为0 °C，吸附压力为9. 0 MPa时。实施例M
同实施例21，区别之处在于吸附温度为25 °C，吸附压力为2. 5 MPa0实施例25
同实施例21，区别之处在于吸附温度为25 °C，吸附压力为9. 0 MPa0实施例沈
将重量比KOH/碳为3. 0的活化剂KOH和石油焦充分搅拌混合；然后将混合好的原料置于活化炉中，于N2气氛中以升温速率为6°C /min从室温升至900°C，并在终点温度下活化 90 min;待活化反应结束且温度降到室温时，取出样品经水洗至中性，再在120 °C下烘烤 10小时制得高性能炭基吸附剂；将所制备的高性能炭基吸附剂IOg装入吸附管中，在120 ！下减压脱气处理MO min;处理结束后，自然冷却并通过温度调节器将温度调到0 °〇的吸附温度；恒温120 min后，将纯度不小于99. 999 %的氢气通入到吸附压力为3. 5 MPa的吸附管中，恒温吸附平衡360 min即可。实施例27
同实施例26，区别之处在于吸附温度为0 °C，吸附压力为6. 0 MPa0实施例28
同实施例26，区别之处在于吸附温度为0 °C，吸附压力为9. 0 MPa0实施例29
同实施例26，区别之处在于吸附温度为25 °C，吸附压力为2. 5 MPa0实施例30
6同实施例26，区别之处在于吸附温度为25 °C，吸附压力为9. 0 MPa0实施例31
将重量比KOH/碳为3. 0的活化剂KOH和石油焦充分搅拌混合；然后将混合好的原料置于活化炉中，于N2气氛中以升温速率为6°C /min从室温升至800°C，并在终点温度下活化 60 min;待活化反应结束且温度降到室温时，取出样品经水洗至中性，再在120 °C下烘烤 10小时制得高性能炭基吸附剂；将所制备的高性能炭基吸附剂Ilg装入吸附管中，在120 ！下减压脱气处理MO min;处理结束后，自然冷却并通过温度调节器将温度调到0 °〇的吸附温度；恒温120 min后，将纯度不小于99. 999 %的氢气通入到吸附压力为3. 5 MPa的吸附管中，恒温吸附平衡360 min即可。实施例32
同实施例31，区别之处在于吸附温度为0 °C，吸附压力为6. 0 MPa0实施例33
同实施例31，区别之处在于吸附温度为0 °C，吸附压力为9. 0 MPa0实施例34
同实施例31，区别之处在于吸附温度为25 °C，吸附压力为2. 5 MPa0实施例35
同实施例31，区别之处在于吸附温度为25 °C，吸附压力为9. 0 MPa0实施例36
将重量比KOH/碳为3. 0的活化剂KOH和石油焦充分搅拌混合；然后将混合好的原料置于活化炉中，于N2气氛中以升温速率为6°C /min从室温升至800°C，并在终点温度下活化 120 min;待活化反应结束且温度降到室温时，取出样品经水洗至中性，再在120 °C下烘烤 10小时制得高性能炭基吸附剂；将所制备的高性能炭基吸附剂9g装入吸附管中，在120。C 下减压脱气处理MO min;处理结束后，自然冷却并通过温度调节器将温度调到0 °C的吸附温度；恒温120 min后，将纯度不小于99. 999 %的氢气通入到吸附压力为3. 5 MPa的吸附管中，恒温吸附平衡360 min即可。实施例37
同实施例36，区别之处在于吸附温度为0 °C，吸附压力为6. 0 MPa0实施例38
同实施例36，区别之处在于吸附温度为0 °C，吸附压力为9. 0 MPa0实施例39
同实施例36，区别之处在于吸附温度为25 °C，吸附压力为2. 5 MPa0实施例40
同实施例36，区别之处在于吸附温度为25 °C，吸附压力为9. 0 MPa0
在常压、25 ’ C下达到脱附平衡后，对上述40个实施例进行H2脱附量测量(管线及样品死体积由H2测定并扣除)，检测结果如下表所示
权利要求
1.一种采用高性能炭基吸附剂储存氢气的方法，其特征在于包括以下步骤 a,将重量比KOH/碳为2. 0 4. 0的活化剂KOH和石油焦充分搅拌混合；b，将混合好的原料置于活化炉中，于N2气氛中以升温速率为2 10 0C /min从室温升至800 900 0C，并在终点温度下活化60 120 min ；c，待活化反应结束且温度降到室温时，取出样品经水洗至中性，再在120 °C下烘烤 8-12小时制得高性能炭基吸附剂；d，将步骤c所制备的高性能炭基吸附剂5—11 g装入吸附管中，在120 °C下减压脱气处理 240 min ；e,d步骤处理结束后，自然冷却并通过温度调节器将温度调到0 30°C的吸附温度；f,恒温120min后，将纯度不小于99. 999 %的氢气通入到吸附压力为0 9. 0 MPa的吸附管中，恒温吸附平衡360 min即可。
2.根据权利要求1所述的采用高性能炭基吸附剂储存氢气的方法，其特征在于步骤a 中，KOH/石油焦重量比为3.0 ；步骤c中，终点活化温度为800 °C，活化处理时间为90 min。
全文摘要
本发明公开了一种采用高性能炭基吸附剂储存氢气的方法，以自制高性能活性炭为吸附剂；在KOH/石油焦重量比为3.0，活化温度为800℃下活化90min制得的活性炭具有最佳的氢气吸附储存性能，在吸附温度为0℃、吸附压力为9.0MPa时，氢气吸附储存量可达20.97mmol·g-1；即使吸附温度为25℃、吸附压力为2.5MPa时，氢气吸附储存量也可达5.26mmol·g-1，与目前所研究的氢气储存体系相比如高压储氢，液态储氢，有机物储氢，吸附储氢等，通过该方法制得的活性炭具有氢气吸附储存能力高、活性炭吸附剂制备方法简单、温和、价格低廉等优点。
文档编号B01J20/30GK102423689SQ201110265560
公开日2012年4月25日 申请日期2011年9月8日 优先权日2011年9月8日
发明者刘辉, 周桂林, 谢红梅 申请人:重庆工商大学