专利名称：由生物质衍生碳质中间相制备成型活性炭的方法
技术领域：
本发明涉及的是一种材料技术领域的方法，特别是一种由生物质衍生碳质中间相制备成型活性炭的方法。
背景技术：
粉末活性炭，由于其性能上的一些缺陷，其使用受到许多局限。而成型活性炭，具有较大的尺寸和一定的形状，有较高的堆密度与强度，同时依然具有发达的孔结构和比表面积。与粉末活性炭相比，成型活性炭因为其粘结成型工艺，可能导致其相同质量下比表面积会有一定的损失，即单位质量吸附量低于粉末活性炭，然而由于其密度大幅度提高，因此单位体积吸附量要远远高于粉末活性炭。在储藏运输过程中，密度大体积吸附量高的成型活性炭更加具有优势。另外，成型活性炭所具备的强度和可加工性，更有利于满足不同行业的多种用途。
近些年来，国内外许多人采用各种方法进行制备成型活性炭的研究。目前的制备方法大致可以分为三类第一类是直接将具有设定形状和尺寸的木材等天然植物碳化活化得到成型活性炭；第二类是用粘结剂将碳质前驱体原料粘结成型，然后碳化活化；第三类是采用粘结剂将粉体活性炭或活性碳纤维粘结成型，然后碳化活化或者直接得到成型活性炭。其中应用较多的是第二类和第三类，其中的关键是所采用的粘结剂。广义地理解，起到成型作用的组份材料就是粘结剂。目前得到报导的粘结剂有很多种类，主要包括热固性树脂如酚醛树脂，天然高分子及其衍生物如羧甲基纤维素、木质素衍生物，以及石油、煤衍生的沥青和煤焦油等物质。由于粘结剂的使用在大多数情况下会降低块状活性炭的比表面积，但赋予块状成型活性炭形状和强度，同时粘结剂也对成型活性炭的制备工艺参数和价格有重大影响。
经对现有技术的文献检索发现，刊登于科学期刊《Carbon》(碳)，n4，2002，P2817-2825上的文章“Activated carbon monoliths for methane storageinfluence of binder”(用于储存甲烷的成型活性炭粘结剂的影响效果)，该文中介绍到目前制备成型活性炭的技术主要采用将活性炭粉体与粘结剂混合后模压，然后再热解处理的工艺流程，并在正文中采用了同样的制备工艺，比较了不同的粘结剂对成型活性炭性能的影响。所采用的粘结剂有腐殖酸钠盐、聚乙烯醇、线性酚醛树脂、聚四氟乙烯乳液、纤维素基粘结剂。粘结剂的种类和用量对产物的孔结构有重大影响。如果要得到具有高比表面积的成型活性炭，需要尽量降低粘结剂用量。
发明内容
本发明的目的在于针对背景技术中的问题，提供一种由生物质衍生碳质中间相制备成型活性炭的方法，使其利用生物质衍生碳质中间相的优良自粘结性和碳化特性，得到综合性能优良的成型活性炭，与传统的成型活性炭制备方法相比，本发明采用的原料特殊，不添加额外的粘结剂，成型工艺简单，综合性能优良。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明将生物质衍生碳质中间相粉体与木质纤维素物质或者粉状活性炭相互混合均匀，然后根据需要采用合适的模具将混合粉体模压成型得到设计形状的成型前驱体，进一步将该成型前驱体在真空碳化炉或气氛保护碳化炉中碳化，得到设定形状和尺寸的成型活性炭。
所述的生物质衍生碳质中间相，其状态为粉体，尺寸范围为3微米-1厘米。
所述的木质纤维素物质，其种类不受限制，包括木材、秸秆、苹果渣、糠、面粉等各种物质。其形态为粉体，尺寸范围为5微米-1厘米。
所述的粉状活性炭，其尺寸范围为5微米-1厘米。
所述的生物质衍生碳质中间相粉体与木质纤维素物质或者粉状活性炭相互混合，重量比例范围为10∶1至1∶5。
所述的成型活性炭，采用的碳化温度范围为600-900度，在碳化温度下保持时间为30分钟-9小时。
本发明具有实质性特点和显著进步，与传统的成型活性炭的制造方法和性能相比，本发明采用的原材料是生物质衍生碳质中间相，是一种新的成型活性炭制备原材料，其性能优良，同时具有自粘结性和自烧结性；制备工艺非常简单，只包括原料混合、成型和碳化三个步骤，无需活化；可以制备得到小尺寸到大尺寸较大尺寸范围的成型活性炭。本发明是对生物质衍生碳质中间相的一种应用，提供了一种成型活性炭的新型制备技术。
具体实施例方式
结合本发明方法的内容进一步提供以下实施例实施例一将尺寸为3-20微米的生物质衍生碳质中间相粉体10克与尺寸为5-20微米的玉米秸秆粉体1克相互拌合均匀，然后用圆模模压成型得到圆柱状前驱体块体，圆柱块的直径为3厘米，高度为2.5厘米。将圆柱状前驱体块在真空碳化炉中于600度碳化2小时，得到直径为2厘米，高度为1.5厘米的圆柱形成型活性炭，其抗压强度达到6.1MPa，比表面积达到350平方米/克。
实施例二将尺寸为0.1-1厘米的生物质衍生碳质中间相粉体50克与尺寸为0.1-1厘米的木屑粉体25克混合后球磨4小时，然后用方形模具模压成型得到长方形前驱体块体，长方形块体的长、宽、高分别为10厘米、8厘米和1.5厘米。将长方体前驱体块在氮气保护高温炉中于900度碳化4小时，得到长、宽、高分别为6.5厘米、5.2厘米和1.2厘米的长方体成型活性炭，其抗压强度达到13MPa，比表面积达到550平方米/克。
实施例三将尺寸为50-200微米的生物质衍生碳质中间相粉体20克与尺寸为20-100微米的苹果渣粉体100克混合后球磨2小时，然后用正方形模具模压成型得到正方形前驱体块体，正方形块体的长、宽、高分别为10厘米、10厘米和2厘米。将正方体前驱体块在氨分解炉中于800度碳化6小时，得到长、宽、高分别为6.5厘米、6.4厘米和1.5厘米的正方型成型活性炭，其抗压强度达到9MPa，比表面积达到820平方米/克。
实施例四将尺寸为100-200微米的生物质衍生碳质中间相粉体30克与尺寸为5-20微米的活性炭粉体30克混合后球磨2小时，然后用圆柱形模具模压成型得到圆柱形前驱体块体，该块体的直径为10厘米，高度为1.5厘米。将圆柱形前驱体块在真空炉中于700度碳化4小时，得到直径为6厘米，高度为1厘米的圆盘状成型活性炭，其抗压强度达到12MPa，比表面积达到940平方米/克。
实施例五将尺寸为20-100微米的生物质衍生碳质中间相粉体1000克与尺寸为0.2-1.0厘米的活性炭粉体300克混合后球磨3小时，然后用圆柱形模具模压成型得到圆柱形前驱体块体，该块体的直径为40厘米，高度为30厘米。将圆柱形前驱体块在真空炉中于800度碳化9小时，得到直径为25厘米，高度为20厘米的圆柱体状成型活性炭，其抗压强度达到18MPa，比表面积达到550平方米/克。
实施例六将尺寸为20-100微米的生物质衍生碳质中间相粉体50克与尺寸为100-200微米的活性炭粉体25克拌合混合均匀，然后用圆柱形模具模压成型得到圆柱形前驱体块体，该块体的直径为8厘米，高度为5厘米。将圆柱形前驱体块在真空炉中于700度碳化2小时，得到直径为4.6厘米，高度为12.2厘米的圆柱体状成型活性炭，其抗压强度达到13MPa，比表面积达到760平方米/克。
实施例七将尺寸为20-100微米的生物质衍生碳质中间相粉体20克与尺寸为150-200微米的活性炭粉体20克拌合混合均匀，然后用正方形模具模压成型得到正方形前驱体块体，该块体的长、宽、高分别为8厘米、8厘米、2厘米。将正方形前驱体块在氩气气氛保护的热处理炉中于800度碳化2小时，得到长、宽、高分别为4.5厘米、4.5厘米、1.3厘米的正方形成型活性炭，其抗压强度达到8MPa，比表面积达到585平方米/克。
权利要求
1.一种由生物质衍生碳质中间相制备成型活性炭的方法，其特征在于，将生物质衍生碳质中间相粉体与木质纤维素物质或者粉状活性炭相互混合均匀，然后采用模具将混合粉体模压成型得到设计形状的成型前驱体，进一步将该成型前驱体在真空碳化炉或气氛保护碳化炉中碳化，得到设定形状和尺寸的成型活性炭。
2.根据权利要求1所述的由生物质衍生碳质中间相制备成型活性炭的方法，其特征是，所述的生物质衍生碳质中间相粉体，尺寸范围为3微米-1厘米。
3.根据权利要求1所述的由生物质衍生碳质中间相制备成型活性炭的方法，其特征是，所述的木质纤维素物质，其形态为粉体，尺寸范围为5微米-1厘米。
4.根据权利要求1所述的由生物质衍生碳质中间相制备成型活性炭的方法，其特征是，所述的粉状活性炭，其尺寸范围为5微米-1厘米。
5.根据权利要求1或者2所述的由生物质衍生碳质中间相制备成型活性炭的方法，其特征是，所述的生物质衍生碳质中间相粉体，其与木质纤维素物质或者粉状活性炭相互混合，重量比例范围为10∶1至1∶5。
6.根据权利要求1所述的由生物质衍生碳质中间相制备成型活性炭的方法，其特征是，所述的成型活性炭，采用的碳化温度范围为600-900度，在碳化温度下保持时间为30分钟-9小时。
全文摘要
一种材料技术领域的由生物质衍生碳质中间相制备成型活性炭的方法。本发明将生物质衍生碳质中间相粉体与木质纤维素物质的粉体或者粉状活性炭相互混合均匀，然后采用模具将混合粉体模压成型得到设计形状的成型前驱体，进一步将该成型前驱体在真空碳化炉或气氛保护碳化炉中碳化，得到设定形状和尺寸的成型活性炭。本发明采用的原材料是生物质衍生碳质中间相，是一种新的成型活性炭制备原材料，其性能优良，同时具有自粘结性和自烧结性；制备工艺非常简单，可以制备得到小尺寸到大尺寸较大尺寸范围的成型活性炭。
文档编号C01B31/14GK1792785SQ20051011222
公开日2006年6月28日 申请日期2005年12月29日 优先权日2005年12月29日
发明者赵斌元, 甘琦, 张荻, 胡克鳌 申请人:上海交通大学