专利名称：一种硼磷浸渍共渗提高多孔炭抗氧化性的方法
技术领域：
本发明属化工材料科学技术领域，具体地，涉及一种通过硼磷浸溃共渗提高多孔炭抗氧化性的方法，以煤基多孔炭为原料，经过洗涤除杂、浸溃硼磷、高温热处理制得抗氧化性好的多孔炭。
背景技术：
多孔炭是目前应用较为广泛的炭材料家族中的一员，因其特殊的孔结构、大的比表面积、优良的机械性能等广泛应用于化工、机械、电子、环保、催化等领域。需要指出的是，抗氧化性的大小很大程度上制约着多孔炭在某些领域的应用。因此，提高多孔炭的抗氧化性是目前研究的热点之一。内部基体改性是提高多孔炭抗氧化性的有效方法，即通过添加磷、卤素、硼等氧化抑制剂提高多孔炭的抗氧化性，其中硼、磷是目前提高多孔炭抗氧化性 最常添加的元素。目前，单独研究多孔炭渗硼和渗磷的方法很多，但多孔炭硼磷浸溃共渗却未见他人报道。另外，多孔炭渗硼后因硼的覆盖或进入导致其吸附性能下降，表现为苯吸附值会有所减少，从而阻碍了其在吸附等领域的应用。若能在保持多孔炭吸附性能的情况下，通过简单的浸溃方法实现硼磷共渗，有望推动多孔炭在高温领域和吸附领域的应用。
发明内容
为克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供一种通过硼磷浸溃共渗提高多孔炭抗氧化性的方法。为实现上述目的，本发明采用下述方案一种硼磷浸溃共渗提高多孔炭抗氧化性的方法，其特征在于以煤基多孔炭为原料，经过洗涤除杂、浸溃硼磷、高温热处理，显著提高多孔炭的抗氧化性，具体制备方法如下(I)、将原料煤基多孔炭先经沸水洗涤、再经超声洗涤，干燥后粉碎备用；(2)、将粉碎后的多孔炭与渗硼剂混合均匀，置入容器中，再加入浸溃剂(亦是供磷剂)并混合均匀，将容器在设定温度下静置一段时间，洗涤干燥；(3)、浸溃处理后的多孔炭在惰性气氛下进行高温热处理，冷却后即制得抗氧化性显著提高的多孔炭。优选的，上述步骤(I)中，沸水洗涤时间为10 60min。优选的，上述步骤(I)中，超声洗涤为超声波水洗，洗涤时间为10 120min。优选的，上述步骤(2)中，渗硼剂为氧化硼，粉碎后的多孔炭与渗硼剂的质量比为(340 540) 39。优选的，上述步骤(2)中，供磷剂为质量浓度为85%的磷酸。优选的，上述步骤⑵中，将盛有多孔炭、渗硼剂和供磷剂溶液的容器置于25 150°C的干燥箱中加热12 96h。优选的，上述步骤(3)中，浸溃渗硼后的多孔炭的热处理温度为900°C。
优选的,上述步骤(3)中,惰性气氛为氮气、氦气或氩气。优选的，上述步骤(I)和⑵中，干燥时的温度为110°C。一种多孔炭，以煤基多孔炭为原料，其特征在于，按照上述方法制备。本发明的有益效果为改性后的多孔炭抗氧化性较好，且吸附性能得到很好地保持。多孔炭在残炭炉中缓慢氧化至500°C并停留O. 5h的氧化失重率由82%可降至5% ;渗硼后多孔炭苯吸附值反而有所提高，由257mg. g—1提高到287mg. g_S利于多孔炭的工业化应用。
具体实施例方式下面将结合具体实施例对本发明做进一步的描述。实施例I将煤基多孔炭先经沸水洗涤lOmin，再经超声波水洗20min，以去除多孔炭中物理吸附的杂质，并于110°c干燥箱中充分干燥，将干燥后的多孔炭粉碎至20目以下；取粉碎后的多孔炭与氧化硼粉末混合均匀，其质量比为80 13，在玻璃容器加入质量浓度为85%的磷酸混合均匀，所加磷酸与多孔炭、氧化硼混合物的质量比为3 1，将容器在室温状态下静置96h，将浸溃处理过的多孔炭用蒸馏水洗涤，放入110°C干燥箱中充分干燥；将干燥后的多孔炭在氮气气氛下以10°C /min升温至900°C，恒温5h，冷却后即制得所需多孔炭。
制得的多孔炭样品在残炭炉中缓慢升温氧化至500°C并停留O. 5h的氧化失重率
为18. 2%，远低于未渗硼时82%，该多孔炭苯吸附值略有降低，由257mg. g—1下降至219mg.
_1g O实施例2将煤基多孔炭先经沸水洗涤30min，再经超声波水洗20min，以去除多孔炭中物理吸附的杂质，并于110°C干燥箱中充分干燥，取粉碎后的多孔炭与氧化硼粉末混合均匀，其质量比为80 13，在玻璃容器加入质量浓度为85%的磷酸混合均匀，所加磷酸与多孔炭、氧化硼混合物的质量比为3 1，将玻璃容器放在100°C烘箱中静置96h，将浸溃处理过的多孔炭用蒸馏水洗涤，放入110°C干燥箱中充分干燥；将干燥后的多孔炭在氮气气氛下以IO0C /min升温至900°C，恒温5h，冷却后即制得所需多孔炭。制得的多孔炭样品在残炭炉中缓慢升温氧化至500°C并停留O. 5h的氧化失重率
为17. 8%，远低于未渗硼时82%。该多孔炭苯吸附值略有降低，由257mg. g—1下降至221mg.
_1g O实施例3将煤基多孔炭先经沸水洗涤30min，再经超声波水洗120min，以去除多孔炭中物理吸附的杂质，并于110°C干燥箱中充分干燥，将干燥后的多孔炭粉碎至20目以下。取粉碎后的多孔炭与氧化硼粉末混合均匀，其质量比为140 39，在玻璃容器中加入质量浓度为85%的磷酸混合均匀，所加磷酸与多孔炭、氧化硼混合物的质量比为3 1，将玻璃容器在室温状态下静置72h，将浸溃处理过的多孔炭用蒸馏水洗涤，放入110°C干燥箱中充分干燥；将干燥后的多孔炭在氦气气氛下以10°C /min升温至900°C，恒温5h，冷却后即制得所需多孔炭。制得的多孔炭样品在残炭炉中缓慢升温氧化至500°C并停留O. 5h的氧化失重率为27. 7%，远低于未渗硼时82%。该多孔炭苯吸附值略有降低，由257mg. g—1下降到215mg.
_1g O实施例4将煤基多孔炭先经沸水洗涤40min，后经超声波水洗lOOmin，以去除多孔炭中物理吸附的杂质，并于110°C干燥箱中充分干燥，将干燥后的多孔炭粉碎至20目以下。取粉碎后的多孔炭与氧化硼粉末混合均匀，其质量比为140 39，在玻璃容器中加入质量浓度为85%的磷酸混合均匀，所加磷酸与多孔炭、氧化硼混合物的质量比为3 1，将玻璃容器在室温状态下静置96h，将浸溃处理过的多孔炭用蒸馏水洗涤，放入110°C干燥箱中充分干燥；将干燥后的多孔炭在氦气气氛下以10°C /min升温至900°C，恒温5h，冷却后即制得所需多孔炭。 制得的多孔炭样品在残炭炉中缓慢升温氧化至500°C并停留O. 5h的氧化失重率
为23. 1%，远低于未渗硼时82%。该多孔炭苯吸附值略有降低，由257mg. g—1下降到218mg.
_1g O实施例5将煤基多孔炭先经沸水洗涤40min，后经超声水洗20min，以去除多孔炭中物理吸附的杂质，并于110°c干燥箱中充分干燥，将干燥后的多孔炭粉碎至20目以下。取粉碎后的多孔炭与氧化硼粉末混合均匀，其质量比为340 39，在玻璃容器中加入质量浓度为85%的磷酸混合均匀，所加磷酸与多孔炭、氧化硼混合物的质量比为3 1，将玻璃容器在室温状态下静置96h，将浸溃处理过的多孔炭用蒸馏水洗涤，放入110°C干燥箱中充分干燥；将干燥后的多孔炭在氮气气氛下以10°C /min升温至900°C，恒温5h，冷却后即制得所需多孔炭。制得的多孔炭样品在残炭炉中缓慢升温氧化至500°C并停留O. 5h的氧化失重率
为25. 5%，远低于未渗硼时82%。该多孔炭苯吸附值略有降低，由257mg. g—1下降到211mg.
_1g O实施例6将煤基多孔炭先经沸水洗涤50min，后经超声水洗lOOmin，以去除多孔炭中物理吸附的杂质，并于110°c干燥箱中充分干燥，将干燥后的多孔炭粉碎至20目以下。取粉碎后的多孔炭与氧化硼粉末混合均匀，其质量比为180 13，在玻璃容器中加入质量浓度为85%的磷酸混合均匀，所加磷酸与多孔炭、氧化硼混合物的质量比为3 1，将玻璃容器在室温状态下静置96h，将浸溃处理过的多孔炭用蒸馏水洗涤，放入110°C干燥箱中充分干燥；将干燥后的多孔炭在氮气气氛下以10°C /min升温至900°C，恒温5h，冷却后即制得所需多孔炭。制得的多孔炭样品在残炭炉中缓慢升温氧化至500°C并停留O. 5h的氧化失重率
为25. 7%，远低于未渗硼时82%。该多孔炭苯吸附值略有降低，由257mg. g—1下降到236mg.
_1g O实施例7将煤基多孔炭先经沸水洗涤20min，后经超声水洗80min，以去除多孔炭中物理吸附的杂质，并于110°c干燥箱中充分干燥，将干燥后的多孔炭粉碎至20目以下。取粉碎后的多孔炭与氧化硼粉末混合均匀，其质量比为180 13，在玻璃容器中加入质量浓度为85%的磷酸混合均匀，所加磷酸与多孔炭、氧化硼混合物的质量比为3 1，将玻璃容器在100°C烘箱中静置96h，将浸溃处理过的多孔炭用蒸馏水洗涤，放入110°C干燥箱中充分干燥；将干燥后的多孔炭在氩气气氛下以10°C /min升温至900°C，恒温5h，冷却后即制得所需多孔炭。制得的多孔炭样品在残炭炉中缓慢升温氧化至500°C并停留O. 5h的氧化失重率
为11. 6%，远低于未渗硼时82%。该多孔炭苯吸附值变化很小，由257mg. g4下降到252mg.
g -1。实施例8将煤基多孔炭先经沸水洗涤60min，后经超声水洗60min，以去除多孔炭中物理吸附的杂质，并于110°c干燥箱中充分干燥，将干燥后的多孔炭粉碎至20目以下。取粉碎后的多孔炭与氧化硼粉末混合均匀，其质量比为80 13，在玻璃容器中加入质量浓度为85%的磷酸混合均匀，所加磷酸与多孔炭、氧化硼混合物的质量比为3 1，将玻璃容器在室温状态下静置72h，将浸溃处理过的多孔炭用蒸馏水洗涤，放入110°C干燥箱中充分干燥；将干燥后的多孔炭在氩气气氛下以10°C /min升温至900°C，恒温5h，冷却后即制得所需多孔炭。制得的多孔炭样品在残炭炉中缓慢升温氧化至500°C并停留O. 5h的氧化失重率为11.2%，远低于未渗硼时82%。该多孔炭苯吸附值略有降低，由25711^14下降到236. 5mg. g、实施例9将煤基多孔炭先经沸水洗涤60min，后经超声水洗40min，以去除多孔炭中物理吸附的杂质，并于110°c干燥箱中充分干燥，将干燥后的多孔炭粉碎至20目以下。取粉碎后的多孔炭与氧化硼粉末混合均匀，其质量比为80 13，在玻璃容器中加入质量浓度为85%的磷酸混合均匀，所加磷酸与多孔炭、氧化硼混合物的质量比为3 1，将玻璃容器在100°C烘箱中静置72h，将浸溃处理过的多孔炭用蒸馏水洗涤，放入110°C干燥箱中充分干燥；将干燥后的多孔炭在氮气气氛下以10°C /min升温至900°C，恒温5h，冷却后即制得所需多孔炭。制得的多孔炭样品在残炭炉中缓慢升温氧化至500°C并停留O. 5h的氧化失重率
为5. 6%，远低于未渗硼时82%。该多孔炭苯吸附值略有提高，由257mg. g—1提高到259mg.
_1g O实施例10将煤基多孔炭先经沸水洗涤lOmin，后经超声水洗20min，以去除多孔炭中物理吸附的杂质，并于110°c干燥箱中充分干燥，将干燥后的多孔炭粉碎至20目以下。取粉碎后的多孔炭与氧化硼粉末混合均匀，其质量比为80 13，在玻璃容器中加入质量浓度为85%的磷酸混合均匀，所加磷酸与多孔炭、氧化硼混合物的质量比为3 1，将玻璃容器在150°C烘箱中静置96h，将浸溃处理过的多孔炭用蒸馏水洗涤，放入110°C干燥箱中充分干燥；将干燥后的多孔炭在氮气气氛下以10°C /min升温至900°C，恒温5h，冷却后即制得所需多孔炭。制得的多孔炭样品在残炭炉中缓慢升温氧化至500°C并停留O. 5h的氧化失重率为
8.1%，远低于未渗硼时82%。该多孔炭苯吸附值有所提高，由257mg. g—1提高到287mg. g'
权利要求
1.一种硼磷浸溃共渗提高多孔炭抗氧化性的方法，其特征在于，以煤基多孔炭为原料，经过洗涤除杂、浸溃硼磷、高温热处理，显著提高多孔炭的抗氧化性，具体制备方法如下 (1)、将原料煤基多孔炭先经沸水洗涤、再经超声洗涤，干燥后粉碎备用； (2)、将粉碎后的多孔炭与渗硼剂混合均匀，置入容器中，再加入浸溃剂(亦是供磷剂)并混合均匀，将容器在设定温度下静置一段时间，洗涤干燥； (3)、浸溃处理后的多孔炭在惰性气氛下进行高温热处理，冷却后即制得抗氧化性显著提闻的多孔炭。
2.根据权利要求I所述的硼磷浸溃共渗提高多孔炭抗氧化性的方法，其特征在于步骤(I)中，沸水洗涤时间为10 60min。
3.根据权利要求1-2所述的硼磷浸溃共渗提高多孔炭抗氧化性的方法，其特征在于步骤(I)中，超声洗涤为超声波水洗，洗涤时间为10 120min。
4.根据权利要求1-3所述的硼磷浸溃共渗提高多孔炭抗氧化性的方法，其特征在于步骤(2)中，渗硼剂为氧化硼，粉碎后的多孔炭与渗硼剂的质量比为(340 540) 39。
5.根据权利要求1-4所述的硼磷浸溃共渗提高多孔炭抗氧化性的方法，其特征在于步骤(2)中，供磷剂为质量浓度为85%的磷酸。
6.根据权利要求1-5所述的硼磷浸溃共渗提高多孔炭抗氧化性的方法，其特征在于步骤(2)中，将盛有多孔炭、渗硼剂和供磷剂溶液的容器置于25 150°C的干燥箱中加热12 96h。
7.根据权利要求1-6所述的硼磷浸溃共渗提高多孔炭抗氧化性的方法，其特征在于步骤(3)中，浸溃渗硼后的多孔炭的热处理温度为900°C。
8.根据权利要求1-7所述的硼磷浸溃共渗提高多孔炭抗氧化性的方法，其特征在于步骤(3)中,惰性气氛为氮气、氦气或氩气。
9.根据权利要求1-8所述的硼磷浸溃共渗提高多孔炭抗氧化性的方法，其特征在于步骤⑴和(2)中，干燥时的温度为110°C。
10.一种多孔炭，以煤基多孔炭为原料，其特征在于，采用权利要求1-9的方法制备。
全文摘要
本发明属化工材料科学技术领域，具体地，涉及一种硼磷浸渍共渗提高多孔炭抗氧化性的方法。本发明以煤基多孔炭为原料，经过洗涤除杂、浸渍硼磷、高温热处理制得抗氧化性好的多孔炭。多孔炭经硼磷浸渍改性，可有效提高其抗氧化性，并提高其吸附性能。本发明的效果和益处是通过浸渍法硼磷共渗，在提高多孔炭抗氧化性的同时，又保持其吸附性能，有助于多孔炭工业化应用。
文档编号B01J20/20GK102872804SQ20121041887
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月29日 优先权日2012年10月29日
发明者吴明铂, 刘伟, 任研研, 郭宁, 郑经堂, 李士斌, 谭明慧, 吴文婷, 王丁 申请人:中国石油大学(华东)