高比表面积活性炭制备与改性
高比表面积活性炭制备与改性
2019-08-29 08:29
高比表面积活性炭是一种具有发达孔隙结构的炭材料，目前广泛应用于双电层电容器、气体分离与富集以及催化剂等方面。
本课题组以降低碱焦比，解决KOH活化过程中的黏性问题为切入点，以实现高比表面积活性炭的连续生产和孔隙结构与表面性质定向控制为目标，开展KOH活化石油焦制备高比表面积活性炭的相关研究，主要包括:
活性炭连续生产工艺研究
自主构建活化装置，从机械及化学两个方面解决黏性问题。深入研究KOH活化机理，对产生黏性的原因进行分析，优化KOH活化工艺条件，在解决黏性问题的同时，提高制备的活性炭的孔结构性能，并实现反应产生的钾单质在活化炉内得到充分利用，以提高钾单质的插层活化效果，降低碱的使用量。为高比表面积活性炭的连续工业化生产奠定基础。
掺杂改性功能化活性炭的制备
通过钾单质对构成炭前躯体的石墨微晶的插层，继而利用脱插反应，引入掺杂试剂（含氧、含氮、含硫及含卤素等），构筑高比表面积活性炭的表面和孔结构体系，在此体系上实现活性炭表面性质和孔隙结构的可控调变，进而实现高比表面积活性炭的功能化改性。
在活化过程中引入活性气体H2，以增加活化过程中活性位-CH-及-CH2-的数量，提高反应活性，同时促进钾的生成与插层活化作用，降低高表面积活性炭制备的碱焦比。
核心技术
利用机械及化学两种方法解决KOH活化过程中黏性问题，为实现高比表面积活性炭的连续工业化生产提供支持。
利用活化过程中K的插层及脱插反应，对活性炭进行功能化掺杂改性，实现高比表面积活性炭的表面性质及孔隙结构的定向调控。
图1 高比表面积活性炭制备工艺流程
图2 转炉活化反应器
图3 0.3kg/h连续碱活化制备高比表面积活性炭装置图
科研项目：
1.国家自然科学基金面上项目：KOH连续活化法由石油焦制备高比表面积活性炭的关键科学问题（B061202）2014-2017。
发明专利：
1. 一种由石油焦制备高比表面积活性炭的方法：CN200610046177，授权公告号：CN1843906B.
2. 一种高比表面积活性炭的制备方法：CN200910219704.7，授权公告号：CN101700885B.
3. 用于制备高比表面积活性炭的连续碱活化装置及方法：CN201310010110.1，授权公告号：CN103072985B.
4. 一种掺杂高比表面积活性炭的制备方法：CN201410342927.3，授权公告号：CN104150479 B.
5. 一种用于碱活化法制备高比表面积活性炭的装置及方法：CN201511005144.7，授权公告号：CN105399095B.
6. 一种碱活化法制备高比表面积活性炭的方法：CN201810684809.9，授权公告号：CN108726518B.
学术论文：
1. Lu C, Xu S, G Y, et al. Effect of pre-carbonization of petroleum cokes on chemical activation process with KOH[J]. Carbon, 2005, 43(11): 2295-2301.
2. Lu C, Xu S, Wang M, et al. Effect of pre-oxidation on the development of porosity in activated carbons from petroleum coke[J]. Carbon, 2007, 45(1): 206-209.
3. Lu C, Xu S, Liu C. The role of K2CO3during the chemical activation of petroleum coke with KOH[J]. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2010, 87(2): 282-287.
4. Xiao R, Xu S, Li Q, et al. The effects of hydrogen on KOH activation of petroleum coke[J]. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2012, 96: 120-125.
5. Wang W, Xu S, Wang K, et al. De-intercalation of the intercalated potassium in the preparation of activated carbons by KOH activation[J]. Fuel Processing Technology, 2019, 189: 74-79.
