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化镁为催化剂及模板剂的焦油混合-热解回收方法

专利类型 发明公开 法律事件 公开; 实质审查;
专利有效性 实质审查 当前状态 实质审查
申请号 CN202411267794.8 申请日 2024-09-11
公开(公告)号 CN119143108A 公开(公告)日 2024-12-17
申请人 兰州理工大学; 申请人类型 学校
发明人 赵鹬; 吴星娴; 杨贝贝; 李春雷; 马荣; 李宁; 第一发明人 赵鹬
权利人 兰州理工大学 权利人类型 学校
当前权利人 兰州理工大学 当前权利人类型 学校
省份 当前专利权人所在省份:甘肃省 城市 当前专利权人所在城市:甘肃省兰州市
具体地址 当前专利权人所在详细地址:甘肃省兰州市七里河区兰工坪路287号 邮编 当前专利权人邮编:730050
主IPC国际分类 C01B32/05 所有IPC国际分类 C01B32/05C10C1/20C07C4/00C07C15/02
专利引用数量 0 专利被引用数量 0
专利权利要求数量 6 专利文献类型 A
专利代理机构 西安鑫诺汇恩专利代理事务所 专利代理人 赵婷;
摘要 本 发明 提供了一种以 氧 化镁为催化剂及模板剂的 煤 焦油混合‑ 热解 回收方法,该方法为:将氧化镁在 水 中进行超声分散处理,然后加入煤焦油和二氯甲烷,常温下搅拌后,得到混合体系;然后80℃下搅拌,蒸出 溶剂 ,得到含 碳 前驱体, 研磨 后热裂解,得到热裂解后的粗制碳材料;热解 蒸汽 进入吸收瓶,收集为热解油;未冷凝的气体被收集到集气袋中;将热裂解后的粗制碳材料 酸洗 、水洗、 乙醇 洗、烘干,得到精制的介孔碳材料。本发明以氧化镁作为热解的催化剂和模板剂进行热解处理,并对氧化镁和煤焦油的混合过程进行改进,从而实现煤焦油的高效资源化 回收利用 ,基本可以达到吃干榨净,产品为高表面积介孔碳和低分子量的芳 烃 类化合物,可带来较大的经济效益。
权利要求

1.一种以化镁为催化剂及模板剂的焦油混合‑热解回收方法,其特征在于,该方法为:
S1、将氧化镁在中进行超声分散处理,然后加入煤焦油和二氯甲烷,常温下搅拌后,得到混合体系;
S2、将S1中得到的混合体系在温度为80℃的条件下搅拌,蒸出溶剂,得到含前驱体;
S3、将S2中得到的含碳前驱体研磨后,进行热裂解,得到热裂解后的粗制碳材料;在热裂解阶段中,热解蒸汽进入吸收瓶,收集为热解油;未冷凝的气体被收集到集气袋中;
热裂解反应程序为:在氮气气氛下,以10℃/min的升温速率从室温升温至650℃,恒温保持3h;
S4、将S3中得到的热裂解后的粗制碳材料依次进行酸洗、水洗、乙醇洗、烘干,得到精制的介孔碳材料。
2.根据权利要求1所述的一种以氧化镁为催化剂及模板剂的煤焦油混合‑热解回收方法,其特征在于,S1中所述氧化镁、水、煤焦油和二氯甲烷的质量比为1:4:1:4。
3.根据权利要求1所述的一种以氧化镁为催化剂及模板剂的煤焦油混合‑热解回收方法,其特征在于,S3中所述吸收瓶中含有乙二醇。
4.根据权利要求1所述的一种以氧化镁为催化剂及模板剂的煤焦油混合‑热解回收方法,其特征在于,S4中所述酸洗的方法为:将所述热裂解后的粗制碳材料、磁子和1M盐酸加入至装有冷凝流管的圆底烧瓶中,在温度为90℃的条件下搅拌反应1h,得到酸处理后的碳材料。
5.根据权利要求1所述的一种以氧化镁为催化剂及模板剂的煤焦油混合‑热解回收方法,其特征在于,S4中所述烘干的温度为110℃,烘干的时间为12h。
6.根据权利要求1所述的一种以氧化镁为催化剂及模板剂的煤焦油混合‑热解回收方
2
法,其特征在于,S4中所述精制的介孔碳材料的比表面积为1600m/g。

说明书全文

化镁为催化剂及模板剂的焦油混合‑热解回收方法

技术领域

[0001] 本发明属于煤焦油处理技术领域,具体涉及一种以氧化镁为催化剂及模板剂的煤焦油混合‑热解回收方法。

背景技术

[0002] 目前,煤焦油的处理方法主要有煤焦油加氢裂解工艺和煤焦油的热解工艺。煤焦油的加氢工艺主要包括:预处理(脱和脱盐处理,防止催化剂中毒)、加氢反应(在催化剂的作用下与氢气反应,转化为低分子量的类化合物)、产品分离(通过蒸馏与冷凝分离不同沸点的产品)。然而该方法目前仍存在一系列问题,如催化剂寿命、能耗大、废水和废气的处理等问题,严重影响了后续的应用。热解作为一种简单且有前途的化学方法,是将煤焦油在高温、惰性气氛下进行热解化,不仅可收集到低分子的芳烃类化合物,同时可得到碳材料,具有一定经济价值和环保意义。但直接对煤焦油热解仅能得到比表面积很低的碳黑等碳材料,经济价值不高。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足,提供一种以氧化镁为催化剂及模板剂的煤焦油混合‑热解回收方法,该方法以氧化镁作为热解的催化剂和模板剂进行煤焦油的热解处理,并对氧化镁和煤焦油的混合过程进行改进,从而实现煤焦油的高效资源化回收利用,基本可以达到吃干榨净,产品为高表面积介孔碳和低分子量的芳烃类化合物,可带来较大的经济效益。
[0004] 为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种以氧化镁为催化剂及模板剂的煤焦油混合‑热解回收方法,该方法为:
[0005] S1、将氧化镁在水中进行超声分散处理,然后加入煤焦油和二氯甲烷,常温下搅拌后,得到混合体系;
[0006] S2、将S1中得到的混合体系在温度为80℃的条件下搅拌,蒸出溶剂,得到含碳前驱体;
[0007] S3、将S2中得到的含碳前驱体研磨后,进行热裂解,得到热裂解后的粗制碳材料;在热裂解阶段中,热解蒸汽进入吸收瓶,收集为热解油;未冷凝的气体被收集到集气袋中;
[0008] 热裂解反应程序为:在氮气气氛下,以10℃/min的升温速率从室温升温至650℃,恒温保持3h;
[0009] S4、将S3中得到的热裂解后的粗制碳材料依次进行酸洗、水洗、乙醇洗、烘干,得到精制的介孔碳材料。
[0010] 优选地,S1中所述氧化镁、水、煤焦油和二氯甲烷的质量比为1:4:1:4。
[0011] 优选地,S3中所述吸收瓶中含有乙二醇。
[0012] 优选地,S4中所述酸洗的方法为:将所述热裂解后的粗制碳材料、磁子和1M盐酸加入至装有冷凝流管的圆底烧瓶中,在温度为90℃的条件下搅拌反应1h,得到酸处理后的碳材料。
[0013] 优选地,S4中所述烘干的温度为110℃,烘干的时间为12h。
[0014] 优选地,S4中所述精制的介孔碳材料的比表面积为1600m2/g。
[0015] 本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0016] 本发明提供了一种煤焦油的资源化回收新途径,以氧化镁作为热解的催化剂和模板剂进行煤焦油的热解处理,通过加入溶剂溶解煤焦油,然后将氧化镁加入其中高度分散,进而蒸发溶剂形成均匀混合的固体混合物,从而达到氧化镁和煤焦油的均匀混合,将此固体混合物进行热解碳化处理,即可得到氧化镁均匀分布的碳材料,之后通过酸溶液将氧化镁除去,即可得到孔道均匀、比表面积较高的介孔碳材料,本发明可以显著提高最终合成碳材料的比表面积和降低碳化温度。
[0017] 下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式

[0018] 实施例1
[0019] 本实施例的以氧化镁为催化剂及模板剂的煤焦油混合‑热解回收方法,该方法为:
[0020] S1、将5g氧化镁在20g水中进行超声分散处理,然后加入5g煤焦油和20g二氯甲烷,常温下搅拌后,得到混合体系;
[0021] S2、将S1中得到的混合体系在温度为80℃的条件下搅拌,蒸出溶剂,得到含碳前驱体;
[0022] 以氧化镁作为热解的催化剂和模板剂与煤焦油简单地直接混合然后进行热解处2
理,最终得到碳材料的比表面积比不加氧化镁而直接热解得到的碳材料的比表面积(20m /
2
g以下)有显著的提高(100‑200m/g左右),但依然不尽人意。其原因可能是因为煤焦油依然偏稀,与氧化镁直接混合,会出现混合严重不均匀的问题,导致热解后的一定比例的碳材料并没有和氧化镁形成整体而依然类似于无模板剂存在时的独自碳化,故最终的比表面积较低。由此,本实施例继续创新煤焦油和氧化镁的混合工艺,通过加入溶剂(水、二氯甲烷)溶解煤焦油,然后将氧化镁加入其中高度分散,进而蒸发溶剂形成均匀混合的固体混合物,从而达到氧化镁和煤焦油的均匀混合。将此固体混合物进行热解碳化处理,即可得到氧化镁均匀分布的碳材料,之后通过酸溶液将氧化镁除去,即可得到孔道均匀、比表面积较高的介孔碳材料;
[0023] S3、将S2中得到的含碳前驱体研磨后,进行热裂解,得到热裂解后的粗制碳材料(6.7g);在热裂解阶段中,热解蒸汽进入吸收瓶(乙二醇,150g),收集为热解油;未冷凝的气体被收集到集气袋中;
[0024] 热解油的主要成分为:甲苯、二甲苯、乙苯等;
[0025] 未冷凝的气体的主要成分为C1‑C4烷烃等;
[0026] 热裂解反应程序为:在氮气气氛下,以10℃/min的升温速率从室温升温至650℃,恒温保持3h;
[0027] 常规的煤焦油碳化温度大多需高于1000℃,本发明优化温度为650℃,说明氧化镁的性在煤焦油的热处理过程中具有利于缩合碳化反应的催化作用;
[0028] S4、将S3中得到的热裂解后的粗制碳材料依次进行酸洗、水洗、乙醇洗、在温度为2
110℃的条件下烘干12h,得到比表面积为1600m/g的精制的介孔碳材料(1.6g);
[0029] 所述酸洗的方法为:将所述热裂解后的粗制碳材料、磁子和150mL的1M盐酸加入至装有冷凝回流管的圆底烧瓶中,在温度为90℃的条件下搅拌反应1h,得到酸处理后的碳材料。
[0030] 以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
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