本發(fā)明屬于化工生產(chǎn)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種安全生產(chǎn)含氮超級活性炭的方法。
背景技術(shù)：
：活性炭是一種具有高度發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)和高比表面積(通常在800～1500m2/g之間)的優(yōu)良炭質(zhì)吸附劑，已廣泛應(yīng)用于環(huán)保、化工、食品和軍工等諸多領(lǐng)域。超級活性炭是一類比表面積大于2000m2/g的新型多孔質(zhì)炭材料，它在超級雙電層電容器電極材料、催化劑載體、氣體分離、氫氣和天然氣儲存材料等領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景。因此，超級活性炭已成為近20年來世界炭材料行業(yè)中競相開發(fā)的新型炭材料。目前制備高比表面積活性炭的主要方法為化學(xué)試劑活化法，化學(xué)試劑主要包括堿金屬化合物，如KOH、NaOH和K2CO3，其中活化效果最好的為KOH。因此在制備超級活性炭時，大多采用KOH活化法。盡管KOH活化炭質(zhì)前驅(qū)體能夠制備超級活性炭已有較長的研究歷史，但其工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)還未取得突破。其中阻礙KOH活化法生產(chǎn)超級活性炭的關(guān)鍵問題是在KOH活化過程中，會有大量的單質(zhì)鉀生成。而KOH活化的活化溫度一般在800℃左右，超過了鉀的沸點，因此超級活性炭的工業(yè)化生產(chǎn)過程中，會有大量的單質(zhì)鉀逸出活化爐。鉀是一種非?；顫姷慕饘賳钨|(zhì)，遇到空氣中的水分就能夠反應(yīng)生成氫氣，并釋放出大量的熱，以致產(chǎn)生爆炸，給超級活性炭生產(chǎn)帶來了巨大的安全隱患。同時，單質(zhì)鉀在逸出過程中，會部分冷凝在活化爐的管道中，堵塞管道，也會給安全生產(chǎn)帶來隱患。因此，采用超級活性炭的生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)是安全處理KOH活化過程中單質(zhì)鉀的釋放問題?；钚蕴勘砻娓男缘闹饕椒ㄊ窃诨钚蕴勘砻嬉胄碌碾s原子并調(diào)控其在表面的存在方式。在活性炭表面摻雜氮元素，可以顯著提高活性炭在電化學(xué)方面的應(yīng)用性能。其中最引人矚目的是，摻雜氮可以能夠顯著提高活性炭的儲電容量和催化氧氣還原的性能，因此，摻雜氮的活性炭在超級電容器和燃料電池方面具有非常大的應(yīng)用潛力，摻雜氮的活性炭，尤其是摻雜氮活性炭成為炭材料領(lǐng)域研究與開發(fā)的熱點，摻氮活性炭也是世界各國發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)品。在以往的研究與開發(fā)基礎(chǔ)上，為了解決KOH活化過程中鉀釋放所帶來的系列安全生產(chǎn)問題，本發(fā)明人已經(jīng)申請并獲得了2件發(fā)明專利(ZL200810243618.5，ZL201010588664.6)授權(quán)。在此基礎(chǔ)上仍需對更加安全方便控制KOH活化過程中鉀的釋放以及最終產(chǎn)品性能等方面做出更好的發(fā)明創(chuàng)造。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是含氮超級活性炭的安全技術(shù)，提供一種安全生產(chǎn)含氮超級活性炭的方法，不僅可以更加安全方便控制KOH活化過程中鉀的釋放，而且可以制備出含氮高比表面積活性炭產(chǎn)品；技術(shù)簡單易行、且成本更加低廉。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種安全生產(chǎn)含氮超級活性炭的方法，包括以下步驟：(1)將炭質(zhì)原料和KOH裝入反應(yīng)器中，然后放入活化爐罐體中，并通入惰性氣體；(2)升溫至300℃后，通入氨氣，然后升溫至活化溫度，活化；(3)活化完畢后，冷卻活化爐罐體到300℃以下，在氨氣中通入空氣，繼續(xù)冷卻；(4)活化爐罐體冷卻后，取出活化料，用水回收KOH及其衍生物。所述的安全生產(chǎn)含氮超級活性炭的方法，所使用的炭原料選自炭化料、煤炭、石油焦、煤焦和活性炭。炭化料是來自于木炭、椰殼炭、竹炭以及果殼類原料的炭化料。所述的安全生產(chǎn)含氮超級活性炭的方法，KOH與原料炭質(zhì)量之比為1-3：1。所述的安全生產(chǎn)含氮超級活性炭的方法，活化溫度為800-950℃。步驟(1)中，惰性氣體為氮氣或氬氣。步驟(2)中，以5K/min的升溫速率升溫至300℃后，通入氨氣，恒溫2h，然后升溫至活化溫度，活化2h。步驟(3)中，活化完畢后，在氨氣氛圍下冷卻活化爐罐體到300℃以下，在氨氣中通入空氣，繼續(xù)冷卻到100℃以下。步驟(4)中，用水洗活化料，并用水沖洗爐體內(nèi)的爐門及冷凝管，回收KOH及其衍生物。有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的突出優(yōu)點：1)在KOH活化過程中，同步完成了活化和氮元素的摻雜改性，實現(xiàn)了一步法制備含氮高比表面積活性炭，減少了含氮活性炭的生產(chǎn)工藝步驟。2)利用高溫下氨氣與單質(zhì)鉀的反應(yīng)，可以在常壓下實現(xiàn)單質(zhì)鉀釋放的控制，避免使用較高壓力以及添加其它的固體試劑所帶來的副作用?？梢愿咝Ы鉀QKOH活化過程的安全生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)問題。3)顯著降低堿炭比，即降低KOH的用量。常規(guī)的KOH活化制備高比表面積活性炭的堿炭比通常要達(dá)到4:1，采用本發(fā)明技術(shù)可以在1-2：1的堿炭比下制備出比表面積大于2000m2/g的高比表面積活性炭。堿炭比的顯著減少，可以降低KOH的消耗以及后續(xù)回收工段的水的消耗以及生產(chǎn)負(fù)荷。4)本發(fā)明的安全生產(chǎn)方法，具有活化效率高、設(shè)備較簡單、能耗較低等顯著優(yōu)點，便于KOH活化法生產(chǎn)超級活性炭的工業(yè)化生產(chǎn)以及超級活性炭的工業(yè)化應(yīng)用。具體實施方式根據(jù)下述實施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實施例所描述的具體的物料配比、工藝條件及其結(jié)果僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會限制權(quán)利要求書中所詳細(xì)描述的本發(fā)明。實施例1將木炭與KOH按照1:1的比例混合后，放入反應(yīng)器中。并通入氮氣，以5K/min的升溫速率升溫至300℃，恒溫2小時后，通入氨氣，并以3K/min的升溫速率升至850℃，活化2小時。然后在氨氣氣氛下冷卻至300℃以下，通入空氣和氨氣混合氣體繼續(xù)冷卻到100℃以下，打開爐門，推出反應(yīng)器，取出活化料。用水洗活化料，并用水沖洗爐體內(nèi)的爐門及冷凝管，從而達(dá)到回收KOH的目的?；厥誎OH后，再用水漂洗活性炭5次以上，烘干生產(chǎn)出產(chǎn)品活性炭。活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)與元素含量分析結(jié)果見表1。采用本發(fā)明的處理方法，活化后排氣管道內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)單質(zhì)鉀存在，沒有出現(xiàn)單質(zhì)鉀溶解在水中反應(yīng)所特有的現(xiàn)象，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。實施例2將木炭與KOH按照2:1的比例混合后，放入反應(yīng)器中。并通入氮氣，以5K/min的升溫速率升溫至300℃，恒溫2小時后，通入氨氣，并以3K/min的升溫速率升至850℃，活化2小時。然后在氨氣氣氛下冷卻至300℃以下，通入空氣和氨氣混合氣體繼續(xù)冷卻到100℃以下，打開爐門，推出反應(yīng)器，取出活化料。用水洗活化料，并用水沖洗爐體內(nèi)的爐門及冷凝管，從而達(dá)到回收KOH的目的。回收KOH后，再用水漂洗活性炭5次以上，烘干生產(chǎn)出產(chǎn)品活性炭?；钚蕴康目紫督Y(jié)構(gòu)與元素含量分析結(jié)果見表1。采用本發(fā)明的處理方法，活化后排氣管道內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)單質(zhì)鉀存在，沒有出現(xiàn)單質(zhì)鉀溶解在水中反應(yīng)所特有的現(xiàn)象，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。實施例3將石油焦與KOH按照2:1的比例混合后，放入反應(yīng)器中。并通入氮氣，以5K/min的升溫速率升溫至300℃，恒溫2小時后，通入氨氣，并以3K/min的升溫速率升至800℃，活化2小時。然后在氨氣氣氛下冷卻至300℃以下，通入空氣和氨氣混合氣體繼續(xù)冷卻到100℃以下，打開爐門，推出反應(yīng)器，取出活化料。用水洗活化料，并用水沖洗爐體內(nèi)的爐門及冷凝管，從而達(dá)到回收KOH的目的?；厥誎OH后，再用水漂洗活性炭5次以上，烘干生產(chǎn)出產(chǎn)品活性炭?；钚蕴康目紫督Y(jié)構(gòu)與元素含量分析結(jié)果見表1。采用本發(fā)明的處理方法，活化后排氣管道內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)單質(zhì)鉀存在，沒有出現(xiàn)單質(zhì)鉀溶解在水中反應(yīng)所特有的現(xiàn)象，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。實施例4將木炭與KOH按照1:1的比例混合后，放入反應(yīng)器中。并通入氮氣，以5K/min的升溫速率升溫至300℃，恒溫2小時后，通入氨氣，并以3K/min的升溫速率升至900℃，活化2小時。然后在氨氣氣氛下冷卻至300℃以下，通入空氣和氨氣混合氣體繼續(xù)冷卻到100℃以下，打開爐門，推出反應(yīng)器，取出活化料。用水洗活化料，并用水沖洗爐體內(nèi)的爐門及冷凝管，從而達(dá)到回收KOH的目的?；厥誎OH后，再用水漂洗活性炭5次以上，烘干生產(chǎn)出產(chǎn)品活性炭。活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)與元素含量分析結(jié)果見表1。采用本發(fā)明的處理方法，活化后排氣管道內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)單質(zhì)鉀存在，沒有出現(xiàn)單質(zhì)鉀溶解在水中反應(yīng)所特有的現(xiàn)象，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。實施例5將木炭與KOH按照1:1的比例混合后，放入反應(yīng)器中。并通入氮氣，以5K/min的升溫速率升溫至300℃，恒溫2小時后，通入氨氣，并以3K/min的升溫速率升至950℃，活化2小時。然后在氨氣氣氛下冷卻至300℃以下，通入空氣和氨氣混合氣體繼續(xù)冷卻到100℃以下，打開爐門，推出反應(yīng)器，取出活化料。用水洗活化料，并用水沖洗爐體內(nèi)的爐門及冷凝管，從而達(dá)到回收KOH的目的?；厥誎OH后，再用水漂洗活性炭5次以上，烘干生產(chǎn)出產(chǎn)品活性炭?；钚蕴康目紫督Y(jié)構(gòu)與元素含量分析結(jié)果見表1。采用本發(fā)明的處理方法，活化后排氣管道內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)單質(zhì)鉀存在，沒有出現(xiàn)單質(zhì)鉀溶解在水中反應(yīng)所特有的現(xiàn)象，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。實施例6將椰殼炭與KOH按照1:1的比例混合后，放入反應(yīng)器中。并通入氮氣，以5K/min的升溫速率升溫至300℃，恒溫2小時后，通入氨氣，并以3K/min的升溫速率升至900℃，活化2小時。然后在氨氣氣氛下冷卻至300℃以下，通入空氣，繼續(xù)冷卻到100℃以下，打開爐門，推出反應(yīng)器，取出活化料。用水洗活化料，并用水沖洗爐體內(nèi)的爐門及冷凝管，從而達(dá)到回收KOH的目的?；厥誎OH后，再用水漂洗活性炭5次以上，烘干生產(chǎn)出產(chǎn)品活性炭?；钚蕴康目紫督Y(jié)構(gòu)與元素含量分析結(jié)果見表1。采用本發(fā)明的處理方法，活化后排氣管道內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)單質(zhì)鉀存在，沒有出現(xiàn)單質(zhì)鉀溶解在水中反應(yīng)所特有的現(xiàn)象，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。實施例7將木炭與KOH按照2:1的比例混合后，放入反應(yīng)器中。并通入氮氣，以5K/min的升溫速率升溫至300℃，恒溫2小時后，通入氨氣，并以3K/min的升溫速率升至900℃，活化2小時。然后在氨氣氣氛下冷卻至300℃以下，通入空氣和氨氣混合氣體，繼續(xù)冷卻到100℃以下，打開爐門，推出反應(yīng)器，取出活化料。用水洗活化料，并用水沖洗爐體內(nèi)的爐門及冷凝管，從而達(dá)到回收KOH的目的?；厥誎OH后，再用水漂洗活性炭5次以上，最后烘干得到活性炭產(chǎn)品?；钚蕴康目紫督Y(jié)構(gòu)與元素含量分析結(jié)果見表1。采用本發(fā)明的處理方法，活化后排氣管道內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)單質(zhì)鉀存在，沒有出現(xiàn)單質(zhì)鉀溶解在水中反應(yīng)所特有的現(xiàn)象，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。對比例1將木炭與KOH按照2:1的比例混合后，放入反應(yīng)器中。并通入氮氣，以5K/min的升溫速率升溫至300℃，恒溫2小時后，繼續(xù)在氮氣氣氛下以3K/min的升溫速率升至850℃，活化2小時。然后在氮氣氣氛下冷卻至100℃以下，推出反應(yīng)器，取出活化料。用水洗活化料，并用水沖洗爐體內(nèi)的爐門及冷凝管?；厥誎OH后，再用水漂洗活性炭5次以上，烘干生產(chǎn)出產(chǎn)品活性炭?；钚蕴康目紫督Y(jié)構(gòu)與元素含量分析結(jié)果見表1?；罨螅罨癄t壁與排氣管道內(nèi)發(fā)現(xiàn)有單質(zhì)鉀存在，打開爐門時出現(xiàn)單質(zhì)鉀與空氣中水蒸氣反應(yīng)的現(xiàn)象。對比例2將木炭與KOH按照2:1的比例混合后，放入反應(yīng)器中。并通入氮氣，以5K/min的升溫速率升溫至300℃，恒溫2小時后，繼續(xù)在氨氣下以3K/min的升溫速率升至850℃，活化2小時。然后在氮氣氣氛下冷卻至100℃以下，推出反應(yīng)器，取出活化料。用水洗活化料，并用水沖洗爐體內(nèi)的爐門及冷凝管?；厥誎OH后，再用水漂洗活性炭5次以上，烘干生產(chǎn)出產(chǎn)品活性炭?；钚蕴康目紫督Y(jié)構(gòu)與元素含量分析結(jié)果見表1?；罨?，活化爐壁與排氣管道內(nèi)發(fā)現(xiàn)有單質(zhì)鉀存在，，打開爐門時出現(xiàn)單質(zhì)鉀與空氣中水蒸氣反應(yīng)的現(xiàn)象。對比例3將木炭與KOH按照2:1的比例混合后，放入反應(yīng)器中。并通入氮氣，以5K/min的升溫速率升溫至300℃，恒溫2小時后，繼續(xù)在氮氣下以3K/min的升溫速率升至850℃，活化2小時。然后在氨氣氣氛下冷卻至300℃以下，通入空氣和氨氣混合氣體，繼續(xù)冷卻到100℃以下，打開爐門，推出反應(yīng)器，取出活化料。用水洗活化料，并用水沖洗爐體內(nèi)的爐門及冷凝管?；厥誎OH后，再用水漂洗活性炭5次以上，烘干生產(chǎn)出產(chǎn)品活性炭。活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)與元素含量分析結(jié)果見表1?；罨螅罨癄t壁與排氣管道內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)單質(zhì)鉀存在。表1活性炭的得率、氮元素含量與孔隙結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)得率(％)氮元素含量(％)比表面積(m2/g)比孔容積(cm3/g)實施例165.23.421121.135實施例254.83.728791.554實施例367.93.523181.115實施例456.34.125841.383實施例535.14.230671.771實施例658.03.524831.298實施例732.53.934261.880對比例163.90.3120681.099對比例260.22.626471.441對比例363.01.322651.278當(dāng)前第1頁1 2 3