專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于捕獲CO₂的球狀活性炭的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于活性炭的一種制備方法，具體地說(shuō)涉及一種用于捕獲CO2的球狀活性炭的制備方法。
背景技術(shù)：
全球氣候變暖是21世紀(jì)人類(lèi)面臨的最重大的環(huán)境問(wèn)題。由于燃煤發(fā)電廠排放的CO2被認(rèn)為是引起“溫室效應(yīng)”的主要?dú)怏w，因此人們付出巨大努力發(fā)展新型材料和技術(shù)用于降低CO2的排放量。球狀活性炭具有豐富的孔容、表面光滑、流動(dòng)性好、壓降小、吸脫附速率快及化學(xué)和熱穩(wěn)定性高優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種良好的CO2固體捕獲劑。然而球狀活性炭在捕獲CO2的實(shí)際應(yīng)用中必須滿足另外兩個(gè)條件(I)高強(qiáng)度，主要是針對(duì)捕獲CO2所使用的大型流化床。低強(qiáng)度球狀活性炭在大型流化床中由于滾動(dòng)摩擦和氣流穿透摩擦容易破碎；高比表面積，利用大量的微孔空間能大量吸附C02。綜合以上因素，大孔吸附樹(shù)脂基和大孔離子交換樹(shù)脂基球狀活性炭顯示出其明顯的優(yōu)勢(shì)。呂春祥(專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN1480397A)等采用球形樹(shù)脂為原料，經(jīng)過(guò)溶脹、深度磺化、梯度濃度酸洗、炭化和活化制備了球狀活性炭。凌立成(專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN1480399A)等采用球形樹(shù)脂為原料，經(jīng)過(guò)空氣預(yù)氧化、高溫炭化和水蒸氣活化制備了球狀活性炭。齊鴻云(專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN1631516)等采用苯乙烯-二乙烯苯共聚大孔型珠體為原料，經(jīng)過(guò)氯甲基化、傅氏反應(yīng)、穩(wěn)定化、和活化等一系列工藝路線制備了球狀活性炭。雖然以上專(zhuān)利均采用大孔吸附樹(shù)脂球或大孔離子交換樹(shù)脂球制備了高強(qiáng)度的球狀活性炭，但比表面積相對(duì)較低(450-1500m2/g)，不利于CO2捕獲。梁曉懌(專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN101062770A)等采用浙青球、酚醛樹(shù)脂球及大孔吸附樹(shù)脂球等原球先高溫炭化，后經(jīng)KOH活化制備了高比表面積的球狀活性炭(1400-2300m2/g)。雖然經(jīng)KOH活化后能制備出無(wú)破裂的高比表面積球狀活性炭，但KOH屬于強(qiáng)堿性活化劑，在高溫下對(duì)碳原子的刻蝕能力超強(qiáng)，導(dǎo)致炭收率較低，在實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)這種高比表面積球狀活性炭的強(qiáng)度較低，平均顆粒強(qiáng)度僅4-6 N，難以在用于吸附CO2的大型流化床中使用。目前在制備即具高強(qiáng)度又兼有高比表面積的球狀活性炭方面尚未見(jiàn)報(bào)道
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝路線簡(jiǎn)單，工藝步驟少，具有高強(qiáng)度、高比表面積和高CO2吸附量的用于捕獲CO2的球狀活性炭的制備方法。本發(fā)明采用商品化的大孔吸附樹(shù)脂球或大孔離子交換樹(shù)脂球?yàn)樵?，通過(guò)高溫炭化、K2CO3活化制備球狀活性炭。K2CO3作為一種相對(duì)于KOH溫和的活化劑，能夠在最大程度上降低鉀離子對(duì)炭原子的刻蝕程度，使獲得的球狀活性炭具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。同時(shí)，K2CO3通過(guò)樹(shù)脂球本身存在的中大孔容易進(jìn)入內(nèi)部進(jìn)行有效的刻蝕炭原子，能夠制備高比表面積的球狀活性炭。具體步驟為
(I)樹(shù)脂球的炭化將樹(shù)脂球在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以O(shè). 5-20C /min的速率升溫至700-900°C，并在此溫度下炭化l_3h，得到球狀炭；(2)球狀炭的活化將得到的球狀炭與K2CO3按質(zhì)量比1:2-6混合后，以2-5°C /min的速率升溫至800-90(TC，并在此溫度下活化0.5-2h。最后經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌至中性，干燥，即得球狀活性炭。所述的樹(shù)脂球是大孔吸附樹(shù)脂球或大孔離子交換樹(shù)脂球等其中一種，其中孔徑分布于 10_50nmo所述的樹(shù)脂球是直接炭化和活化，不需經(jīng)過(guò)氧化、磺化等預(yù)處理。本發(fā)明制備的球狀活性炭的平均顆粒強(qiáng)度為10-15N、比表面積為1800_2600m2/g、CO2吸附量為10-18 wt%o本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
本方法工藝路線簡(jiǎn)單、工藝步驟少、產(chǎn)率高、有利于工業(yè)化推廣。本方法制備的球狀活性炭強(qiáng)度高(平均顆粒10-15N)、比表面積高(1800-2600m2/g)、CO2 吸附量高(10-18 wt%)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :
將15g大孔吸附樹(shù)脂球(中孔孔徑分布于10-30nm)置于立式炭化爐中，N2作為保護(hù)氣，以O(shè). 50C /min的升溫速率加熱到800°C，然后恒溫炭化lh。自然冷卻到室溫，即得球狀炭(收率12g)。將以上所得球狀炭(12g)與K2CO3 (24g)按質(zhì)量比1:2混合后，以2V /min的速率升溫至800°C，并在此溫度下活化O. 5h。最后經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌至中性，干燥，即得球狀活性炭(平均顆粒強(qiáng)度15N ;比表面積1800m2/g ；C02吸附量10 wt%)。實(shí)施例2:
將15g大孔吸附樹(shù)脂球(中孔孔徑分布于20-40nm)置于立式炭化爐中，N2作為保護(hù)氣，以1°C /min的升溫速率加熱到800°C，然后恒溫炭化2h。自然冷卻到室溫，即得球狀炭(收率llg)。將以上所得球狀炭(IIg)與K2CO3 (33g)按質(zhì)量比1:3混合后，以3°C/min的速率升溫至830°C，并在此溫度下活化lh。最后經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌至中性，干燥，即得球狀活性炭(平均顆粒強(qiáng)度14N ;比表面積2050m2/g ；C02吸附量13. 6 wt%)。實(shí)施例3:
將15g大孔吸附樹(shù)脂球(中孔孔徑分布于30-50nm)置于立式炭化爐中，N2作為保護(hù)氣，以I. 50C /min的升溫速率加熱到850°C，然后恒溫炭化lh。自然冷卻到室溫，即得球狀炭(收率10g)。將以上所得球狀炭(IOg)與K2CO3 (40g)按質(zhì)量比1:4混合后，以4°C /min的速率升溫至870°C，并在此溫度下活化I. 5h。最后經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌至中性，干燥，即得球狀活性炭(平均顆粒強(qiáng)度12N ;比表面積2380m2/g ；C02吸附量15. 2 wt%)。實(shí)施例4:
將15g大孔吸附樹(shù)脂球(中孔孔徑分布于10-50nm)置于立式炭化爐中，N2作為保護(hù)氣，以2V /min的升溫速率加熱到900°C，然后恒溫炭化3h。自然冷卻到室溫，即得球狀炭(收率8g)。將以上所得球狀炭(8g)與K2CO3 (48g)按質(zhì)量比1:6混合后，以5°C /min的速率升溫至900°C，并在此溫度下活化2h。最后經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌至中性，干燥，即得球狀活性炭(平均顆粒強(qiáng)度ION ;比表面積2600m2/g ；C02吸附量18 wt%)。實(shí)施例5 將15g大孔離子交換樹(shù)脂球(中孔孔徑分布于10-20nm)置于立式炭化爐中，N2作為保護(hù)氣，以O(shè). 5°C /min的升溫速率加熱到800°C，然后恒溫炭化2h。自然冷卻到室溫，即得球狀炭(收率7g)。將以上所得球狀炭(78)與K2CO3 (28g)按質(zhì)量比1:4混合后，以3°C/min的速率升溫至830°C，并在此溫度下活化lh。最后經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌至中性，干燥，即得球狀活性炭(平均顆粒強(qiáng)度13N ;比表面積2030m2/g ；C02吸附量14. 5 wt%)。 實(shí)施例6:
將15g大孔離子交換樹(shù)脂球(中孔孔徑分布于25-40nm)置于立式炭化爐中，N2作為保護(hù)氣，以2V /min的升溫速率加熱到850°C，然后恒溫炭化2h。自然冷卻到室溫，即得球狀炭(收率6g)。將以上所得球狀炭(68)與K2CO3 (30g)按質(zhì)量比1:5混合后，以2V /min的速率升溫至850°C，并在此溫度下活化I. 5h。最后經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌至中性，干燥，即得球狀活性炭(平均顆粒強(qiáng)度11N ;比表面積2350m2/g ；C02吸附量16. 4 wt%)。
權(quán)利要求
1.一種用于捕獲CO2的球狀活性炭的制備方法，其特征在于包括如下驟 (1)樹(shù)脂球的炭化將樹(shù)脂球在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以O(shè).5-20C /min的速率升溫至700-900°C，并在此溫度下炭化l_3h，得到球狀炭； (2)球狀炭的活化將得到的球狀炭與1(20)3按質(zhì)量比1:2-6混合后，以2-5°C/min的速率升溫至800-90(TC，并在此溫度下活化O. 5-2h ;最后經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌至中性，干燥，即得球狀活性炭。
2.如權(quán)利要求I所述的一種用于捕獲CO2的球狀活性炭的制備方法，其特征在于所述的樹(shù)脂球是大孔吸附樹(shù)脂球或大孔離子交換樹(shù)脂球其中一種，其中孔徑分布于10-50nm。
3.如權(quán)利要求I所述的一種用于捕獲CO2的球狀活性炭的制備方法，其特征在于制備的球狀活性炭的平均顆粒強(qiáng)度為10-15N、比表面積為1800-2600m2/g、CO2吸附量為10-18wt%。
全文摘要
一種用于捕獲CO2的球狀活性炭的制備方法是將樹(shù)脂球在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以0.5-2℃/min的速率升溫至700-900℃，并在此溫度下炭化1-3h，得到球狀炭；得到的球狀炭與K2CO3按質(zhì)量比1:2-6混合后，以2-5℃/min的速率升溫至800-900℃，并在此溫度下活化0.5-2h。最后經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌至中性，干燥，即得球狀活性炭。本發(fā)明催化劑具有工藝路線簡(jiǎn)單，工藝步驟少，具有高強(qiáng)度、高比表面積和高CO2吸附量的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01B31/14GK102862983SQ201210363280
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者孫國(guó)華, 李開(kāi)喜 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所