活性炭基催化剂载体及其制备方法

一种活性炭基催化剂，其特征在于：该载体为活性炭，其表面酸性官能团数量为1.5～3.5mol/g，零电荷点PHPZC值为1～3，BET表征中孔的孔容比为70～90%。

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活性炭基催化剂载体的制备方法，其工艺步骤为：

①脱灰处理：将活性炭与碱溶液按1:3～4的重量比进行混合，在室温至100℃下缓慢搅拌1～2小时后过滤、水洗至中性；过滤后将活性炭与酸溶液按1:3～4的重量比进行混合，在室温至100℃下缓慢搅拌1～2小时后过滤，得到脱灰活性炭；其中碱溶液和酸溶液的浓度为0.5～2mol/L，活性炭颗粒度为10～300目；

②浸渍预处理：将上述脱灰活性炭与浸渍溶液按照重量比1:2～6进行混合，在室温浸泡10～24小时，然后过滤，干燥后得到浸渍预处理活性炭；

③热处理：继而将该预处理活性炭在密闭容器中加热到150～280℃，保温0.5～4小时后，冷却至室温得到活性炭基催化剂载体。

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活性炭基催化剂载体的浸渍溶液的质量浓度为20～80%的溶液，该溶液是用强酸或硝酸盐、过硫酸盐、过氧化物以任意比例混合溶于水中配制而成。

以活性炭为载体的活性炭催化剂制备方法，其工艺步骤为：

①浸渍金属盐：将活性炭催化剂载体与金属盐溶液按1:1～4的质量比进行混合，搅拌下加热回流1～5小时，冷却至室温后过滤，用有机溶剂洗涤接近无色；

②烘干：将上述浸渍金属盐的活性炭加热到120～500℃，保温1～6小时后，冷却至室温后得到活性炭固体酸催化剂。

活性炭催化剂的金属盐溶液的质量浓度为8～20%的过渡金属盐或稀土金属盐中的一种或溶液，该溶液是用强酸或硝酸盐、过硫酸盐以任意比例混合溶于水或有机溶剂配制而成。

活性炭催化剂可以催化缩醛（酮）、酯类、烃类等的合成反应。

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技术要求：

外观：黑色不规则小颗粒，无臭，无味。

表观密度（g/ml）:0.385-0.420，平均粒径440～490um；PH值：5～7。

生产煤质活性炭的原料种类：可以作为活性炭的原料有褐煤、烟煤和无烟煤。国内的煤质活性炭原料主要采用山西大同地区的弱粘结性烟煤和宁夏的太西无烟煤。其中山西大同地区的弱粘结性烟煤由于化学活性好、灰分低（特别是其八层煤和十一层煤），而广泛被用于加工制造原煤破碎活性炭。宁夏太西煤低灰、低硫、含碳量高，化学活性好，是生产高档活性炭的优质原料，主要生产柱状活性炭。

以太西无烟煤为主要原料的合格原料煤入厂后，被粉碎到一定细度（一般为200目），然后配入适量粘接剂（一般为煤焦油）在混捏设备中混合均匀，然后在一定压力下用一定直径模具挤压成炭条，炭条经炭化、活化后，再经过筛分、包装制成成品活性炭。

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炭化

炭化是活性炭制造过程中的主要热处理工序之一，炭化过程中大部分非碳元素—氢和氧因原料的高温分解首先以气体形式被排除，而获释的碳原子则组合成“通称为基本石墨微晶”的有序结晶生成物。

严格的说，炭化是在隔绝空气的条件下进行的。炭化是指在低温下（500℃左右）煤及煤沥青的热分解、固化以及煤焦油中低分子物质的挥发。

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活化

活化是赋予碳颗粒活性，使炭形成多孔的微晶结构，具有发达的表面积的过程。活化方法通常有三种：化学药品活化法、物理活化法和物理化学联合活化法。

①化学药品活化法    将含碳原料与化学药品活化剂混捏，然后炭化、活化制取活性炭。药品有ZnCl₂、H₃PO₄、K₂SO₄及K₂S等。

②物理活化法（气体活化法）   在火化过程中通入气体活化剂如二氧化碳、水蒸气、空气等。

③物理化学联合活化法   一般先进行化学药品活化，然后进行物理活化。由物理活化法（特别是用水蒸气活化）制成的产品，微孔发达，对气相物质有很好的吸附力，当然也可以通过控制炭的活化程度而用于液相吸附；由化学药品活化法制得的活性炭次微孔发达，多用于液相吸附。

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气体活化反应通过以下三个阶段最终达到活化造孔的目的：第一阶段是开放原有的闭塞孔。即在高温下，活化气体首先与无序碳原子及杂质原子发生反应，将炭化时已形成但却被无序碳原子及杂质原子所堵塞的孔隙打开，将基本微晶表面暴露出来。第二阶段是扩大原有孔隙。在此阶段暴露出来的基本微晶表面上的碳原子与活化气体发生氧化反应被烧失，使得打开的孔隙不断扩大、贯通及向纵深发展。第三阶段是形成新的孔隙。随着活化反应的不断进行，新的活性位暴露于微晶表面，于是这些新的活性点又能同活化气体进行反应。微晶表面这种不均匀的燃烧，不断地导致新孔隙的形成。随着活化反应的进行，孔隙不断的扩大，相邻微晶之间的孔壁被完全烧失而形成较大的孔隙，导致中孔和大孔的孔容的增加，从而形成了活性炭大孔、中孔和微孔相连接的孔隙结构，具有发达的比表面积。

气体活化温度：空气的活化温度为600℃左右，水蒸气的活化温度为800～950℃。由于水蒸气能充分的扩散到炭的微晶表面，使活化反应能在整个炭颗粒内均匀进行，所以得到的比表面积大、吸附能力强的活性炭。总的认为，二氧化碳和水蒸气作为活化剂活化的效果较好。

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活性炭产品质量要求：

①成品活性炭（Φ1.5mm、Φ3.0mm、Φ3.8mm、Φ4.0mm）：碘值1000mg/g，四氯化碳60%，亚甲蓝180mg/g，堆重460～530g/L,灰分10%，强度95%。

②筛下成品活性炭：碘值1000mg/g，灰分10%。

③破碎活性炭：碘值1000mg/g，亚甲蓝180mg/g，破筛率70%。

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