专利名称：一种制备活性炭的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备活性炭的方法。
背景技术：
目前生产活性炭的方法主要分为物理活化法和化学活化法两种。化学活化法是用ZnCl2、KOH等化学药剂做活化剂，在500-800℃、常压条件下活化含炭物质制备活性炭。由于这种方法环境污染严重，近年来已很少采用。物理活化法是把含炭材料在常压条件下炭化，然后用氧化性气体如水蒸汽、CO2、氧气或几种氧化性气体的混合气作活化剂，在700-1000℃高温条件下与碳发生氧化反应，制备活性炭，其生产工艺流程如附图1所示。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备活性炭的方法，利用该方法制备活性炭，可以提高活性炭收率，加强活性炭强度、气体分离性能和吸附性能。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案一种制备活性炭的方法，是将含炭材料经过炭化及活化后得到活性炭，所述活化过程中的活化剂由氧化及还原气体组成。
所述氧化气体及还原气体占活化剂的体积份数比分别为99％-60％和1％-40％。
所述氧化气体选自水蒸气、二氧化碳、烟气及氧气中的一种或多种；还原气体选自氨气、氢气、甲胺、乙烯及乙炔中的一种或多种。
氧化还原过程既可以是将氧化及还原气体经混合后同时进行，也可以分别单独进行，即先用氧化性气体氧化造孔，然后再用还原性气体还原，改变活性炭的表面性质。无论氧化、还原同时进行，还是分开进行，均可以提高活性炭收率，改善活性炭的强度、气体分离性能和吸附性能等特性。
所述活化过程的温度是650-1000℃。
所述活化过程可以在常压下进行，也可以在加压的条件下进行的，如果是在加压条件下进行，所加压力为0.3-5MPa。
加压制备活性炭工艺条件如表1所示。
表1、 加压制备活性炭工艺条件
本发明的方法适合于利用各种含炭材料制造活性炭，例如烟煤、无烟煤、褐煤、木材及果壳等均可。
本发明由于采用了上述工艺，活化剂中由氧化性气体与碳发生氧化反应使碳活化生成活性炭，同时由于活化剂中含有还原性气体，与碳中表面的氧化性活性点发生还原反应生成含氢或氮的新型官能团，这些官能团对提高活性炭的吸附性能，尤其是对极性气体如H2S、SO2、甲醛等的吸附性能，发挥着重要作用。
由于活化过程在氧化还原条件下进行，改变了活性炭的表面性质，从而提高了活性炭吸附性能和物理性能，用本发明的方法获得的活性炭吸附能力和脱硫能力较常规方法得到活性炭均提高了10％-30％，产品孔径分布均匀度提高，气体分离能力增强，产品收率提高了2％-15％。
利用本发明的方法可以生产烟气脱硫活性炭(焦)、煤气净化用脱硫活性炭、气体净化及分离活性炭、水处理用活性炭、溶剂回收用活性炭、汽车用活性炭和气体分离用活性炭等各种品种的活性炭。制备的活性炭主要吸附性能和物理性能如表2所示，具有这种性能的活性炭产品是传统物理活化法难以得到的一种高档活性炭产品。
表2、利用氧化还原性混合气体活化制备的活性炭的性能
图1为传统物理活化法生产活性炭的工艺流程图。
具体实施例方式
实施例1
选取烟煤破碎到2-6mm，首先用常规方法进行炭化，炭化终温650℃；然后活化，活化温度800℃，压力为3MPa，活化剂为水蒸汽和氨气、乙烯的混合气，相同体积的氨气和乙烯气在混合气中约占20％，通气时间为10小时，得到活性炭产品，活化收率约40％，制备的活性炭产品性能如下碘值mg/g800-1100亚甲兰mg/g 160-260四氯化炭％ 40％-100％SO2吸附容量mg/g＞100氧氮分离系数12-16比表面m2/g 800-1000堆比重g/L 400-500强度％ 90-98％实施例2选取褐煤破碎磨粉，加焦油搅拌挤压成型，然后炭化，炭化终温650℃；炭化后活化，活化温度800℃，在常压下进行，活化介质水蒸汽和氢气、氨气的混合气，氢气和氨气的体积份数比是1∶3，它们占混合气的20％，水蒸汽和炭的比是12∶1，通气时间为50小时，得到活性炭产品，活化收率50％，制备的活性炭产品性能如下碘值mg/g 750-1000亚甲兰mg/g 240-230四氯化炭％ 40％-60％H2S吸附量％40％氧氮分离系数 14-24比表面m2/g600-1000堆比重g/L 400-500强度％ 92-98％实施例3选取椰壳，破碎到4-20mm，常规方法炭化，炭化终温550℃；炭化后活化，活化温度800℃，在常压下进行，活化介质为水蒸汽及乙炔、氨气的混合气，等体积乙炔、氨气的混合气与水蒸汽的体积份数比为1∶9，水蒸汽和炭的比是10∶1，通气时间为70小时，得到活性炭产品，活化收率45％，制备的活性炭产品性能如下
碘值mg/g850-1000亚甲兰mg/g 160-200四氯化炭％ 40％-80％氧氮分离系数16-25比表面m2/g 700-1000堆比重g/L 440-600强度％ 94-99％
权利要求
1.一种制备活性炭的方法，是将含炭材料经过炭化及活化后得到活性炭，其特征在于所述活化过程中的活化剂由氧化及还原气体组成。
2.根据权利要求1所述的制备活性炭的方法，其特征在于所述氧化气体及还原气体占活化剂的体积份数比分别为99％-60％和1％-40％。
3.根据权利要求1所述的制备活性炭的方法，其特征在于所述氧化气体选自水蒸气、二氧化碳、烟气及氧气中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的制备活性炭的方法，其特征在于所述还原气体选自氨气、氢气、甲胺、乙烯及乙炔中的一种或多种。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的制备活性炭的方法，其特征在于所述氧化及还原气体经混合后同时进行作用。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的制备活性炭的方法，其特征在于所述活化过程是先通入氧化气体，再通入还原气体。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的制备活性炭的方法，其特征在于所述活化过程的温度是650-1000℃。
8.根据权利要求1或2或3或4所述的制备活性炭的方法，其特征在于所述活化过程是在加压的条件下进行的，所加压力为0.3-5MPa。
9.根据权利要求1或2或3或4所述的制备活性炭的方法，其特征在于所述含炭材料为烟煤、无烟煤、褐煤、木材及果壳中的一种或几种。
全文摘要
本发明公开了一种制备活性炭的方法，利用该方法制备活性炭，可以提高活性炭收率，加强活性炭强度、气体分离性能和吸附性能。本发明的技术方案是将含炭材料经过炭化及活化后得到活性炭，所述活化过程中的活化剂由氧化及还原气体组成。由于活化过程在氧化还原条件下进行，改变了活性炭的表面性质，从而提高了活性炭吸附性能和物理性能，其吸附能力和脱硫能力均提高了10％－30％，产品孔径分布均匀度提高，气体分离能力增强，产品收率提高了2％－15％。利用本发明的方法可以生产各种用途的高品质活性炭。
文档编号C01B31/00GK1491886SQ0214600
公开日2004年4月28日 申请日期2002年10月23日 优先权日2002年10月23日
发明者张文辉, 王岭, 李书荣, 梁大明, 刘春兰 申请人:煤炭科学研究总院北京煤化学研究所