一种由石油焦制备高比表面积纳米孔碳分子筛的方法

1.一种由石油焦制备高比表面积纳米孔碳分子筛的方法，它是以石油炼制所得副产品- 石油焦为原料，在经过粉碎、预炭化、活化和热缩聚后所制得，其特征在于其制备的 步骤和工艺条件如下：
(1).将石油焦粉碎，并筛分至60～200目；
(2).在惰性气氛下，使温度在300～600℃预炭化1～3小时；
(3).与碱性活化剂以1∶3～8的重量比例混合均匀，并在惰性气氛中于600～900℃ 下活化处理0.5～2小时；
(4).然后，冷却、洗涤、干燥，并得到超高比表面积的活性炭；
(5).将此超高比表面活性炭与惰性气氛下于800～1000℃热缩聚，即可制得比表面积 为1500～2500平方米/克的纳米孔碳分子筛。
2.根据权利要求1所述的由石油焦制备高比表面积纳米孔碳分子筛的方法，其特征在于 所述的惰性气氛是指在氮气气氛中。
3.根据权利要求1所述的由石油焦制备高比表面积纳米孔碳分子筛的方法，其特征在于 所述的碱性活化剂是指氢氧化钾。
4.根据权利要求1所述的由石油焦制备高比表面积纳米孔碳分子筛的方法，其特征在于 所述的预炭化的升温速率控制在2～10℃/分钟；活化处理升温速率控制在2～12℃ /分钟，热缩聚升温速率控制在5～15℃/分钟。

技术领域\n本发明设计一种由石油焦制备高比表面积纳米孔碳分子筛的方法，它是属于分子筛 制备方法的改进。它主要是以石油炼制所得副产品-石油焦为原料，经过粉碎、炭化、 活化和热缩聚的过程来制备具有比表面积大，孔径分布均匀的以碳为骨架的分子筛。\n背景技术\n分子筛是指具有接近被吸附分子大小的孔隙且孔径分布均匀的一类物质。工业中最 常用的是沸石分子筛。利用其筛分能力，在催化领域中达到炼制各种石油产品的目的。 沸石分子筛在工业生产中的应用已有一定的历史，但它具有一些难以克服的缺陷：(1) 比表面积小，通常为400～600m2/g，因而相应的表面原子数目少，且相邻原子多为饱和 键，未饱和键较少，因而表现在催化反应中活性较低；(2)沸石分子筛的孔容积和孔隙 率较小，相应吸附量亦较小，特别是对大分子的吸附能力较差，这对活化大分子不利； (3)由于沸石分子筛晶粒较大、孔道长，微晶内扩散阻力大；(4)沸石分子筛的比表面 积小，在外部暴露的晶胞数少，致使分子进出孔口相应较少，不利于反应物或产物分子 快速进出分子筛通道，这对受扩散限制的反应不利，转化率较低；(5)由于产物在孔道 进出时间较长，易在孔道中聚集，发生积碳，从而降低了分子筛的使用寿命。\n发明内容\n本发明的目的就在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种由石油焦制备高比表 面积纳米孔碳分子筛的方法，它是以石油炼制所得副产品-石油焦为原料，在经过粉碎、 预炭化、活化和热缩聚后所制得，其技术特点是其制备的步骤和工艺条件如下：\n(1).将石油焦粉碎，并筛分至60～200目；\n(2).在惰性气氛下，使温度在300～600℃预炭化1～3小时；\n(3).与碱性活化剂以1：3～8的重量比例混合均匀，并在惰性气氛中于600～900℃ 下活化处理0.5～2小时；\n(4).然后，冷却、洗涤、干燥，并得到超高比表面积的活性炭；\n(5).将此超高比表面活性碳与惰性气氛下于800～1000℃热缩聚，即可制得比表面积 为1500～2500平方米/克的纳米孔碳分子筛。\n在实际操作中，惰性气氛是指在氮气气氛中，碱性活化剂是指氢氧化钾。并要求预 炭化的升温速率控制在2～10℃/分钟；活化处理升温速率控制在2～12℃/分钟，热缩 聚升温速率控制在5～15℃/分钟。\n具体实施方式\n下面将结合具体实施例来详叙本发明的技术特点。\n实施例1\n以石油焦为原料(灰分＜0.18％，挥发分7.02％，水分0.13％，碳92.6％＝粉碎 至200目，于300～600℃进行炭化处理1～3小时，取炭化料75g，与425g碱性活化剂 KOH混合均匀后，装入反应器，在N2气氛中进行活化处理(升温速率4℃/min，终温800 ℃，恒温1小时)冷却、洗涤，干燥后获得BET比表面积为4594m2/g的超级活性炭， 惰性气氛下800～1000℃热缩聚，获得比表面积为2850m2/g，中孔(2～50nm)率为83.9 ％的碳分子筛。\n实施例2\n实施例1中碳化处理后物料100g，与400g碱性活化剂KOH混合均匀后，装入加热 炉内，在N2气氛中进行活化处理，条件同实施例1，冷却、洗涤、干燥后获得BET表面 积为3132m2/g的超级活性炭，惰性气氛下800～1000℃热缩聚，获得比表面积为1833m2/g， 中孔(2～50nm)率为83.0％的碳分子筛。\n实施例3\n实施例1中碳化处理后物料125g，与375g碱性活化剂KOH混合均匀后，装入加热 炉内，在N2气氛中进行活化处理(升温速率4℃/min，终温900℃，恒温1小时)，冷却、 洗涤、干燥后获得BET表面积为2698m2/g的超级活性炭，惰性气氛下800～1000℃热缩 聚，获得比表面积为1636m2/g，中孔率为80.8％的碳分子筛。\n由该方法制备的碳分子筛将有如下特点：(1)反应活性高。由于纳米级孔碳分子筛 的比表面积比沸石分子筛大数倍，可达1500m2/g以上，中孔率大于80％，外部暴露的 晶胞数大，金属组分易进入碳分子筛孔道，提高了分散性和有效含量；表面原子数目增 多，且有许多未饱和键，易于吸附其他原子或分子，加之金属组分负载量的增大，因而 表现出较高的催化活性；(2)对产品特有的选择性，由于被发明所制得的碳分子筛，其 中孔率大于80％，选择性吸附和催化反应活性提高，使石脑油和煤油的产量能同时得到 提高。FCC过程中，使产物汽油中汽油和低碳烃类的含量提高，柴油相对含量降低，而 低碳烃中丙烯、丁烯及异丁烷含量增多；(3)抗积炭能力强。由于碳分子筛具有80％以 上中孔率，炭的大分子只能沉积在孔的外表面和孔口附近，加之大的比表面积，且抗积 炭能力得以加强。\n发明效果\n1.以石油焦的原料制备高比表面积碳分子筛，其BET比表面积可达1500～2500m2/g， 中孔率大于80％，是前所未有的。\n2.石油焦灰分杂质含量低(仅0.18％)，因而转移到产品中的灰分杂质很少，优于煤质 活性炭或碳分子筛，应用面可扩大(如医用等)。\n3.可通过热缩聚的工艺参数来控制碳分子筛表面化学结构，可以满足不同的需求。\n4.本发明设备和工艺操作简单易行，制造的高比表面碳分子筛性价比合理，有利于广泛 应用。