一种VOCs高吸附率低脱附残留颗粒活性炭制备方法技术领域
本发明涉及VOCs高吸附率低脱附残留颗粒活性炭制备方法，具体涉及化学法活化
和高温调制孔径分布制备微孔发达的颗粒活性炭，该产品对甲烷、丁酮等VOCs具有高吸附
率低脱附残留的特点。
背景技术
环保和清洁能源是我国两大发展战略，活性炭因具有发达的孔隙和巨大的比表面
积，是环保和新能源储存的理想吸附材料。近年来，雾霾天气大范围持久性的发生，对大气
保护提出了新的要求。挥发性有机物(VOCs)是导致雾霾天气的元凶之一，由VOCs经化学转
化生成的颗粒物，是PM2.5的重要来源，木质活性炭饱和吸附容量高，成本低，是吸附净化
VOCs的优良材料。天然气是作为储量巨大的清洁能源，已广泛应用于工业煤改气项目、汽车
和船舶的动力燃料。但是，天然气液化需要200kg以上的压力，导致钢瓶价格昂贵。采用吸附
储存技术可以降低储存压力至40kg以下，大大降低了钢瓶的成本，并提高运输安全性。木质
活性炭孔结构易调整，吸附-脱附性能好，成本低，可广泛引用与甲烷的吸附储存。但是，木
质活性炭由于其原料的特征，常规活化后孔径分布较分散，在专业用途中吸附效率不高。因
此，微孔分布集中的活性炭是当前先进炭材料的研究热点。
赵瑞方等人(华坚,陈放,等.化学活化法制备麻疯树果壳活性炭的实验研究[J].
四川环境,2007,26(6):15-18.)以麻疯树果壳为原料，KOH为活化剂制备活性炭。考察了反
应温度、反应时间和碱炭比等因素对活化结果的影响。结果表明，化学活化法制备的活性炭
吸附剂性能较好，且当活化温度为850℃，活化时间为240min，碱炭比R＝4时制得活性炭产
品的质量最好，碘吸附值和比表面积分别为2218.44mg/g和1890m2/g。但是，KOH活化过程污
染太大，极微孔较多，不适合VOCs的吸附。
郭幼庭等人(郭幼庭,卢素君.化学-物理法提高果壳活性炭得率的研究[J].林产
工业,1995(6):19-22.)以果壳炭(椰壳炭、杏壳炭)为原料，用某种弱酸A作活化剂，研究了
活化温度、活化时间及活化剂用量对活性炭的碘值和活化得率的影响。在活化温度900℃，
活化时间90min活化剂用量1.3％的最佳工艺条件下，制得的活性炭分别为碘值1105mg/g，
活化得率分别为45％和48％。该方法无法调控孔径，比表面积不高，对甲烷等气体吸附量较
小。
李海潮等人(李海潮,刘守新,张世润.高得率果壳活性炭的研制[J].林业科技,
2001,26(5):42-44.)以果壳(杏核、松子壳、核桃壳等)为原料，磷酸为活化剂，采用常规活
化步骤制备不定型颗粒活性炭，并研究了活化温度，磷酸浓、活化时间等对活性炭得率的影
响因素，其中杏核炭的得率为34.2％。但是该方法制备的杏核、松子壳、核桃壳活性炭的强
度只有70-80％，无法满足工业化的应用。
宋燕等人(宋燕,凌立成,李开喜,等.成型活性炭对甲烷吸附性能研究[J].新型炭
材料,2000,15(4):13-16.)成型活性炭是以羧甲基纤维素(cMc)、酚醛树脂(PR)及聚乙烯醇
缩丁醛(PVB)为粘结剂，粘结剂的添加量为10～50％，在一定压力下压成直径2.6cm、厚约
5mm～7.5mm的压块，其中以酚醛树脂为粘接剂成型的压块在800℃炭化1h后于同样温度用
水蒸气活化0.5h；而以羧甲基纤维寨及聚乙烯醇缩丁醛为粘结剂成型的压块则分别在200
℃及220℃热处理1h。该方法，由于成型过程中加入的粘接剂渗入了高比表面积活性炭的孔
隙当中，造成了成型活性炭的比表面积及孔容下降，并且随粘结剂添加量的增大，成型活性
炭的BET比表面积、总孔容及微孔孔容均呈现下降明显，所以对甲烷的质量吸附力下降50％
以上。
综上所述，目前制备化学法果壳活性炭的研究较少，并存在孔结构不可调，吸附容
量下降明显、颗粒强度低等缺点。而本发明采用高压浸渍、化学活化和高温调制孔径技术制
备活性炭的报道未见。本发明制备出的微孔孔径分布非常集中，孔径可调，产品附加值大，
适合于工业生产。
发明内容
为了解决现有技术存在的制作成本高，比表面积不大，吸附率不高，脱附残留大等
问题，本发明提供VOCs高吸附率低脱附残留颗粒活性炭制备方法，制备方法简单快速，产品
成本低，微孔分布集中，孔径可控，对VOCs气体吸附量大,脱附完全。
本发明的技术方案为：一种VOCs高吸附率低脱附残留颗粒活性炭制备方法，包括
如下步骤：
第一步，高压浸渍：化学药剂与果壳混合均匀后高压密闭浸渍充分后取出，烘干；
所述的化学药剂为磷酸或氯化锌，质量浓度为10～60％；
第二步：活化：将上述干燥后的混合物至于活化反应器，在氮气气氛下升温至活化
终温，保温活化，活化完成后，冷却，水洗，烘干；
第三步：高温调制：将上述活性炭样品放入管式炉，通氮气，升温至800～1100℃，
维持0.5～6小时，反应结束后，持续通氮气冷却后，得到活性炭产品。
所述的高压密闭浸渍是将0.8MPa～3MPa的过热蒸汽通入高压不锈钢容器内，在高
压不锈钢容器顶部通过减压放空阀来控制容器内压力为0.5MPa～2MPa。
过热蒸汽管道进入高压不锈钢容器的位置为从底部起0.08-0.2容器高处，切向进
入筒体。
每隔0.5～1h通过减压放空阀减压，再通入蒸汽加压。
所述的果壳包括椰壳、杏核、核桃壳。
所述的果壳经过风选除杂，洗涤除灰后烘干备用。
所述的果壳与化学药剂的质量比1：1～6。
活化时，升温速率为1～10℃/min，活化温度300～800℃，活化时间0.5h～5h，氮气
流速1L/min。
所述的VOCs高吸附率低脱附残留颗粒活性炭制备的方法制备的活性炭，活性炭比
表面积800～2500m2/g，微孔率60-100％，碘吸附值为1000～3000mg/g，甲烷饱和吸附率5-
12％，脱附率50-100％。丁酮饱和吸附20-75％，脱附率50-100％。
有益效果：
1.采用高压浸渍化学药剂，特别是通过减压加压循环通入过热蒸汽，可使活化剂
充分进入原料内部，经活化后，产品比表面积和孔容积大大高于传统方法。
2.采用蒸汽管道切向进入高压不锈钢容器，引导蒸汽在容器内螺旋上升，起到类
似搅拌混合物料的作用。
3.活化完成后，再经高温调制孔径分布，可获孔径分布集中的活性炭。
4.活性炭比表面积800～2500m2/g，微孔率60-100％，碘吸附值为1000～3000mg/
g，甲烷饱和吸附率5-12％，脱附率50-100％。丁酮饱和吸附20-75％，脱附率50-100％，且活
性炭着火点高于400℃，在工业化应用中不易发生过热燃烧。
附图说明
图1制备的活性炭对甲烷的吸附曲线。
图2化学法活性炭对丁酮的吸附曲线。
其中，AC-1高压浸渍和热处理，AC-2未经高压浸渍和热处理。
具体实施方式
本发明对所制备的活性炭理化性质的测试方法如下：
(1)微孔分布、比表面积、孔容积的测定：采用液氮条件下活性炭对氮气吸附等温
线的测定，根据BET公式计算比表面积。
(2)对丁酮和依据国标GB/T 20449进行。甲烷的吸附采用高压容量法吸附仪器进
行测定。
一种VOCs高吸附率低脱附残留颗粒活性炭制备方法，包括如下步骤：
第一步，果壳除杂、烘干：将果壳风选除杂，洗涤除灰，烘干；
第二步，高压浸渍：将化学药剂配置成一定浓度的溶液，与果壳混合后，放置于耐
高压不锈钢容器中，在一定压力下浸渍8～24h，取出，烘干，所述的化学药剂为磷酸或氯化
锌，质量浓度为10～60％，果壳与化学药剂的质量比1：(1～6)，压力0.5MPa～2MPa，烘干温
度120℃；
第三步：活化：将上述干燥后的混合物至于活化反应器，在氮气气氛下以一定升温
速率升温至活化终温，保温一定时间，活化完成后，冷却，水洗，烘干，所述的升温速率为1～
10℃/min，活化温度300～800℃，活化时间0.5h～5h，氮气流速1L/min；
第四步：高温调制：将上述活性炭样品放入管式炉，通氮气，升温至800～1100℃，
维持0.5～6小时，反应结束后，持续通氮气冷却后，得到活性炭产品。
优选的所述的高压浸渍是将0.8MPa～3MPa的过热蒸汽通入高压不锈钢容器内，在
高压不锈钢容器顶部通过装有减压放空阀来控制容器内压力。
优选的所述过热蒸汽管道进入高压不锈钢容器的位置为从底部起0.08-0.2容器
高，切向进入筒体。
优选的所述高压浸渍每隔0.5～1h通过减压放空阀减压，在通入蒸汽加压。
优选的所述的果壳包括椰壳、杏核、核桃壳。
本发明的方法中采用的果壳可包括椰壳、杏核、核桃壳等风干样品。化学药剂溶液
配制可以采用氯化锌∶水的质量比为10％～60％的比例，或磷酸∶水的质量比为10％～60％
的比例。果壳与纯化学药剂的质量比采用1：(1～6)，浸渍压力0.5MPa～2MPa，烘干温度120
℃，至水分蒸干，化学药剂充分浸渍入物料。
本发明活性炭的吸附性能可通过化学药剂H3PO4、ZnCl2、水等或其混合物的添加量
来控制。活化过程升温速率1～10℃/min，活化温度300～800℃，活化时间0.5h～5h，氮气流
速1L/min。活化完成后，冷却，水洗，烘干，制得活性炭。
将得到的活性炭样品放入管式炉，升温至800～1100℃，维持0.5～6小时，反应结
束后，持续通氮气冷却后，得到活性炭产品。比表面积800～2500m2/g，微孔率60-100％，碘
吸附值为1000～3000mg/g，甲烷饱和吸附率5-12％，脱附率50-100％。丁酮饱和吸附20-
75％，脱附率50-100％，且活性炭着火点高，在工业化应用中不易发生过热燃烧。
实施例1
第一步，原料准备：椰壳经过风选除杂，洗涤除灰，烘干。
第二步，高压浸渍处理：将磷酸配置成质量浓度为10％的溶液，按照原料与磷酸质
量比1：1，与上述椰壳混合后，放置于耐高压不锈钢容器中，在0.5MPa压力下浸渍24小时，取
出，120℃下烘干。
第三步，活化：将上述干燥后的混合物至于活化反应器，在氮气气氛下以1℃/min
升温至活化温度300℃，保温0.5h，氮气流速1L/min。活化完成后，冷却，水洗，烘干。
第四步，高温调制：将上述活性炭样品放入管式炉，升温至800℃，维持0.5小时，反
应结束后，持续通氮气冷却后，得到活性炭产品。活性炭比表面积800m2/g，微孔率60％，碘
吸附值为1000mg/g，甲烷饱和吸附率5％，脱附率50％。丁酮饱和吸附20％，脱附率50％，且
活性炭着火点410℃，在工业化应用中不易发生过热燃烧。
实施例2
第一步，原料准备：椰壳经过风选除杂，洗涤除灰，烘干。
第二步，高压浸渍处理：将磷酸配制成质量浓度为60％的溶液，按照原料与磷酸质
量比1：6，与上述椰壳混合后，放置于耐高压不锈钢容器中，通入过热蒸汽，在1MPa压力下浸
渍0.5小时，减压后在通入蒸汽加压至1MPa，如此循环加压浸渍8小时，取出，120℃下烘干。
第三步，活化：将上述干燥后的混合物至于活化反应器，在氮气气氛下以10℃/min
升温至活化温度800℃，保温5h，氮气流速1L/min。活化完成后，冷却，水洗，烘干。
第四步，高温调制：将上述活性炭样品放入管式炉，升温至1100℃，维持6小时，反
应结束后，持续通氮气冷却，得到活性炭产品。活性炭比表面积1550m2/g，微孔率100％，碘
吸附值为1740mg/g，甲烷饱和吸附率9％，脱附率73％。丁酮饱和吸附58％，脱附率78％，且
活性炭着火点420℃，在工业化应用中不易发生过热燃烧。
实施例3
第一步，原料准备：椰壳经过风选除杂，洗涤除灰，烘干。
第二步，高压浸渍处理：将磷酸配制成质量浓度为40％的溶液，按照原料与磷酸质
量比1：3，与上述椰壳混合后，放置于耐高压不锈钢容器中，过热蒸汽切向进入不锈钢容器，
在3MPa压力下浸渍20min，减压后在通入蒸汽加压至3MPa，如此循环加压浸渍8小时，取出，
120℃下烘干。
第三步，活化：将上述干燥后的混合物至于活化反应器，在氮气气氛下以1℃/min
升温至活化温度550℃，保温2h，氮气流速1L/min。活化完成后，冷却，水洗，烘干。
第四步，高温调制：将上述活性炭样品放入管式炉，升温至1000℃，维持3小时，反
应结束后，持续通氮气冷却，得到活性炭产品。活性炭比表面积2500m2/g，微孔率80％，碘吸
附值为3000mg/g，甲烷饱和吸附率12％，脱附率100％。丁酮饱和吸附75％，脱附率100％，且
活性炭着火点450℃，在工业化应用中不易发生过热燃烧。
实施例4
将实施例2中的化学药剂改为氯化锌，其余同实施例2，得到活性炭产品比表面积
2320m2/g，微孔率85％，碘吸附值为2770mg/g，甲烷饱和吸附率11％，脱附率91％。丁酮饱和
吸附69％，脱附率95％，且活性炭着火点440℃，在工业化应用中不易发生过热燃烧。
实施例6
将实施例3中的原料改为杏核，其余同实施例3，得到活性炭产品比表面积2110m2/
g，微孔率91％，碘吸附值为2240mg/g，甲烷饱和吸附率9.5％，脱附率89％。丁酮饱和吸附
63％，脱附率85％，且活性炭着火点440℃，在工业化应用中不易发生过热燃烧。
实施例7
将实施例3中的原料改为核桃壳，其余同实施例3，得到活性炭产品比表面积
2010m2/g，微孔率81％，碘吸附值为2010mg/g，甲烷饱和吸附率9.1％，脱附率88％。丁酮饱
和吸附61％，脱附率85％，且活性炭着火点440℃，在工业化应用中不易发生过热燃烧。