超级活性炭的制备和结构及其性能研究进展

第24卷 第2期2001年4月

煤 炭 转 化

COALCONVERSIONVol.24 No.2Apr.2001

超级活性炭的制备和结构及其性能研究进展

宋 燕 凌立成 李开喜 吕春祥 刘 朗

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  摘 要 超级活性炭是一种新型高效吸附功能材料,由于它具有比表面积高、微孔分布集中且吸附性能优良等优点,正越来越广泛地受到重视并在许多领域推广应用.概述了超级活性炭的制备、结构及其性能研究进展.

关键词 超级活性炭,比表面积,化学活化法,孔结构,表面化学结构,吸附性能

中图分类号 TQ424.1

化法、化学活化法、物理-化学联合活化法.其中较常

0 引 言

活性炭(AC)是一种广谱吸附剂,其吸附能力主

要取决于活性炭的比表面积及孔径分布.常规活性炭由于比表面积较小(<1500m2/g)、孔径分布较宽(在1nm~100nm范围内均有分布)、选择吸附性较差,已不能满足日益发展的医药、环保、军事及电子等领域的特殊要求,因此近年来国内外研究开发了多种新型活性炭材料.其中超级活性炭由于具有比表面积高(>2200m/g)、微孔分布集中且吸附性能优良等特点,现已广泛应用于医药、催化、气体分离及储存、双电层电容等领域.本文从超级活性炭的制备、结构及其性能研究进展方面作一概述.

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用的是后两种活化方法.1.1 物理活化法

物理活化法通常包括两个步骤:首先是对原料进行炭化处理以除去其中的可挥发成分,使之生成富碳的固体热解物,然后用合适的氧化性气体(如:

水蒸气、二氧化碳、氧气或空气)对炭化物进行活化处理,通过开孔、扩孔和创造新孔,形成发达的孔隙结构.一般活化过程中发生如下反应:

 C+H2O=H2+CO($H=+117kJ/mol)

 C+CO2=2CO($H=+159kJ/mol)通过上述两反应去除炭材料内部的碳原子,从而创造出丰富的微孔.

影响物理活化的因素有很多,活性炭的孔隙率除了与制备活性炭的原材料性质有关外,还与炭化、活化条件(诸如炭化温度、炭化时间、活化温度、活化时间、活化剂种类、活载比等)有着密切的关系.当利用物理活化法制备超级活性炭时往往添加催化剂进行催化活化.如日本专利[8]采用第Ⅷ族金属元素做催化剂,不仅减少了反应时间,而且获得比表面积达到2000m/g~2500m/g的超级活性炭.有代表性的过渡金属化合物有Fe(NO3)3,Fe(OH)3,FePO4,FeBr3,Fe2(SO4)3,Fe2O3等.

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1 超级活性炭的制备

超级活性炭最早出现于20世纪70年代,美国工业化于20世纪80年代中期,其商品代号为AX系列;日本工业化于20世纪90年代初期,其商品代号为MAXSORB.制备超级活性炭的原料相当丰富:如石油焦或沥青焦、煤、沥青果壳[6]以及中间相炭微球等.[7]

[1,2]

[3]

[4,5]

、木质素、

超级活性炭的制备方法基本上有三类:物理活

X国家自然科学基金资助项目(59772025).

 1)博士生;2)研究员、博士生导师,中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室,030001 太原;3)副研究员;4)研究员、博,, 太原 :

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