一种炭分子筛及其制备方法技术

本发明专利技术属于化工生产技术领域，公开了一种炭分子筛及其制备方法，制备方法包括以下步骤：首先将矿泉水瓶粉碎至过100目～150目的筛网；将插层剂与氧化剂混合均匀，膨胀；将上述样品进一步细粉碎，再加入粘结剂、粘结助剂及水进行捏合，再挤压成型，成型处理物经干燥处理后进行炭化、活化和碳沉积调孔处理，即获得炭分子筛。本发明专利技术原料来源广泛、成本低,其工艺简单,节能降耗，节能效果比传统工艺降低超过50％。生产周期短,污染小,生产效率高,是一种理想的碳分子筛的制备方法；同时，本发明专利技术还解决了环境污染问题。

Carbon molecular sieve and preparation method thereof

The invention belongs to the technical field of chemical production, discloses a carbon molecular sieve and its preparation method, the preparation method comprises the following steps: firstly, the mineral water bottles pulverized to 100 mesh to 150 mesh; the intercalation agent and oxidizing agent are mixed evenly, the sample will be further expanded; fine grinding, adding binder, adhesive additives and water for kneading, extrusion molding processing. Then, after the drying process of carbonization and activation and deposition of carbon transfer hole processing, namely carbon molecular sieve. The invention has wide source of raw material and low cost, and has the advantages of simple process, energy saving and energy saving, and the energy saving effect is reduced by more than 50% compared with the traditional process. The utility model has the advantages of short production cycle, little pollution and high production efficiency, and is an ideal preparation method of carbon molecular sieves.

【技术实现步骤摘要】
一种炭分子筛及其制备方法
本专利技术属于化工生产
，尤其涉及一种炭分子筛及其制备方法。
技术介绍
炭分子筛(CMS)是指具有接近被吸附分子大小的孔隙且孔径分布均匀的微孔炭材料，广泛应用于吸附分离、净化和催化等领域，主要作为变压吸附(PSA)工艺的吸附剂，广泛应用于中小规模的空气分离以制备富N2气体。CMS性能及其制造成本很大程度上由所用原料和采用的工艺过程所决定。对于工业生产CMS来说，开发新的原料以降低生产成本将带来巨大的经济效益和社会效益。用于制备CMS的原料很广，由含炭植物或矿物(煤、沥青等)到合成高分子聚合物等，均可用来制造炭分子筛。一现有技术中以石油焦为原料，经预炭化后，加3～8倍质量的氢氧化钾活化，制得髙比表面积活性炭，再经过高温热缩聚，制得高比表面积纳米孔碳分子筛。由于石油焦微观结构致密，需要大量的活化剂(氢氧化钾)活化，因此造成生产成本较高，设备腐蚀严重，污染大；中国专利CN1462650A以石油焦为原料，以石油沥青、乙烯裂解焦油或煤焦油为粘结剂，加水捏合后成型，干燥炭化后经过控制活化与两组份孔隙调整法的组合法的孔径处理工艺，获得微孔丰富的CMS。采用焦油或沥青粘结剂，含有害物质较多，污染环境；采用苯类或汽油类浸渍剂浸渍法调孔，难以实现微孔尺度和孔容的精细调控；采用物理活化法难以打开石油焦致密的微孔结构，所生产的CMS孔径分布宽，不适用于分子尺度相近的混合组分如空气的分离。直接炭化法是以有机物及其盐类(Na、Ca、K盐)为碳前驱体，通过热处理制备多孔炭材料。所制备的多孔炭材料具有大比表面积、高孔体积与由微孔(小于2nm)和小介孔(2nm-5nm)组成的孔网络。传统的碳前驱体例如柠檬酸盐、葡萄糖盐]、乙二胺四乙酸二钠镁、碱氯乙酸脂，邻苯二甲酸氢钾，酒石酸盐和腐殖酸盐等。另外MinzaeLee等人通过对废弃卷烟过滤嘴的回收热处理制备了一种新型炭材料，减轻了环境压力并进一步创造了价值。这一绿色、环保且高效的回收利用方式为部分废物的再利用提供了有效的途径。根据美国塑料工业协会(SocietyofPlasticsIndustry，SPI)制定的塑料种类标志代码，废弃矿泉水瓶其主要成分为对苯二甲酸乙二醇脂(Polyethylen-eglycol-terephthalate-resin；PET；01)、高密度聚乙烯(High-density-polyethylene；HDPE；02)、聚丙烯(Polyvinylchloride；PVC；03)等。成为一种可回收利用的物品。综上所述，现有技术存在的问题是：其生产过程中，工序复杂、耗能高，成本高，在固化、粗粉碎、干馏、炭化、沉积等工序均有污染排放；由于产品性能较低，均难以形成产业化；难以实现微孔尺度和孔容的精细调控；不能利用废弃的矿泉水瓶制备髙比表面积的分子筛。
技术实现思路
为解决现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种炭分子筛及其制备方法。本专利技术是这样实现的，一种炭分子筛的制备方法，包括以下步骤：首先将矿泉水瓶粉碎至过100目～150目的筛网；将插层剂与氧化剂混合均匀，然后加入矿泉水瓶粉碎片中搅拌均匀，矿泉水瓶粉碎片、插层剂和氧化剂的质量比为1:0.05～0.5:0.8～2.5，在60℃～80℃的温度下，反应0.5h～2h，再用去离子水洗至pH值为5～6.5，在80℃～90℃干燥1小时～4小时，最后在氮气或氩气气氛中以10℃～15℃min-1升温至600℃/700℃/800℃/900℃，并高温恒定0.5h/1h/1.5h/2h/2.5h，膨胀；将上述样品进一步细粉碎至粒径2～12μm，其中50％小于2μm，再加入粘结剂、粘结助剂及水进行捏合，再挤压成型，捏合成型时物料的质量比为矿泉水瓶粉碎片:粘结剂：粘结助剂：水为1：0.3～0.8：0.02～0.2：0.8～1.0；成型处理物经干燥处理后进行炭化、活化和碳沉积调孔处理，即获得炭分子筛，炭化条件为：转炉炭化，升温速率为10℃～15℃min-1,温度为600℃～900℃，氮气或氩气保护；活化条件为：活化剂为水蒸气或二氧化碳，体积浓度为30％～80％，载气为氮气或氩气，活化温度为600℃～900℃，活化时间为1小时～4h；碳沉积调孔条件为：碳沉积试剂为苯或甲烷，体积浓度20％～30％，载气为氮气或氩气，沉积温度为600℃～900℃，时间为1～4h。所述转炉炭化通过控制单元进行升温速率的调节；控制单元控制升温速率的方法包括：控制单元的时序控制模块由控制单元的程序控制器获取指令，根据所述指令产生指令执行周期，将所述指令执行周期向控制单元的状态信号模块发送；状态信号模块接收所述时序控制模块发送的指令执行周期，根据所述指令执行周期指示所述指令执行时所处的时钟周期，所述指令执行周期包括至少两个时钟周期；时序控制模块根据所述状态信号模块指示的所述指令执行时所处的时钟周期，在所述指令执行时所处的倒数第二个时钟周期向控制单元的程序存储器发送读取下一条指令的控制信号，以及在所述指令执行时所处的最后一个时钟周期从所述程序控制器读取下一条指令；时序控制模块根据所述指令产生时序控制信号，将所述时序控制信号向控制单元的读写控制模块和运算模块发送；所述读写控制模块根据所述时序控制信号，从控制单元的数据存储器读取数据或者向数据存储器写入数据；所述运算模块根据所述时序控制信号，对从数据存储器读取的数据进行处理；所述时序控制模块在所述下一条指令执行时所处的第一个时钟周期产生时序控制信号，将所述时序控制信号向所述读写控制模块和运算模块发送；控制单元的中断定时模块根据所述状态信号模块指示的所述指令执行时所处的时钟周期，在所述指令执行时所处的最后一个时钟周期进行中断仲裁，当具有所响应的中断时，在所述下一条指令执行时所处的倒数第二个时钟周期，控制所述时序控制模块暂停从所述程序控制器读取指令；所述时序控制模块在复位期间将所述指令执行周期设置为两个时钟周期；程序控制器通过内置的传感器采集数据并对信号进行放大处理；从每段信号里提取出均值、方差、信号的累积值和峰值4个基本时域参数，通过相邻段信号的4个参数值的差值判断是否有疑似异常情况发生的第一层决策判断：若有则往下执行小波包去噪，否者，重新获取信号；程序控制器利用改进小波包算法对采集的信号进行去噪；利用改进小波包算法对采集的信号进行小波包分解与重构，得到单子带重构信号；从重构的单子带信号里提取：时域能量、时域峰值、频域能量、频域峰值、峰态系数、方差、频谱和偏斜系数8个表示信号特征的参数；利用主成分分析方法，从上述参数中选择3到8个能明显表示发射信号特征的参数组成特征向量，并将这些特征向量输入到支持向量机进行决策判断，即第二层决策判断，根据支持向量机的输出判断是否有异常发生；所述小波包去噪和小波包分解与重构包括：信号延拓，对小波包分解的各层信号进行抛物线延拓；设信号数据为x(a),x(a+1),x(a+2)，则延拓算子E的表达式为：消去单子带多余频率成分；将延拓后的信号与分解低通滤波器h0卷积，得到低频系数，然后经过HF-cut-IF算子处理，去掉多余的频率成分，再进行下采样，得到下一层的低频系数；将延拓后的信号与分解高通滤波器g0卷积，得到高频系数，然后经过LF-cut-IF算子处理，去本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种炭分子筛的制备方法，其特征在于，所述炭分子筛的制备方法包括以下步骤：首先将矿泉水瓶粉碎至过100目～150目的筛网；将插层剂与氧化剂混合均匀，然后加入矿泉水瓶粉碎片中搅拌均匀，矿泉水瓶粉碎片、插层剂和氧化剂的质量比为1:0.05～0.5:0.8～2.5，在60℃～80℃的温度下，反应0.5h～2h，再用去离子水洗至pH值为5～6.5，在80℃～90℃干燥1小时～4小时，最后在氮气或氩气气氛中以10℃～15℃min

【技术特征摘要】
1.一种炭分子筛的制备方法，其特征在于，所述炭分子筛的制备方法包括以下步骤：首先将矿泉水瓶粉碎至过100目～150目的筛网；将插层剂与氧化剂混合均匀，然后加入矿泉水瓶粉碎片中搅拌均匀，矿泉水瓶粉碎片、插层剂和氧化剂的质量比为1:0.05～0.5:0.8～2.5，在60℃～80℃的温度下，反应0.5h～2h，再用去离子水洗至pH值为5～6.5，在80℃～90℃干燥1小时～4小时，最后在氮气或氩气气氛中以10℃～15℃min-1升温至600℃/700℃/800℃/900℃，并高温恒定0.5h/1h/1.5h/2h/2.5h，膨胀；将上述样品进一步细粉碎至粒径2～12μm，其中50％小于2μm，再加入粘结剂、粘结助剂及水进行捏合，再挤压成型，捏合成型时物料的质量比为矿泉水瓶粉碎片:粘结剂：粘结助剂：水为1：0.3～0.8：0.02～0.2：0.8～1.0；成型处理物经干燥处理后进行炭化、活化和碳沉积调孔处理，即获得炭分子筛，炭化条件为：转炉炭化，升温速率为10℃～15℃min-1,温度为600℃～900℃，氮气或氩气保护；活化条件为：活化剂为水蒸气或二氧化碳，体积浓度为30％～80％，载气为氮气或氩气，活化温度为600℃～900℃，活化时间为1小时～4h；碳沉积调孔条件为：碳沉积试剂为苯或甲烷，体积浓度20％～30％，载气为氮气或氩气，沉积温度为600℃～900℃，时间为1～4h；所述转炉炭化通过控制单元进行升温速率的调节；控制单元控制升温速率的方法包括：控制单元的时序控制模块由控制单元的程序控制器获取指令，根据所述指令产生指令执行周期，将所述指令执行周期向控制单元的状态信号模块发送；状态信号模块接收所述时序控制模块发送的指令执行周期，根据所述指令执行周期指示所述指令执行时所处的时钟周期，所述指令执行周期包括至少两个时钟周期；时序控制模块根据所述状态信号模块指示的所述指令执行时所处的时钟周期，在所述指令执行时所处的倒数第二个时钟周期向控制单元的程序存储器发送读取下一条指令的控制信号，以及在所述指令执行时所处的最后一个时钟周期从所述程序控制器读取下一条指令；时序控制模块根据所述指令产生时序控制信号，将所述时序控制信号向控制单元的读写控制模块和运算模块发送；所述读写控制模块根据所述时序控制信号，从控制单元的数据存储器读取数据或者向数据存储器写入数据；所述运算模块根据所述时序控制信号，对从数据存储器读取的数据进行处理；所述时序控制模块在所述下一条指令执行时所处的第一个时钟周期产生时序控制信号，将所述时序控制信号向所述读写控制模块和运算模块发送；控制单元的中断定时模块根据所述状态信号模块指示的所述指令执行时所处的时钟周期，在所述指令执行时所处的最后一个时钟周期进行中断仲裁，当具有所响应的中断时，在所述下一条指令执行时所处的倒数第二个时钟周期，控制所述时序控制模块暂停从所述程序控制器读取指令；所述时序控制模块在复位期间将所述指令执行周期设置为两个时钟周期；程序控制器通过内置的传感器采集数据并对信号进行放大处理；从每段信号里提取出均值、方差、信号的累积值和峰值4个基本时域参数，通过相邻段信号的4个参数值的差值判断是否有疑似异常情况发生的第一层决策判断：若有则往下执行小波包去噪，否者，重新获取信号；程序控制器利用改进小波包算法对采集的信号进行去噪；利用改进小波包算法对采集的信号进行小波包分解与重构，得到单子带重构信号；从重构的单子带信号里提取：时域能量、时域峰值、频域能量、频域峰值、峰态系数、方差、频谱和偏斜系数8个表示信号特征的参数；利用主成分分析方法，从上述参数中选择3到8个能明显表示发射信号特征的参数组成特征向量，并将这些特征向量输入到支持向量机进行决策判断，即第二层决策判断，根据支持向量机的输出判断是否有异常发生；所述小波包去噪和小波包分解与重构包括：信号延拓，对小波包分解的各层信号进行抛物线延拓；设信号数据为x(a),x(a+1),x(a+2)，则延拓算子E的表达式为：消去单...

【专利技术属性】
技术研发人员：林鹏，林锴，徐沁杰，周国军，林树，林雯怡，张蕾，
申请(专利权)人：福建省鑫森炭业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35