[go: up one dir, main page]

RU2331468C1 - Method of obtaining nano-porous carbon material - Google Patents

Method of obtaining nano-porous carbon material Download PDF

Info

Publication number
RU2331468C1
RU2331468C1 RU2007108592/15A RU2007108592A RU2331468C1 RU 2331468 C1 RU2331468 C1 RU 2331468C1 RU 2007108592/15 A RU2007108592/15 A RU 2007108592/15A RU 2007108592 A RU2007108592 A RU 2007108592A RU 2331468 C1 RU2331468 C1 RU 2331468C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mixture
carbon
temperature
porous carbon
anthracite
Prior art date
Application number
RU2007108592/15A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Надежда Михайловна Микова (RU)
Надежда Михайловна Микова
Николай Васильевич Чесноков (RU)
Николай Васильевич Чесноков
Борис Николаевич Кузнецов (RU)
Борис Николаевич Кузнецов
Original Assignee
Институт химии и химической технологии СО РАН (ИХХТ СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт химии и химической технологии СО РАН (ИХХТ СО РАН) filed Critical Институт химии и химической технологии СО РАН (ИХХТ СО РАН)
Priority to RU2007108592/15A priority Critical patent/RU2331468C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2331468C1 publication Critical patent/RU2331468C1/en

Links

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to obtaining of porous carbon materials with a high specific surface and developed microporosity which can find use as adsorbent and porous carbon carriers for catalysts. The method of manufacturing the nano-porous carbon material includes the preparation of a solid mixture of natural anthracite with a hydroxide of sodium, potassium or lithium by their mixture in a mass ratio 1:5-1:7, melting in preliminary preheating up to temperature of fusion of hydroxide of muffle of furnaces, carbonisation in an atmosphere of gases carbonisation at the temperature 600-800°C, cleaning using water and drying.
EFFECT: simplification and reduction of duration of process of obtaining.
2 tbl, 11 ex

Description

Изобретение относится к области получения пористых углеродных материалов с высоким значением удельной поверхности и развитой системой пор, которые могут быть использованы в качестве адсорбентов для очистки воздуха, воды от минеральных и техногенных загрязнений, а также в качестве носителей для катализаторов.The invention relates to the field of production of porous carbon materials with a high specific surface area and a developed pore system that can be used as adsorbents for the purification of air, water from mineral and industrial pollution, as well as carriers for catalysts.

Известны способы получения активированных углей (АУ) с высокими значениями удельной поверхности карбонизацией ископаемых углей в условиях химической активации соединениями щелочных металлов.Known methods for producing activated carbon (AC) with high values of the specific surface carbonization of fossil fuels under conditions of chemical activation by alkali metal compounds.

При использовании высокоморфизованных углей и антрацитов в качестве углеродистого сырья для получения углеродных материалов с высокой удельной поверхностью и развитой микропористостью необходимо их подвергнуть предварительному окислительному воздействию с целью увеличения пространственной подвижности каркаса. Последующее введение щелочных металлов в органический каркас угля выполняют путем его обработки водными или спиртовыми растворами гидроксида металла первой (Ia) группы Периодической системы. Способ обработки угля гидроксидами металлов включает следующие операции: приготовление растворов щелочей определенной концентрации, смешение угля с раствором щелочи и выдерживание смеси в течение 72 часов. Затем пропитанные щелочью образцы высушивают, фракционируют и подвергают карбонизации в трубчатом кварцевом реакторе в токе аргона при температурах 600-800°С (Ю.В.Тамаркина, В.А.Кучеренко, Т.Г.Шендрик. Развитие удельной поверхности природного угля в присутствии гидроксида калия.//Журн. прикл. химии, 2004. - Т.77. - вып.9. - С.1452-1455).When using highly morphized coals and anthracites as carbon raw materials, it is necessary to subject them to preliminary oxidative action to obtain carbon materials with a high specific surface and developed microporosity in order to increase the spatial mobility of the carcass. Subsequent introduction of alkali metals into the organic framework of coal is carried out by treating it with aqueous or alcoholic solutions of the metal hydroxide of the first (Ia) group of the Periodic System. The method of treating coal with metal hydroxides includes the following operations: preparation of alkali solutions of a certain concentration, mixing coal with an alkali solution and keeping the mixture for 72 hours. Then, the samples impregnated with alkali are dried, fractionated and subjected to carbonization in a tubular quartz reactor in an argon stream at temperatures of 600-800 ° C (Yu.V. Tamarkina, V. A. Kucherenko, T. G. Shendrik. Development of the specific surface of natural coal in the presence of potassium hydroxide.// Journal of Chemistry of Chemistry, 2004 .-- T.77. - issue 9. - S.1452-1455).

Недостатками данного способа являются многостадийность и длительность последовательных операций, включающих сначала окислительную модификацию структуры угля с реагентом-окислителем, а затем химическую активацию щелочью. В присутствии щелочей удельная поверхность развивается, но эффект тем меньше, чем большую степень метаморфизма имеет исходный уголь, и является минимальным для антрацитов. В выбранных режимах активации максимально достижимая поверхность для антрацита составляет не более 450 м2/г.The disadvantages of this method are the multi-stage and duration of sequential operations, including first an oxidative modification of the structure of coal with an oxidizing agent, and then chemical activation with alkali. In the presence of alkalis, the specific surface develops, but the effect is less, the greater the degree of metamorphism the source coal has, and is minimal for anthracites. In the selected activation modes, the maximum attainable surface for anthracite is not more than 450 m 2 / g.

Известен способ получения пористого углеродного материала, получаемого прямым смешением природных антрацитов с гидроксидами МОН (М=К, Na) в массовом отношении МОН/уголь=3 и последующим термолизом компонентов с подъемом температуры от комнатной до 760-730°С в атмосфере N2 и выдержкой при конечной температуре в течение часа. Полученный карбонизат промывают сначала раствором HCl, затем водой до нейтральной среды, высушивают при 110°С до постоянного веса. Термолиз антрацитов в присутствии щелочей можно рассматривать как осуществление процесса карбонизации в режиме химической активации [М.А.Lillo-Rodenas, D. Losano-Castello, D. Cazorla-Amoros, A. Linares-Solano/Preparation of activated carbons from Spanish anthracite. II. Activation by NaOH // Carbon, 2001. - V.39. - Р.751-759].A known method of producing a porous carbon material obtained by direct mixing of natural anthracites with hydroxides MOH (M = K, Na) in a mass ratio MOH / coal = 3 and subsequent thermolysis of the components with a temperature increase from room temperature to 760-730 ° C in an atmosphere of N 2 and exposure at a final temperature for an hour. The carbonate obtained is washed first with a HCl solution, then with water to a neutral medium, and dried at 110 ° C to constant weight. Thermolysis of anthracites in the presence of alkalis can be considered as the implementation of the carbonization process in the chemical activation mode [M.A. Lillo-Rodenas, D. Losano-Castello, D. Cazorla-Amoros, A. Linares-Solano / Preparation of activated carbons from Spanish anthracite. II. Activation by NaOH // Carbon, 2001 .-- V.39. - P.751-759].

В известном способе активирующее влияние щелочи на развитие удельной поверхности и микропористого объема достигается за счет определяющей роли газа N2, подаваемого в реактор со скоростью не менее 500-960 мл/мин. К недостаткам данного способа следует отнести высокий расход газа N2(≥100 л на один эксперимент). Кроме того, для проведения процесса карбонизации требуется специальное технологическое оснащение - проточный реактор, изготовление которого требует дополнительных затрат. К тому же используемое в качестве исходного материала углеродистого сырье скорее следует отнести к полуантрацитам, чем к антрацитам (содержание С=82-89 мас.%).In the known method, the activating effect of alkali on the development of the specific surface and microporous volume is achieved due to the decisive role of gas N 2 supplied to the reactor at a rate of at least 500-960 ml / min. The disadvantages of this method include the high gas flow rate N 2 (≥100 l per experiment). In addition, the carbonization process requires special technological equipment - a flow reactor, the manufacture of which requires additional costs. In addition, the carbonaceous feed used as the starting material should be attributed to semi-anthracite rather than anthracite (content C = 82-89 wt.%).

Наиболее близким к предлагаемому способу по сущности и конечному результату является способ получения наноструктурированного углеродного материала из углеродистого сырья (угли, нефтяные коксы) путем его предварительного окислительного сульфирования серной кислотой в присутствии соли азотистой кислоты на холоду, разбавлении водой и нагревании с целью проведения гидролиза образовавшихся ароматических сульфокислот. Обработанный указанным способом углеродистый продукт после отфильтровывания осадка подвергают плавлению в присутствии гидроксидов металлов первой (Ia) группы и последующей карбонизации полученного плава в инертной или восстановительной среде, образованной газами карбонизации, при 600-1000°С. В описанном способе для развития удельной поверхности применяют предварительную химическую модификацию структуры угля в реакциях с окислителем (H2SO4-NaNO2), что обеспечивает дополнительное образование новых структурных фрагментов и О-, N-, S-содержащих функциональных групп. В результате достигается значительная реорганизация исходной структуры угля во всем объеме угольной матрицы. В ходе карбонизации в присутствии щелочи деструкция сопровождается формированием системы новых связей между структурными фрагментами с образованием вторичной графитоподобной структуры (RU 2206394, опубл. 20.06.2003).The closest to the proposed method in essence and the final result is a method for producing a nanostructured carbon material from carbon raw materials (coals, petroleum coke) by preliminary oxidation sulfonation with sulfuric acid in the presence of a nitrous acid salt in the cold, dilution with water and heating to hydrolyze the aromatic sulfonic acids. The carbon product treated by this method after filtering off the precipitate is subjected to melting in the presence of metal hydroxides of the first (Ia) group and subsequent carbonization of the resulting melt in an inert or reducing medium formed by carbonization gases at 600-1000 ° C. In the described method, a preliminary chemical modification of the coal structure in reactions with an oxidizing agent (H 2 SO 4 -NaNO 2 ) is used to develop the specific surface, which provides additional formation of new structural fragments and O-, N-, S-containing functional groups. As a result, a significant reorganization of the initial structure of coal is achieved in the entire volume of the coal matrix. During carbonization in the presence of alkali, destruction is accompanied by the formation of a system of new bonds between structural fragments with the formation of a secondary graphite-like structure (RU 2206394, publ. 06/20/2003).

Недостаток описанного способа получения целевого продукта состоит в использовании сложной, продолжительной по времени окислительной предобработки исходного сырья, осуществление которой предполагает тщательное соблюдение режима подготовки и реализации многочисленных стадий по выделению промежуточных продуктов реакций окисления, гидролиза, замещения и т.д. К тому же химическая модификация исходного сырья приводит к дополнительным затратам реагентов, энергии, времени, что делает указанный способ экономически затратным и экологически небезопасным из-за выделяющихся оксидов серы и азота в окружающую среду. Кроме того, указанный способ не распространяется на получение нанопористых углеродных материалов из антрацитов.The disadvantage of the described method of obtaining the target product is the use of complex, time-consuming oxidative pretreatment of the feedstock, the implementation of which requires careful adherence to the preparation and implementation of numerous stages for the isolation of intermediate products of oxidation, hydrolysis, substitution reactions, etc. In addition, chemical modification of the feedstock leads to additional costs of reagents, energy, time, which makes this method economically costly and environmentally unsafe due to the released sulfur and nitrogen oxides into the environment. In addition, this method does not apply to the production of nanoporous carbon materials from anthracites.

Задача настоящего изобретения заключается:The objective of the present invention is:

- в упрощении и сокращении длительности процесса получения нанопористых углеродных материалов за счет исключения стадии предварительной окислительной обработки исходного сырья;- to simplify and reduce the duration of the process of obtaining nanoporous carbon materials by eliminating the stage of preliminary oxidative treatment of the feedstock;

- в расширении ассортимента исходного углеродистого сырья за счет использования природного антрацита.- in expanding the range of carbon raw materials through the use of natural anthracite.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе получения нанопористого углеродного материала, включающем плавление смеси углеродистого сырья с гидроксидом металла (Ia) группы Периодической системы с последующей карбонизацией полученного плава в атмосфере отходящих газов при температуре 600-800°С, отмывание продукта водой от примесей неорганических компонентов и сушку, согласно изобретению в качестве углеродистого сырья используют природный антрацит, причем смесь его с гидроксидом натрия, калия, лития берут в массовом соотношении 1:5-1:7, подвергают плавлению в печи, предварительно нагретой до температуры плавления гидроксида металла.The problem is solved in that in the proposed method for producing nanoporous carbon material, comprising melting a mixture of carbon raw materials with metal hydroxide (Ia) of the group of the Periodic system, followed by carbonization of the obtained melt in an atmosphere of exhaust gases at a temperature of 600-800 ° C, washing the product with water from impurities inorganic components and drying, according to the invention, natural anthracite is used as the carbonaceous feed, and its mixture with sodium, potassium, lithium hydroxide is taken in mass Ocean 1: 5-1: 7, is melted in a furnace preheated to the melting point of the metal hydroxide.

Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения показывает, что в отличие от прототипа в качестве исходного углеродсодержащего материала используют природный антрацит. Кроме того, отличительным от прототипа признаком является совмещение процедуры плавления смеси антрацита и щелочи с целью обеспечения миграционной подвижности гидроксида и последующей карбонизации. В прототипе же эти операции разделены, сначала предварительно проводится процедура плавления продукта окисления со щелочью с целью разложения продуктов окисления (сульфокислот) и получения фенолятов, а затем полученный плав помещают в печь для последующей карбонизации. Кроме того, в отличие от прототипа в предлагаемом изобретении печь предварительно нагревают до температуры плавления гидроксида металла, где затем осуществляют и плавление, и карбонизацию.A comparative analysis of the invention shows that, in contrast to the prototype, natural anthracite is used as the starting carbon-containing material. In addition, a distinctive feature of the prototype is the combination of the melting procedure of a mixture of anthracite and alkali in order to ensure migration mobility of the hydroxide and subsequent carbonization. In the prototype, these operations are divided, first the preliminary procedure of melting the oxidation product with alkali is carried out in order to decompose the oxidation products (sulfonic acids) and obtain phenolates, and then the resulting melt is placed in the furnace for subsequent carbonization. In addition, unlike the prototype in the present invention, the furnace is preheated to the melting point of metal hydroxide, where then both melting and carbonization are carried out.

Благодаря этим отличительным признакам удалось в значительной мере упростить и сократить длительность процесса получения нанопористого углеродного материала за счет исключения многочасовой химической обработки углеродистого материала, а также расширить ассортимент исходного ископаемого сырья за счет использования природных антрацитов. Предлагаемый способ прост в осуществлении, достаточно экономичен, не требует сложного технологического оснащения.Thanks to these distinctive features, it was possible to greatly simplify and reduce the duration of the process of obtaining nanoporous carbon material by eliminating the many-hour chemical treatment of carbon material, as well as expanding the range of source fossil raw materials through the use of natural anthracites. The proposed method is simple to implement, quite economical, does not require complex technological equipment.

Способ подтверждается конкретными примерами.The method is confirmed by specific examples.

Пример 1 (по прототипу)Example 1 (prototype)

В качестве исходного углеродистого сырья используют природные антрациты (см. табл.1). 1 г антрацита сибирского (АС), размолотого до фракции 0,16-0,25 мм, смешивают с 18 мл концентрированной серной кислоты. В образовавшуюся суспензию постепенно при перемешивании и охлаждении смеси льдом добавляют 2,704 г нитрита калия. Смесь постепенно нагревают до прекращения выделения оксидов азота, разбавляют водой и кипятят до окончания реакции гидролиза образовавшихся ароматических сульфокислот. Упаренную на 1/3 объема смесь после охлаждения до комнатной температуры отфильтровывают, осадок промывают до нейтральной рН промывных вод.Natural anthracites are used as the initial carbonaceous feed (see Table 1). 1 g of Siberian anthracite (AS), ground to a fraction of 0.16-0.25 mm, is mixed with 18 ml of concentrated sulfuric acid. 2.704 g of potassium nitrite are added gradually to the resulting suspension, while stirring and cooling the mixture with ice. The mixture is gradually heated until the evolution of nitrogen oxides ceases, diluted with water and boiled until the hydrolysis of the aromatic sulfonic acids formed ends. Evaporated in 1/3 of the volume of the mixture after cooling to room temperature, is filtered off, the precipitate is washed to a neutral pH of the wash water.

Осадок с фильтра вначале смешивают с 4,67 г кристаллического гидроксида калия, а затем после упаривания воды смесь подвергают плавлению с целью разложения ароматических сульфокислот и получения фенолятов соответствующих металлов до прекращения газовыделения. Полученный плав подвергают дальнейшей карбонизации в восстановительной среде отходящих газов в муфельной печи до температуры 700±50°С с выдержкой 10 мин при конечной температуре. Затем тигель вынимают из муфеля, охлаждают до комнатной температуры, а карбонизат отмывают от примеси щелочи и солей щелочных металлов водой комнатной температуры, подкисленной водой, снова водой до нейтральной среды. Полученный образец сначала сушат на воздухе до сыпучего состояния, затем окончательно высушивают в сушильном шкафу при температуре 102-105°С. Измерение удельной поверхности проводили на установке «Сорбтометр-4 » и оценивали по адсорбции азота при 77К методом БЭТ после предварительной тренировки образца при 300°С в течение 4-х часов. SБЭТ для данного образца составила 840 м2/г (см. табл.2).The filter cake was first mixed with 4.67 g of crystalline potassium hydroxide, and then after evaporation of the water, the mixture was melted to decompose aromatic sulfonic acids and obtain phenols of the corresponding metals until gas evolution ceased. The resulting melt is subjected to further carbonization in a reducing medium of exhaust gases in a muffle furnace to a temperature of 700 ± 50 ° C with an exposure of 10 minutes at a final temperature. Then the crucible is removed from the muffle, cooled to room temperature, and the carbonate is washed from alkali and alkali metal impurities with room temperature water, acidified with water, again with water to a neutral environment. The resulting sample is first dried in air to a free-flowing state, then finally dried in an oven at a temperature of 102-105 ° C. The specific surface was measured on a Sorbtometr-4 apparatus and evaluated by nitrogen adsorption at 77K by the BET method after preliminary training of the sample at 300 ° C for 4 hours. S BET for this sample was 840 m 2 / g (see table 2).

Пример 2Example 2

5 г антрацита АС смешивают с 25 г кристаллического гидроксида калия, смесь помещают в тигель с крышкой и подвергают плавлению в предварительно нагретой до температуры плавления КОН (ТКОН=360°С) муфельной печи в течение 10 минут. Полученный плав «АС-КОН» подвергают дальнейшей карбонизации в восстановительной среде отходящих газов, повышая температуру печи до 600°С. Затем тигель вынимают из муфеля, охлаждают до комнатной температуры, а карбонизат отмывают от примеси щелочи и солей щелочных металлов водой комнатной температуры, подкисленной водой, горячей водой до нейтральной среды. Полученный образец сначала сушат на воздухе до сыпучего состояния, затем окончательно высушивают в сушильном шкафу при температуре 102-105°С. Удельная поверхность углеродного образца SБЭТ составила 1057 м2 г.5 g of anthracite AC are mixed with 25 g of crystalline potassium hydroxide, the mixture is placed in a crucible with a lid and melted in a muffle furnace previously heated to the melting temperature KOH (T KOH = 360 ° C) for 10 minutes. The resulting AC-KON melt is subjected to further carbonization in the exhaust gas reducing atmosphere, raising the furnace temperature to 600 ° C. Then the crucible is removed from the muffle, cooled to room temperature, and the carbonate is washed from alkali and alkali metal impurities with room temperature water, acidified water, hot water to a neutral environment. The resulting sample is first dried in air to a free-flowing state, then finally dried in an oven at a temperature of 102-105 ° C. The specific surface area of the carbon sample S BET was 1057 m 2 g

Пример 3. Получение активного углерода ведут по способу, приведенному в примере 2, но проводят термолиз твердой смеси «АС-КОН» до температуры 800°С. SБЭТ полученного углеродного образца составила 2568 м2/г, диаметр пор 1,73 нм. Развитие пористой структуры происходит постепенно в результате разложения поверхностных щелочных комплексов (солей), являющихся активными центрами газификации.Example 3. Obtaining active carbon is carried out according to the method described in example 2, but thermolysis of the solid mixture "AC-KON" to a temperature of 800 ° C. S BET of the obtained carbon sample was 2568 m 2 / g, pore diameter 1.73 nm. The development of the porous structure occurs gradually as a result of decomposition of surface alkaline complexes (salts), which are active centers of gasification.

Пример 4. Получение активного углеродного продукта ведут по способу, приведенному в примере 3, но проводят карбонизацию смеси «АС-КОН» до температуры 800°С с выдержкой образца в течение 1 часа. SБЭТ полученного углеродного образца составила 2350 м2/г, диаметр пор 1,82 нм. Развитие микропористого объема происходит на фоне одновременно протекающих реакций карбонизации и процесса газификации летучими газами пиролиза. Увеличение длительности термолиза системы «АС-КОН» с 15 мин до 1 часа приводит к понижению выхода конечного продукта термолиза за счет усиления процесса выгорания активного углерода, а также некоторому падению Sуд., возможно, вследствие усадки.Example 4. Obtaining an active carbon product is carried out according to the method described in example 3, but carry out the carbonization of the mixture "AC-KON" to a temperature of 800 ° C with exposure of the sample for 1 hour. S BET of the obtained carbon sample was 2350 m 2 / g, pore diameter 1.82 nm. The development of microporous volume occurs against the background of simultaneously occurring carbonization reactions and the gasification process with volatile pyrolysis gases. An increase in the duration of the thermolysis of the AS-KON system from 15 minutes to 1 hour leads to a decrease in the yield of the final thermolysis product due to the intensification of the process of burning active carbon, as well as to a certain decrease in Ssp., Possibly due to shrinkage.

Пример 5. Отличается от примера 3 тем, что массовое соотношение АС: КОН берут равным 1:3. Получаемый продукт имеет SБЭТ, равную 1189 м2/г, объем пор 0,572 см3/г. Уменьшение нижнего предела соотношения угля и щелочи снижает степень развития пористой структуры в угле за счет снижения концентрации поверхностных комплексов «антрацит-КОН», активирующих образование летучих продуктов термолиза, при этом не достигается необходимая глубина реакций.Example 5. It differs from example 3 in that the mass ratio of AC: KOH is taken to be 1: 3. The resulting product has S BET equal to 1189 m 2 / g, pore volume 0.572 cm 3 / g A decrease in the lower limit of the ratio of coal to alkali reduces the degree of development of the porous structure in coal due to a decrease in the concentration of the “anthracite-KOH” surface complexes that activate the formation of volatile thermolysis products, and the required reaction depth is not achieved.

Пример 6. Получение активного углерода ведут по способу, приведенному в примере 3, но массовое соотношение АС: КОН берут равным 1:7. SБЭТ полученного углеродного образца составила 2870 м2/г, объем пор 1,25 см3/г. В данных условиях достигается максимальное развитие пористой структуры за счет того, что в газах пиролиза резко возрастает содержание газообразных продуктов (Н2, CO2, СО), обусловленное протеканием реакций КОН с полиареновыми фрагментами угольного каркаса. Избыток вводимого гидроксида способствует развитию пористой структуры за счет дополнительного порообразующего действия СО и CO2, высвобождающихся в результате реакций продуктов трансформации КОН (К2CO3 и, возможно, К2O) с углеродом.Example 6. Obtaining active carbon is carried out according to the method described in example 3, but the mass ratio of AC: KOH is taken to be 1: 7. S BET of the obtained carbon sample was 2870 m 2 / g, pore volume 1.25 cm 3 / g. Under these conditions, the maximum development of the porous structure is achieved due to the fact that in the pyrolysis gases the content of gaseous products (H 2 , CO 2 , CO) sharply increases due to the reactions of KOH with polyarene fragments of the carbon skeleton. Excess introduced hydroxide promotes the development of a porous structure due to the additional pore-forming action of CO and CO 2 released as a result of reactions of KOH transformation products (K 2 CO 3 and, possibly, K 2 O) with carbon.

Пример 7. Отличается от примера 3 тем, что в качестве гидроксида металла (Ia) группы используют твердый NaOH. Приготовленную физическим смешением сухую смесь «АС-NaOH» подвергают плавлению в предварительно нагретом до температуры плавления NaOH (TNaOH=320°C) муфельном шкафу в течение 10 минут. Получают углеродный продукт, имеющий SБЭТ 1100 м2/г. Развитие микропористой структуры в определенной мере зависит от природы катиона вводимой щелочи, поскольку в одних и тех же условиях термолиза системы «антрацит-МОН, М=К, Na» скорость образования летучих продуктов, особенно CO2, выше для КОН-образцов, чем для Na-образцов, а значит число образующихся поверхностных комплексов выше в случае КОН, чем с NaOH.Example 7. It differs from example 3 in that solid NaOH is used as the metal hydroxide of the (Ia) group. The dry mixture “AC-NaOH” prepared by physical mixing is melted in a muffle cabinet preheated to the melting temperature of NaOH (T NaOH = 320 ° C) for 10 minutes. A carbon product is obtained having an S BET of 1100 m 2 / g. The development of the microporous structure to a certain extent depends on the nature of the cation of the introduced alkali, since under the same conditions of thermolysis of the "anthracite-MON, M = K, Na" system, the rate of formation of volatile products, especially CO 2 , is higher for KOH samples than for Na-samples, which means that the number of surface complexes formed is higher in the case of KOH than with NaOH.

Пример 8. Получение активного углерода ведут по способу, приведенному в примере 7, но проводят термолиз твердой смеси «АС-NaOH» до температуры 600°С, выдерживая при ней образец в течение 15 мин. Значение SБЭТ полученного углеродного образца составило 272 м2/г. Слабое развитие микропористого объема (Vмикро=0,07 см3/г), возможно, заключается в том, что в присутствии NaOH образование на угольных частицах активных поверхностных комплексов затруднено, в случае КОН они образуются с большей скоростью и при более низкой температуре.Example 8. Obtaining active carbon is carried out according to the method described in example 7, but thermolysis of the solid mixture "AC-NaOH" is carried out to a temperature of 600 ° C, keeping the sample for 15 minutes. The S BET value of the obtained carbon sample was 272 m 2 / g. The weak development of the microporous volume (Vmicro = 0.07 cm 3 / g) is probably due to the fact that in the presence of NaOH the formation of active surface complexes on coal particles is difficult, in the case of KOH they form at a higher rate and at a lower temperature.

Пример 9. Отличается от примера 7 тем, что в качестве гидроксида металла (Ia) группы используют твердый LiOH. Физическую смесь «АС-LiOH» помещают в муфель, нагретый до 460°С (Тпл. LiOH). Получаемый продукт имеет SБЭТ 235 м2/г. При термолизе системы «антрацит- LiOH» достигается наименьший эффект взаимодействия Li+, ОН-, LiOH с фрагментами угольного каркаса, при этом глубина активирующего влияния щелочей увеличивается в ряду LiOH<NaOH<КОН.Example 9. It differs from example 7 in that solid LiOH is used as the metal hydroxide of the (Ia) group. The physical mixture "AC-LiOH" is placed in a muffle heated to 460 ° C (mp. LiOH). The resulting product has an S BET of 235 m 2 / g. During the thermolysis of the anthracite-LiOH system, the smallest effect of the interaction of Li + , OH - , LiOH with fragments of the carbon skeleton is achieved, while the depth of the activating effect of alkalis increases in the order LiOH <NaOH <KOH.

Пример 10. Отличается от примера 3 тем, что в качестве исходного угля используют Иловайский антрацит, фракция 0,25 мм. Получаемый в результате термолиза системы «ИА-КОН» целевой продукт имеет меньшее значение SБЭТ=1526 м2/г по сравнению с углеродным продуктом из образца ИА. В аналогичных условиях проведения эксперимента на характеристики конечного продукта оказывает влияние содержание минеральных примесей в исходном угле. Большая пористость конечного продукта из образца АС согласуется, вероятно, с порообразующим влиянием газообразных продуктов, инициируемых разложением карбонатов из примесей (СаСО3 и др.).Example 10. It differs from example 3 in that Ilovaysky anthracite, a fraction of 0.25 mm, is used as the source coal. The target product resulting from the thermolysis of the IA-KON system has a lower S BET value = 1526 m 2 / g compared to the carbon product from the IA sample. Under similar experimental conditions, the content of mineral impurities in the initial coal affects the characteristics of the final product. The high porosity of the final product from the AS sample is probably consistent with the pore-forming effect of gaseous products initiated by the decomposition of carbonates from impurities (CaCO 3 and others).

Пример 11. Получение активного углерода ведут по способу, приведенному в примере 10, но в качестве гидроксида металла (Ia) группы используют твердый NaOH. Получаемый продукт имеет SБЭТ 2547 м2/г, превышающую значения Sуд., полученные в аналогичных условиях для АС, вероятно, ввиду большего содержания О-содержащих функций в исходном угле (см. Табл.1). Чем больше количество О-содержащих функциональных групп, тем большую пористость имеет продукт карбонизации. Изменения, вызванные действием щелочей, определяются как природой гидроксида, так и природой антрацита, поэтому обработка разных антрацитов в идентичных условиях приводит к образованию активных углей с различающимися структурными характеристиками.Example 11. Obtaining active carbon is carried out according to the method described in example 10, but solid NaOH is used as the metal hydroxide of the (Ia) group. The resulting product has an S BET of 2547 m 2 / g, exceeding the Ssp values obtained under similar conditions for AS, probably due to the higher content of O-containing functions in the initial angle (see Table 1). The greater the number of O-containing functional groups, the greater the porosity of the carbonization product. Changes caused by the action of alkalis are determined both by the nature of the hydroxide and the nature of anthracite, therefore, the treatment of different anthracites under identical conditions leads to the formation of activated carbons with different structural characteristics.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет значительно сократить длительность и число стадий процесса получения нанопористого углеродного материала из углей, а также расширить ассортимент исходного ископаемого сырья за счет использования трудноактивируемых природных антрацитов.Thus, the present invention can significantly reduce the duration and number of stages of the process of obtaining nanoporous carbon material from coal, as well as expand the range of raw fossil raw materials through the use of hard-activated natural anthracites.

Таблица 1Table 1 Характеристика исходных образцов антрацитовCharacterization of initial anthracite samples No. ОбразецSample Элементный анализ, мас.%Elemental analysis, wt.% Зольность, %Ash content,% С, daf C, daf H, daf H, daf N, daf N, daf S, daf S, daf O, daf O daf 1one Антрацит сибирский (АС)Siberian Anthracite (AS) 95,6995.69 1,851.85 1,351.35 0,270.27 0,840.84 3,503,50 22 Иловайский антрацит (ИА)Ilovaiskaya Anthracite (IA) 92,0692.06 3,233.23 1,781.78 0,480.48 2,412.41 3,273.27

Таблица 2table 2 Условия получения и текстурные характеристики углеродных материаловProduction conditions and texture characteristics of carbon materials No. ОбразецSample Массовое отношение, г×г-1 Mass ratio, g × g -1 Температура, °СTemperature ° C Поверхность SБЭТ, м2Surface S BET , m 2 / g Объем пор, см3Pore volume, cm 3 / g 1one АС/КОН (прототип)AC / KON (prototype) 1:51: 5 730730 840840 0,3830.383 22 АС/КОНAC / KON 1:51: 5 600600 10571057 0,4270.427 33 АС/КОНAC / KON 1:51: 5 800800 25682568 1,1261,126 4four АС/КОНAC / KON 1:51: 5 800800 23502350 1,0351,035 55 АС/КОНAC / KON 1:31: 3 800800 11891189 0,5720.572 66 АС/КОНAC / KON 1:71: 7 800800 28702870 1,2541,254 77 AC/NaOHAC / NaOH 1:51: 5 800800 11041104 0,4950.495 88 AC/NaOHAC / NaOH 1:51: 5 600600 272272 0,2420.242 99 AC/LiOHAC / LiOH 1:51: 5 800800 235235 0,0980,098 1010 ИА/КОНIA / CON 1:51: 5 800800 15261526 0,7000.700 11eleven ИА/NaOHIA / NaOH 1:51: 5 800800 25472547 1,1781,178

Claims (1)

Способ получения нанопористого углеродного материала, включающий плавление смеси углеродистого сырья с гидроксидом металла (Ia) группы Периодической системы с последующей карбонизацией полученного плава в атмосфере отходящих газов при температуре 600-800°, отмывание продукта водой от примесей неорганических компонентов и сушку, отличающийся тем, что в качестве углеродистого сырья используют природный антрацит, причем смесь его с гидроксидом натрия, калия и лития берут в массовом соотношении 1:5-1:7, подвергают плавлению в печи, предварительно нагретой до температуры плавления гидроксида металла.A method of producing a nanoporous carbon material, comprising melting a mixture of carbon raw materials with metal hydroxide (Ia) of the group of the Periodic system, followed by carbonization of the obtained melt in the atmosphere of exhaust gases at a temperature of 600-800 °, washing the product with water from impurities of inorganic components and drying, characterized in that natural anthracite is used as the carbonaceous feed, and a mixture of it with sodium, potassium and lithium hydroxide is taken in a mass ratio of 1: 5-1: 7, it is melted in an oven, the pre but heated to the melting point of the metal hydroxide.
RU2007108592/15A 2007-03-07 2007-03-07 Method of obtaining nano-porous carbon material RU2331468C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007108592/15A RU2331468C1 (en) 2007-03-07 2007-03-07 Method of obtaining nano-porous carbon material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007108592/15A RU2331468C1 (en) 2007-03-07 2007-03-07 Method of obtaining nano-porous carbon material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2331468C1 true RU2331468C1 (en) 2008-08-20

Family

ID=39747953

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007108592/15A RU2331468C1 (en) 2007-03-07 2007-03-07 Method of obtaining nano-porous carbon material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2331468C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2558590C1 (en) * 2014-03-31 2015-08-10 Общество С Ограниченной Ответственностью "Промышленные Инновационные Технологии Национальной Коксохимической Ассоциации" (Ооо "Проминтех Нка") Method of obtaining carbon sorbent from carbon-containing material

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3950267A (en) * 1972-12-12 1976-04-13 Japan Eng. Co., Ltd. Process for producing activated carbon
US4082694A (en) * 1975-12-24 1978-04-04 Standard Oil Company (Indiana) Active carbon process and composition
US4769359A (en) * 1985-09-24 1988-09-06 The British Petroleum Company P.L.C. Process for the production of adsorbent carbon
US5064805A (en) * 1988-10-01 1991-11-12 Kansai Netsukagaku Kabushiki Kaisha Production of high quality activated carbon
RU2171778C1 (en) * 2000-03-14 2001-08-10 Открытое акционерное общество "ЗАРЯ" Method of preparing crushed activated carbon
RU2177906C1 (en) * 2000-08-15 2002-01-10 Всероссийский научно-исследовательский геологоразведочный институт угольных месторождений Method of preparing activated anthracite

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3950267A (en) * 1972-12-12 1976-04-13 Japan Eng. Co., Ltd. Process for producing activated carbon
US4082694A (en) * 1975-12-24 1978-04-04 Standard Oil Company (Indiana) Active carbon process and composition
US4769359A (en) * 1985-09-24 1988-09-06 The British Petroleum Company P.L.C. Process for the production of adsorbent carbon
US5064805A (en) * 1988-10-01 1991-11-12 Kansai Netsukagaku Kabushiki Kaisha Production of high quality activated carbon
RU2171778C1 (en) * 2000-03-14 2001-08-10 Открытое акционерное общество "ЗАРЯ" Method of preparing crushed activated carbon
RU2177906C1 (en) * 2000-08-15 2002-01-10 Всероссийский научно-исследовательский геологоразведочный институт угольных месторождений Method of preparing activated anthracite

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
M.A.Lillo-Rodenas, Preparation of activated carbon from Spanish antracit, Carbon, 2001, v.39, p.751-759. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2558590C1 (en) * 2014-03-31 2015-08-10 Общество С Ограниченной Ответственностью "Промышленные Инновационные Технологии Национальной Коксохимической Ассоциации" (Ооо "Проминтех Нка") Method of obtaining carbon sorbent from carbon-containing material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110171826B (en) Coal-based active coke pore structure matching regulation and control method based on catalytic activation of coal intrinsic ash
KR101058631B1 (en) How to Remove Coal Minerals
WO2015106720A1 (en) Method for producing super activated charcoal from biomass power plant ash
CN105502392A (en) Preparation method of micropore-developed activated carbon
CN111841495A (en) Preparation method of porous tea residue biochar with high specific surface area
Fan et al. Synthesis of sewage sludge biochar in molten salt environment for advanced wastewater treatment: Performance enhancement, carbon footprint and environmental impact reduction
CN108929708A (en) Sodium chloride abraum salt recycling processing method during a kind of DYE PRODUCTION
JP7530424B2 (en) An environmentally friendly purification and reactivation process for carbon black obtained from pyrolysis of used tires
RU2359904C1 (en) Method for preparation of porous carbon materials from brown coal
RU2436625C1 (en) Method to produce carbon adsorbent
Mikova et al. Study of high porous carbons prepared by the alkaline activation of anthracites
RU2331468C1 (en) Method of obtaining nano-porous carbon material
Teh et al. ZnCl2/NaCl-catalysed hydrothermal carbonization of glucose and oil palm shell fiber
CN101723364A (en) Method for preparing activated carbon by using plasmas to crack solid coal product
US3624004A (en) Process for the production of active carbons
RU2206394C1 (en) Method of preparing nanostructured carbon material
Kusrini et al. Synthesis and Characterization of Natural, Pectin and Activated Carbon as Low Cost Potential Adsorbents from Kepok Banana Peels (Musa paradisiaca L.)
CN112368340B (en) A kind of purification method of carbonate
CN117447041B (en) A method for preparing high-quality sludge biochar and its application
RU2171778C1 (en) Method of preparing crushed activated carbon
RU2583026C2 (en) Method for obtaining mesoporous carbon material
RU2072964C1 (en) Method of preparing activated carbon
US3726808A (en) Process for the production of active carbons
RU2799322C1 (en) Method for producing crushed activated carbon
CN110950336A (en) Method for preparing activated carbon by using willow leftovers

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110308