温控装置3， 氮气瓶2连接于石英管1的端部，且氮气瓶2的上方安装有流量计4。
[0038] 石英管1内通氮气做保护气并将炭化和活化过程产生的H20、C0、CO2等小分子在 另一端排空；石英管1用耐火砖包裹，保持恒温。耐火砖内有电阻丝和热电偶。
[0039] 本发明在常压条件下制备多孔炭材料。以活化剂采用KOH为例，有以下反应：
[0040] 4K0H+C - K2C03+H20+2H2
[0041] 把一定量的炭化料与碱类物质与一定的方法混合后活化，大致可推测经历了如下 过程：在300~500°C下，炭化料高温脱水，在600~800°C范围内活化，活化后，冷却，用蒸 馏水洗涤至中性，再干燥，便得到多孔炭材料成品。
[0042] 考虑到KOH在高温下分解、碳的还原性，结合金属盐作为蒸汽活化催化剂的研究 结果，推知在活化反应过程中，可能还发生反应：
[0043] 2K0H - K2OH2O
[0044] C+H20 - H2+C0
[0045] C0+H20 - H2+C02
[0046] K20+H2- 2K+H 20
[0047] K20+C - 2K+C0
[0048] K20+C02- K 2C03
[0049] K2C03+2C - 2K+H20
[0050] 通过上述反应进行扩孔，实现多孔通道，增加比表面积，提高应用性能
[0051] 500°C以下发生脱水反应，在氧化钾存在下，发生水煤气反应和水煤气转移反应， 可认为氧化钾为催化剂。产生的二氧化碳与氧化钾反应几乎完全转变成碳酸盐，因此产生 的气体主要是氢气，仅得到极少量的一氧化碳、二氧化碳、甲烷及焦油状物质。活化过程中 消耗的碳主要生成碳酸钾，从而使产物具有很大的比表面积。在800°C左右，氧化钾被氢气 或碳还原成以金属钾（沸点762°C)形式析出，金属钾的蒸气不断挤入碳原子所构成的层与 层之间进行活化，直接导致多孔炭材料具有发达的孔径。
[0052] 以活化剂氯化锌活化柿果皮炭化料得出如下可能的结论：在200~600°C范围 内ZnCl 2对柿果皮所起作用如下：在200~350°C，柿果皮中的易挥发物气化脱氢；350~ 450°C，ZnCl 2的脱氢限制了焦油的形成，导致柿果皮中的木质纤维素芳构化；450~600°C， ZnCl2气化，ZnCl 2分子浸渍到碳的内部起骨架作用，碳的高聚物炭化后沉积到骨架上，当用 热水和酸洗去ZnC12后，多孔炭材料就拥有了巨大的表比面积和发达的孔径。
[0053] ZnCl2活化原理和KOH类似，CO 2和水蒸气或氧气都是物理活化法。
[0054] 采用本发明用柿果皮制备多孔炭材料的方法所得产品各项测试数据如下：
[0055]
[0056] 由以上数据可知，所得到的多孔炭材料吸附性能优良。多孔炭材料吸附能力提高 10~30%;堆比重和机械强度高。本发明得到的多孔炭材料可应用于烟气脱硫，污水处理， 气体净化和存储，溶剂回收等领域。
[0057] 实施例1
[0058] 将柿果皮120°C干燥24h，过筛30目，炭化温度400°C，炭化时间2h，升温速率3°C / min，制备多孔炭材料性能：
[0059]
[0060] 实施例2
[0061] 将柿果皮120 °C干燥24h，过筛30目，炭化温度700 °C，炭化时间Ih，升温速率9 °C/ min ;再过筛100~200目；活化温度700°C，活化时间lh，升温速率7°C /min，K0H与原料质 量比3 : 1，制备多孔炭材料性能：
[0062]
[0063] 实施例3
[0064] 将柿果皮120°C干燥24h，过筛30目，炭化温度500°C，炭化时间2h，升温速率5°C / 111；[11，211(：12与原料质量比4:1，850<€水蒸气活化，制备多孔炭材料性能 ：
[0065]
[0066] 元素分析
[0067]
[0068] 上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定， 凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种柿果皮制备超级多孔炭材料的方法，其特征在于包括以下步骤： (1)备料：将柿果皮筛选、浸渍、干燥、粉碎和过筛，得柿果皮粉末后备用；（2)炭化：将 干燥的柿果皮粉末在惰性气体氛围下，在一定温度下炭化一定的时间，得到多孔炭材料前 驱体，即炭化料；炭化样品具有微孔道结构，比表面积可达400m2/g; (3) 再过筛：将炭化后得到的炭化料过目数大于100目并且小于200目的筛子，备用； (4) 活化：将炭化料和活化剂按一定比例混合后，将混合料在惰性气体氛围下，在一定 的温度进行活化得多孔炭材料粗品； (5) 漂洗：对残留活化剂的多孔炭材料进行抽滤洗涤至中性，同时回收活化剂； (6) 再干燥：对经洗涤至中性的多孔炭材料再干燥12h，收集即得。2. 如权利要求1所述柿果皮制备超级多孔炭材料的方法，其特征在于：所述炭化的升 温速率为1-9°C/min，炭化温度为350-700°C，炭化时间为2-3小时；炭化后样品具有孔结 构和较大比表面积。3. 如权利要求1所述柿果皮制备超级多孔炭材料的方法，其特征在于：所述活化的温 度为450-850°C，活化时间为1-2小时。4. 如权利要求1-3任一权利要求所述柿果皮制备超级多孔炭材料的方法，其特征在 于：所述炭化步骤和活化步骤均在炭化活化装置内进行；所述炭化活化装置包括管式炉， 所述管式炉内安装有石英管，所述石英管连接有氮气瓶和温控装置，所述氮气瓶连接于石 英管的端部，且氮气瓶的上方安装有流量计。5. 如权利要求1所述柿果皮制备超级多孔炭材料的方法，其特征在于：所述再干燥的 温度为120 °C。6. 如权利要求1所述柿果皮制备超级多孔炭材料的方法，其特征在于：所述活化的活 化剂为KOH、ZnCl2、二氧化碳、水蒸气或者氧气，所述活化剂与柿果皮原料质量比为3-4:1。7. 如权利要求6所述柿果皮制备超级多孔炭材料的方法，其特征在于：所述活化的活 化剂为KOH或ZnCl2，所述活化剂KOH或211(：12与柿果皮炭化料的混合方法为干混碾磨法。8. 如权利要求1所述柿果皮制备超级多孔炭材料的方法，其特征在于：所述步骤（1)中 的干燥温度为120°C，干燥时间为24h。9. 如权利要求1所述柿果皮制备超级多孔炭材料的方法，其特征在于：所述步骤（1)中 的过筛目数为30目。
【专利摘要】本发明涉及一种柿果皮制备超级多孔炭材料的方法，包括以下步骤：（1）备料（2）炭化：将干燥的柿果皮粉末在惰性气体氛围下，在一定温度下炭化一定的时间，得到多孔炭材料；（3）再过筛：将炭化后得到的炭化料过目数大于100目并且小于200目的筛子，备用；（4）活化：将多孔炭材料和活化剂按一定比例混合后，将混合料在惰性气体氛围下，在一定的温度进行活化得超级多孔炭材料粗品；（5）漂洗：对残留活化剂的多孔炭材料进行抽滤洗涤至中性，同时回收活化剂；（6）再干燥。本发明以废弃物为原料制备多孔炭材料，不仅可降低制备多孔炭材料的成本，而且具有重要的环保意义。
【IPC分类】C01B31/08, C01B31/10, C01B31/12
【公开号】CN105174255
【申请号】
【发明人】代伟, 吕洪飞, 江丽, 卢婧玮, 应尚蛟, 任立超, 陈建华, 胡真明, 祁哲晨
【申请人】浙江师范大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月23日