应用模板法从煤沥青制备中孔活性炭.pdfVIP

第33卷第3期 武汉科技大学学报 V01．33．No．3 ofWuhan of and 2010年6月 Journal ScienceTechnology Jun．2010 University 应用模板法从煤沥青制备中孔活性炭 童仕唐，张小华 (武汉科技大学化学工程与技术学院，湖北武汉，430081) 摘要：以煤沥青为原料，应用纳米二氧化硅模板法制备中孔活性炭，并考察焦模比、碱碳比以及活化温度对活 性炭孔结构和收率的影响。结果表明，所得活性炭试样孔径分布最大值与模板剂孔径尺寸相吻合。在焦模比 729 为2：1、碱碳比为4．5：1、活化温度为850℃时，所制活性炭总比表面积为1 m2／g，其中中孔比表面积为 1 702 m2／g，占总比表面积的98．43％。 关键词：模板法；纳米二氧化硅；煤沥青；中孔活性炭；KOH活化 中图分类号：TM534文献标志码：A 文章编号：1674-3644(2010)03—0293—05 由于对一些大分子物质或范德华半径较大的 树脂为原料，至今鲜见以煤沥青为原料的研究报 重金属或贵金属离子的吸附，消除内孔扩散阻力 导。由于树脂醇溶性较好，所以比较方便以酒精 是吸附过程开发中要考虑的首要问题，这要求活 为分散剂，很好地使纳米二氧化硅与树脂均匀混 性炭具有相对较大的孔隙结构。尤其在电化学超 合。但酚醛树脂价格高，而且其固定碳含量仅为 电容器的研制中，为提高活性炭电极的功率特性， 40％～50％。煤沥青为煤焦油加工过程中的副产 消除电容器的扩散阻抗，对孔结构要求更高，而窄 品，其固定碳含量可达70％以上，且来源广价格 分布的中孔结构被认为是最为理想的。因此，众 低。所以，与酚醛树脂相比，煤沥青更适合用作制 多研究者已关注中孔活性炭的研制E1-4J。制备中备活性炭的原料。但纳米二氧化硅密度小、醇湿 孔活性炭的方法主要有化学活化法、金属离子催 性较好但油湿性差，作为模板剂与沥青混合是制 化活化法、混合聚合物共炭化法、有机凝胶炭化法 备过程中须克服的难题。如果能解决沥青与模板 和模板法[5]。在模板法中，按所用模板剂不同，又 的混合问题，不仅有低成本优势，还能大幅提高活 可分为无机模板法[6-7]、有机模板法[8曲]和中孔分性炭的产率。此外，也有利于以煤沥青为原料，发 子筛模板法[1伊11]。在上述各种制备方法中，化学展下游高附加值产品。 活化法形成的孔隙结构孔径分布很宽，其影响因 就化学电容器而言，对于无机电解质和有机 素复杂，与原料炭的微晶结构、活化剂用量、预处 电解质，其最适合的活性炭孔隙尺寸分别为0．7、 理过程和活化温度及时间，甚至与洗涤方法都有 0．8ilm，太大孔径对电容特性几乎没有明显的影 关系。采用催化活化法，金属离子不可避免地进 响[4]。当应用纳米二氧化硅为模板剂，以KOH 人活性炭结构内部，在水和酸性条件下有重金属 为活化剂时，在活化过程中，由于KOH的活化作 二次污染的潜在危害。另一方面，应用此法制得 用，会生成大量微孔，同时利用二氧化硅熔融于热 的中孔活性炭还存在大量微孔，使孔径分布很宽。 的钾碱剔除炭基质中的模板剂，印刻出大量与模 混合聚合物共炭化法存在不同聚合物间均匀分散 板粒径相近的纳