專利名稱：成型碳基材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種催化劑的制備方法，尤其是一種活性碳催化劑的制備方法，具體地說是一種成型碳基材料的制備方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，以活性炭為代表的碳基材料具有微孔豐富、比表面積大、活性位點多、活性組分負載量大等優(yōu)點，在吸附材料、催化材料中有著廣泛且重要的應用。活性炭的制備來源主要是煤和生物質(zhì)，成品形態(tài)一般為破碎顆?；钚蕴亢椭鶢铑w粒活性炭，在實際應用中以填充態(tài)工作，填充密度較大，由于填充層的填充密度較大容易造成較大的流動阻力。
以往活性炭的應用多用于吸附凈化廢水、廢氣等場合中，由于流速不大，活性炭填充層不會產(chǎn)生較大的阻力。而近年來活性炭的應用趨勢向著低溫型催化劑以及分離提純型吸附材料發(fā)展，此時往往要在高流速或高空速下工作，若仍采用破碎顆粒活性炭或柱狀顆?；钚蕴浚瑢a(chǎn)生較大的阻力而容易導致應用困難。為此，就需要將活性炭等碳基材料制成形狀規(guī)整的成型材料，在提高活性炭成型材料的空間接觸面積的同時，可有效降低氣流阻力，而且該成型材料還便于進行表面改性等二次開發(fā)工作。由此可見，將活性炭等碳基材料制備為成型材料，具有明顯的應用優(yōu)勢。成為新型碳基材料的發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的活性碳吸附材料在高流速和高空速工作要求下會產(chǎn)生較大的阻力而容易導致應用困難的問題，發(fā)明一種將活性炭等碳基材料制成形狀規(guī)整的成型材料的成型碳基材料的制備方法，在提高活性炭成型材料的空間接觸面積的同時，可有效降低氣流阻力，同時便于進行表面改性等二次開發(fā)工作。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種成型碳基材料的制備方法，其特征是它包括以下步驟
(1)將粉末活性炭或顆?；钚蕴壳蚰ブ林形粡皆?0微米以下，并要求原料活性炭中的碳元素含量不低于85% ；
(2)將球磨后的活性炭粉末與硝酸鐵、硅酸鋁、浙青、殼聚糖等物質(zhì)混合，物料混合的質(zhì)量比為活性炭粉硝酸鐵硅酸鋁浙青殼聚糖=(5(Γ90) (Γ5) (Γ5) :(4 20)(4 20)，將含有乙醇濃度為10 30%的水溶液加熱到4(T60°C后，與上述混合物料調(diào)制成含固率在20% 50%的漿料；
(3)將上述漿料加熱至6(T80°C，攪拌I.5-2. 5小時，形成穩(wěn)定的高含固量漿料；
(4)采用整體式多孔蜂窩載體、波紋板式載體或者波紋絲網(wǎng)式載體作為載體，將經(jīng)步驟
(3)處理后的漿料倒在載體的頂端面處，并將載體沿孔道方向垂直放置，或按載體孔道方向與垂直方向角度不大于30度垂直放置；隨后使載體形成上下往復振動，振動頻率為10飛0Hz，振幅為f 10mm，在振動過程中，漿料在自重作用下被快速地均勻涂載到載體上，形成厚度為O. 5^5mm的漿料層；
(5)將上述涂載了漿料的載體以8-12°C /分鐘升溫至120 140°C，保溫25 35分鐘，在此過程中采用空氣鼓吹方式加熱；然后以15-25°C /分鐘升溫至280-320°C，保溫25 35分鐘，在此過程中控制鼓吹氣體中的氧含量小于5% ;然后再以8-12°C /分鐘升溫至430-470°C，保溫25 35分鐘，在此過程中控制鼓吹氣體中的氧含量小于1%，保護性氣體可以采用氮氣或二氧化碳；然后，以15_25°C /分鐘降溫至130 170°C，隨后自然冷卻至室溫，取出即成為成型碳基材料。所述的硝酸鐵為粘結(jié)劑，硅酸鋁為粘結(jié)固化劑，浙青為粘結(jié)劑和炭化劑，殼聚糖為表面活性劑，所述的配制而成的漿料的分子量在200(Γ6000之間。所述的載體材料為無機材料或金屬材料。控制載體上下往復振動時向下運動的時間比向上運動的時間長到少5倍。
本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的成型碳基材料從材料性質(zhì)上講既保留了原料活性炭的基本性質(zhì)，即發(fā)達的孔隙與比表面積，同時又由于具有大量的接觸面積，大大提高了傳質(zhì)速率，提高了所需要的反應效率。本發(fā)明方法簡單，制造方便，成本低。本發(fā)明不僅能提高活性炭成型材料的空間接觸面積，有效降低氣流阻力，而且有利于進行表面改性等二次開發(fā)。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。實施例一。一種成型碳基材料的制備方法是
(I)將50kg粉末活性炭或顆?；钚蕴壳蚰ブ林形粡皆?0微米以下，并要求原料活性炭中的碳兀素含量不低于85%。(2)將球磨后的活性炭粉末與硝酸鐵1kg、硅酸鋁1kg、浙青4kg、殼聚糖4物質(zhì)混合，將含有乙醇濃度為10%的水溶液96kg加熱到40°C后，與上述混合物料調(diào)制成含固率在20%的漿料。在上述物料中，硝酸鐵為粘結(jié)劑，硅酸鋁為粘結(jié)固化劑，浙青為粘結(jié)劑和炭化齊U，殼聚糖為表面活性劑，其分子量在200(Γ6000之間。(3)將上述物料加熱至60°C，攪拌I. 5小時，形成穩(wěn)定的高含固量漿料。(4)采用整體式多孔蜂窩載體或者波紋板式載體或者波紋絲網(wǎng)式載體，作為載體材料，載體材料可以是無機材料或金屬材料。將(3)中漿料倒在載體的頂端面處，并將載體沿孔道方向垂直放置，或按載體孔道方向與垂直方向角度不大于30度垂直放置。隨后使載體形成上下往復振動，振動頻率為1(T60 Hz，振幅為f 10mm，振動方式為向下運動的時間比向上運動的時間長5倍以上。在這種振動過程中，漿料在自重作用下被快速地均勻涂載到載體上，厚度在O. 5^5mm之間。(5)將上述涂載了漿料的載體以8°C /分鐘升溫至120°C，保溫25分鐘，在此過程中進行空氣鼓吹方式加熱；然后以15°C /分鐘升溫至280°C，保溫25分鐘，在此過程中控制鼓吹氣體中的氧含量小于5% ;然后再以8°C /分鐘升溫至430°C，保溫25分鐘，在此過程中控制鼓吹氣體中的氧含量小于1%，保護性氣體可以采用氮氣或二氧化碳。然后，以15°c /分鐘降溫至130°C，隨后自然冷卻至室溫，取出即成為成型的碳基材料。實施例二。 一種成型碳基材料的制備方法是
(I)將粉末活性炭或顆?；钚蕴?0kg球磨至中位徑在50微米以下，并要求原料活性炭中的碳元素含量不低于85%。(2)將球磨后的活性炭粉末與硝酸鐵5kg、硅酸鋁5kg、浙青20kg、殼聚糖20等物質(zhì)混合，將含有乙醇濃度為30%的水溶液140kg加熱到60°C后，與上述混合物料調(diào)制成含固率在50%的漿料。在上述物料中，硝酸鐵為粘結(jié)劑，硅酸鋁為粘結(jié)固化劑，浙青為粘結(jié)劑和炭化劑，殼聚糖為表面活性劑，其分子量在200(Γ6000之間。(3)將上述物料加熱至80°C，攪拌2. 5小時，形成穩(wěn)定的高含固量漿料。(4)采用整體式多孔蜂窩載體或者波紋板式載體或者波紋絲網(wǎng)式載體，作為載體材料，載體材料可以是無機材料或金屬材料。將(3)中漿料倒在載體的頂端面處，并將載體沿孔道方向垂直放置，或按載體孔道方向與垂直方向角度不大于30度垂直放置。隨后使載體形成上下往復振動，振動頻率為1(T60 Hz，振幅為f 10mm，振動方式為向下運動的時間比向上運動的時間長5倍以上。在這種振動過程中，漿料在自重作用下被快速地均勻涂載到載體上，厚度在O. 5^5mm之間。(5)將上述涂載了漿料的載體以12°C /分鐘升溫至140°C，保溫35分鐘，在此過程中進行空氣鼓吹方式加熱；然后以25°C /分鐘升溫至320°C，保溫35分鐘，在此過程中控制鼓吹氣體中的氧含量小于5% ;然后再以12°C /分鐘升溫至470°C，保溫35分鐘，在此過程中控制鼓吹氣體中的氧含量小于1%，保護性氣體可以采用氮氣或二氧化碳。然后，以25°C /分鐘降溫至170°C，隨后自然冷卻至室溫，取出即成為成型的碳基材料。實施例三。一種成型碳基材料的制備方法是
(I)將粉末活性炭或顆?；钚蕴?0kg球磨至中位徑在50微米以下，并要求原料活性炭中的碳兀素含量不低于85%。(2)將球磨后的活性炭粉末與硝酸鐵3、硅酸鋁3、浙青12、殼聚糖12混合，將含有乙醇濃度為20%的水溶液185. 7kg加熱到4(T60°C后，與上述混合物料調(diào)制成含固率在35%的漿料。在上述物料中，硝酸鐵為粘結(jié)劑，硅酸鋁為粘結(jié)固化劑，浙青為粘結(jié)劑和炭化劑，殼聚糖為表面活性劑，其分子量在200(Γ6000之間。(3)將上述物料加熱至6(T80°C，攪拌2小時，形成穩(wěn)定的高含固量漿料。(4)采用整體式多孔蜂窩載體或者波紋板式載體或者波紋絲網(wǎng)式載體，作為載體材料，載體材料可以是無機材料或金屬材料。將(3)中漿料倒在載體的頂端面處，并將載體沿孔道方向垂直放置，或按載體孔道方向與垂直方向角度不大于30度垂直放置。隨后使載體形成上下往復振動，振動頻率為1(T60 Hz，振幅為f 10mm，振動方式為向下運動的時間比向上運動的時間長5倍以上。在這種振動過程中，漿料在自重作用下被快速地均勻涂載到載體上，厚度在O. 5^5mm之間。(5)將上述涂載了漿料的載體以10°C /分鐘升溫至130°C，保溫30分鐘，在此過程中進行空氣鼓吹方式加熱；然后以20°C /分鐘升溫至300°C，保溫30分鐘，在此過程中控制鼓吹氣體中的氧含量小于5% ;然后再以10°C /分鐘升溫至450°C，保溫30分鐘，在此過程中控制鼓吹氣體中的氧含量小于1%，保護性氣體可以采用氮氣或二氧化碳。然后，以20°C /分鐘降溫至150°C，隨后自然冷卻至室溫，取出即成為成型的碳基材料。 本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相 同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種成型碳基材料的制備方法，其特征是它包括以下步驟 (1)將粉末活性炭或顆?；钚蕴壳蚰ブ林形粡皆?0微米以下，并要求原料活性炭中的碳元素含量不低于85% ； (2)將球磨后的活性炭粉末與硝酸鐵、硅酸鋁、浙青、殼聚糖物質(zhì)混合，物料混合的質(zhì)量比為活性炭粉硝酸鐵硅酸鋁浙青殼聚糖=(5(Γ90) (Γ5) (Γ5) :(4 20) : (4 20)，將含有乙醇濃度為1(Γ30%的水溶液加熱到4(T60°C后，與上述混合物料調(diào)制成含固率在20% 50%的漿料； (3)將上述漿料加熱至6(T80°C，攪拌I.5-2. 5小時，形成穩(wěn)定的高含固量漿料； (4)采用整體式多孔蜂窩載體、波紋板式載體或者波紋絲網(wǎng)式載體作為載體，將經(jīng)步驟(3)處理后的漿料倒在載體的頂端面處，并將載體沿孔道方向垂直放置，或按載體孔道方向與垂直方向角度不大于30度垂直放置；隨后使載體形成上下往復振動，振動頻率為10飛0Hz，振幅為f 10mm，在振動過程中，漿料在自重作用下被快速地均勻涂載到載體上，形成厚度為O. 5^5mm的漿料層； (5)將上述涂載了漿料的載體以8-12°C/分鐘升溫至120 140°C，保溫25 35分鐘，在此過程中采用空氣鼓吹方式加熱；然后以15-25°C /分鐘升溫至280-320°C，保溫25 35分鐘，在此過程中控制鼓吹氣體中的氧含量小于5% ;然后再以8-12°C /分鐘升溫至430-470°C，保溫25 35分鐘，在此過程中控制鼓吹氣體中的氧含量小于1%，保護性氣體可以采用氮氣或二氧化碳；然后，以15-25°C /分鐘降溫至130 170°C，隨后自然冷卻至室溫，取出即成為成型碳基材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是所述的硝酸鐵為粘結(jié)劑，硅酸鋁為粘結(jié)固化劑，浙青為粘結(jié)劑和炭化劑，殼聚糖為表面活性劑，所述的配制而成的漿料的分子量在2000 6000之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是所述的載體材料為無機材料或金屬材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是控制載體上下往復振動時向下運動的時間比向上運動的時間長到少5倍。
全文摘要
一種成型碳基材料的制備方法，其特征是它包括以下步驟(1)將粉末活性炭或顆粒活性炭球磨；(2)將球磨后的活性炭粉末與硝酸鐵、硅酸鋁、瀝青和殼聚糖混合；(3)將上述漿料加熱攪拌形成穩(wěn)定的高含固量漿料；(4)將經(jīng)步驟(3)處理后的漿料倒在載體的頂端面處，并將載體沿孔道方向垂直放置，或按載體孔道方向與垂直方向角度不大于30度垂直放置；隨后使載體形成上下往復振動，振動頻率為10~60Hz，振幅為1~10mm，在振動過程中，漿料在自重作用下被快速地均勻涂載到載體上，形成厚度為0.5~5mm的漿料層；(5)經(jīng)四次升降溫烘干處理即得本發(fā)明的成型碳基材料。本發(fā)明不僅能提高活性炭成型材料的空間接觸面積，有效降低氣流阻力，而且有利于進行表面改性等二次開發(fā)。
文檔編號C01B31/08GK102942181SQ20121051111
公開日2013年2月27日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者龔惠娟, 陳澤智, 余珉, 王夢秋, 樊楊梅, 馬莎莎, 虞輝 申請人:南京大學