一种生物质基掺氮活性炭的便捷制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及活性炭技术领域，特别涉及一种生物质基掺氮活性炭的便捷制备方法。
【背景技术】
[0002]掺氮活性炭因具有独特的表面化学性质和发达的孔隙结构，在气体吸附、电化学、催化等领域占有较大优势。掺氮活性炭的常见制备方法有:模板法、后处理法、炭化/活化含氮碳前驱体法。近年来，以含氮生物质为炭前驱体，采用炭化/活化法制备掺氮活性炭，受到较多关注。
[0003]例如，Zhanquan Zhang等(Sustainable and hierarchical porous Enteromorphaprolifera based carbon for C02 capture, Journal of Hazardous materials, 2012)以浒苔为原料，经水热炭化、Κ0Η活化，制得了氮含量为2.6wt%、比表面积为418m2/g的活性炭。Song Jian 等(Super1r carbon-based C02 adsorbents prepared from poplaranthers，Carbon, 2014)以杨树花药为原料，经常规炭化、Κ0Η活化，制得了氮含量为1.26wt%、比表面积为3322m2/g的活性炭。朱博等(黄豆渣基多孔炭的制备及其超高电容的研究，山东理工大学学报(自然科学版)，2014)利用豆渣和Κ0Η，制得了氮掺杂活性炭。
[0004]上述研究为掺氮活性炭的制备提供了宝贵经验。但是，采用这些研究报道的方法，需要在活化之前先对原料进行炭化，需要对炭前驱体和碱液的混合物进行长时间的干燥，或需要采用较低的升温速率(彡5°C /min)，导致掺氮活性炭的制备周期长，工艺繁琐，或能耗大。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种制备周期较短，工艺简单的生物质基掺氮活性炭的便捷制备方法。
[0006]其技术方案是包括以下步骤:先将碳酸钾与豆渣按1.2-3.0:1的质量比采用干法进行均匀混合，再按豆渣质量的5%-50%添加粒径不大于1.5mm碳酸氢铵，进行均匀混合，再将混合物在惰气保护下，以7-20°C /min的升温速率加热到活化温度，保温65-100 min,最后进行冷却、洗涤至中性、干燥，制得掺氮活性炭。
[0007]上述的豆渣的粒径为0.1-3.0mm，水分含量不高于7%。
[0008]上述的碳酸钾为粉状，最大颗粒粒径小于1.0 mm。
[0009]上述的干法，是指将碳酸钾粉与生物质混合，不是采用溶解于水或醇的碳酸钾。
[0010]上述的均匀，是指不断搅拌碳酸钾粉与生物质的混合物，直到视觉上均匀。
[0011]上述的活化温度为570_750°C。
[0012]上述的洗涤，是指洗涤至洗液的pH值为7.0-8.0。
[0013]上述的冷却，是指在氮气保护下自然冷却到100°C之下。
[0014]上述的干燥，是指在110°C鼓风干燥10h之上。
[0015]与现有生物质基掺氮活性炭的制备技术相比，本发明的优点是:
1)制备周期较短，工艺简单，能耗小，无需在活化之前先对原料进行炭化，无需对含活化剂的炭前驱体进行干燥，且可以采用较高的升温速率；2)所得活性炭含有丰富的氮元素(氮含量为1.0wt%~8.0wt%)和较大的比表面积(500m2/g~1800mVg) ；3)在制备过程中无需采用碱性极强的苛性钠和苛性钾，大幅降低了对设备的腐蚀。
【具体实施方式】
[0016]以下结合实例对本发明作进一步说明，但不用于限制本发明:
实施例1
将粒径小于0.5mm的碳酸钾与粒径为0.2-0.9mm的豆渣，按2:1的质量比混合，再按豆渣质量的5%加入粒径为0.1-1.5mm的碳酸氢铵，搅拌均匀。将混合物在氮气保护下，以7°C /min的升温速率加热到570°C，保温lOOmin。接着，将其在氮气保护下冷却到80°C，并用去离子水反复洗涤，直到洗液的pH值为8.0。最后，将样品于110°C鼓风干燥15h。所得掺氮活性炭的比表面积为980m2/g，氮含量为4.2wt%。
[0017]实施例2
将粒径小于0.3mm的碳酸钾与粒径为0.2-0.9mm的豆渣，按1.5:1的质量比混合，再按豆渣质量的50%加入0.2-1.2mm的碳酸氢铵，搅拌均匀。将混合物在氮气保护下，以12°C /min的升温速率加热到600°C，保温70min。接着，将其在氮气保护下冷却到60°C，并用去离子水反复洗涤，直到洗液的pH值近中性。最后，将样品于110°C鼓风干燥12h。所得掺氮活性炭的比表面积为830m2/g，氮含量为5.2wt%。
[0018]实施例3
将粒径小于0.1mm的碳酸钾与粒径为0.3-1.0mm的豆渣，按1.8:1的质量比混合，再按豆渣质量的25%加入0.5-1.5mm的碳酸氢铵，搅拌均匀。将混合物在氮气保护下，以15°C /min的升温速率加热到650°C，保温50min。接着，将其在氮气保护下冷却到70°C，并用去离子水反复洗涤，直到洗液的pH值近中性。最后，将样品于110°C鼓风干燥12h。所得掺氮活性炭的比表面积为1080m2/g，氮含量为3.7wt%。
[0019]实施例4
将粒径小于1.0mm的碳酸钾与粒径为0.1-3.0mm的豆渣，按3:1的质量比混合，再按豆渣质量的32%加入0.05-0.9mm的碳酸氢铵，搅拌均匀。将混合物在氮气保护下，以20°C /min的升温速率加热到750°C，保温65min。接着，将其在氮气保护下冷却到80°C，并用去离子水反复洗涤，直到洗液的pH值近中性。最后，将样品于110°C鼓风干燥12h。所得掺氮活性炭的比表面积为1180m2/g，氮含量为3.2wt%。
[0020]以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。
【主权项】
1.一种生物质基掺氮活性炭的便捷制备方法，其特征是包括以下步骤: 先将碳酸钾与豆渣按1.2~3.0:1的质量比采用干法进行均匀混合，再按豆渣质量的5%-50%添加粒径不大于1.5mm的碳酸氢氨，进行均匀混合，再将混合物在惰气保护下，以7-20°C /min的升温速率加热到活化温度，保温65-100 min，最后进行冷却、洗涤至中性、干燥，制得掺氮活性炭。2.根据权利要求1所述的制备可在水中漂浮的成型活性炭方法，其特征是:所述的豆渣的粒径为0.1-3.0mm,水分含量不高于7%。3.根据权利要求1所述的一种制备可在水中漂浮的成型活性炭方法，其特征是:所述的碳酸钾为粉状，最大颗粒粒径小于1.0 mm。4.根据权利要求1所述的一种制备可在水中漂浮的成型活性炭方法，其特征是:所述的干法，是指将碳酸钾粉与生物质混合，不是采用溶解于水或醇的碳酸钾。5.根据权利要求1所述的一种制备可在水中漂浮的成型活性炭方法，其特征是:所述的均匀，是指不断搅拌碳酸钾粉与生物质的混合物，直到视觉上均匀。6.根据权利要求1所述的一种制备可在水中漂浮的成型活性炭方法，其特征是:所述的活化温度为570-750°C。7.根据权利要求1所述的一种制备可在水中漂浮的成型活性炭方法，其特征是:所述的洗涤，是指洗涤至洗液的pH值为7.0-8.0。8.根据权利要求1所述的一种制备可在水中漂浮的成型活性炭方法，其特征是:所述的冷却是指在氮气保护下自然冷却到100°C之下。9.根据权利要求1所述的一种生物质基掺氮活性炭的便捷制备方法，其特征是:所述的干燥是指在110°c鼓风干燥10h之上。
【专利摘要】本发明涉及一种生物质基掺氮活性炭的便捷制备方法。其技术方案是包括以下步骤：先将碳酸钾与豆渣按1.2~3.0：1的质量比采用干法进行均匀混合，再按豆渣质量的5%-50%添加碳酸氢铵，进行均匀混合，再将混合物在惰气保护下，以7-20℃/min的升温速率加热到活化温度，保温，最后进行冷却、洗涤至中性、干燥，制得掺氮活性炭。本发明的有益效果是：1）制备周期较短，工艺简单，能耗小，无需在活化之前先对原料进行炭化，无需对含活化剂的炭前驱体进行干燥，且可以采用较高的升温速率；2）所得活性炭含有丰富的氮元素和较大的比表面积；3）在制备过程中无需采用碱性极强的苛性钠和苛性钾，大幅降低了对设备的腐蚀。
【IPC分类】C01B31/12
【公开号】CN105236405
【申请号】CN201510576495
【发明人】李大伟, 田原宇
【申请人】中国石油大学(华东)
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年9月11日