一种利用煤制备中孔发达的活性炭的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用煤制备中孔发达的活性炭的方法，包括：以弱粘煤和气煤为原料进行配煤并粉碎以得到原料煤；将所述原料煤压块成型、造粒，得到煤颗粒；对所述煤颗粒进行氧化处理、炭化处理，得到炭化料；利用硝酸盐溶液浸渍所述炭化料，将得到的浸渍炭化料烘干后进行活化处理，以制得活性炭。本发明专利技术利用一定量的弱粘煤和气煤配煤制备活性炭，很好地结合了上述原料的性质以及相互之间的配合作用，与传统的煤基压块活性炭相比，在浸渍硝酸盐的作用下，可以有效提升活性炭产品的中孔率，解决了传统煤基压块活性炭生产中在全部以煤作为原料时普遍存在的中孔率较低的问题。

A method for preparing activated carbon from mesopore by using coal

The invention discloses a method for preparing mesoporous activated carbon from coal, which comprises blending coal with weak cohesive coal and gas coal as raw materials and crushing to obtain raw coal; pressing and granulating the raw coal to obtain coal particles; oxidizing and carbonizing the coal particles to obtain carbonized materials; and utilizing nitrate to produce carbonized materials. The carbonized material is impregnated with salt solution, and the obtained impregnated carbonized material is dried and activated to obtain activated carbon. The invention uses a certain amount of weak cohesive coal and gas coal to prepare activated carbon, which combines the properties of the above raw materials and the coordination between them. Compared with the traditional coal-based pressed activated carbon, the medium porosity of the activated carbon product can be effectively improved by impregnating with nitrate, and the traditional coal-based pressed activated carbon can be solved. In the production of charcoal, the problem of low mesopores commonly exists when coal is used as raw material.

【技术实现步骤摘要】
一种利用煤制备中孔发达的活性炭的方法
本专利技术属于煤基活性炭制备领域，特别涉及一种利用煤制备中孔发达的活性炭的方法。
技术介绍
由于活性炭具有高度发达的孔隙结构和极大的比表面积，其应用范围从用于食品和医药的脱色与除味、防毒面具，发展到大规模用于溶剂精制与回收、水深度处理、烟气净化、血液净化等，对活性炭的吸附性能提出了新的、更高的要求。活性炭按照形态来分，包括成型活性炭和粉状活性炭，其中粉状活性炭相比于成型活性炭具备较大的吸附性(碘值和/或亚甲蓝值)，但是由于其粉状形态，限制了应用领域。中国煤炭资源丰富，产量大，来源可靠，煤基压块活性炭(成型活性炭)的产量逐年增加，然而，常规工艺生产的煤基压块活性炭通常微孔发达，常用于吸附一些小分子和液体，随着全球经济的快速发展，原水中有机污染物成分更加多变和复杂，而且都属于大分子，对人的危害越来越严重，迫切需要中孔发达的活性炭进行处理。因此，如果能全部以煤为原料制备适合于水处理的中孔发达的煤基压块活性炭，意义重大。CN105217625A公开了一种以弱粘煤为主煤，与无烟煤和/褐煤进行配煤并在大约200Mpa的成型压力下制备煤基压块活性炭的方法，该方法全部以煤炭为原料制备活性炭，然而其活性炭大分子物质的吸附性能较差。传统制备中孔活性炭的方法主要有模版法、界面活化法等，这些方法一般所需原料昂贵，且不利于大规模生产。CN1121978C公开了一种中孔发达的活性炭的制备方法，通过在碳质凝胶中加入铁、钴、镍的硝酸盐、硫酸盐或盐酸盐，然后干燥、粉碎后经炭化、活化制备中孔活性炭，其原料成本高并且不适于大规模生产。另外，为了扩大活性炭的孔径，还可以通过在活化时增加烧失率(活化过程中炭材料质量减少的百分数)来达到，但同时也导致活性炭的机械强度变差。CN1152546A介绍了一种以煤为原料制备中孔发达的活性炭的方法，是将无烟煤、肥煤和磺化煤按比例混合后破碎、磨粉，将磨好的煤粉与高温煤焦油和纸浆液混合均匀，经压缩成型、炭化和活化工序制得成品。该方法由于需要额外使用粘结剂，不仅增加成本，而且制成的型煤需要进行晾晒或加热烘烤，降低生产效率；此外由于常用的煤沥青、煤焦油等粘结剂在加热后会融化和挥发，使得最终产品的强度也不高，而且在活性炭生产中，煤沥青等的残留物还会堵塞活性炭的孔隙，不利于提高活性炭的品质。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用煤制备中孔发达的活性炭的方法，以解决现有技术中以煤为原料制备的煤基压块活性炭的中孔率较低的问题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种利用煤制备中孔发达的活性炭的方法，包括如下步骤：a、以弱粘煤和气煤为原料进行配煤并粉碎以得到原料煤，其中，以所述原料煤的总重量计，所述弱粘煤的用量为50wt％-60wt％，气煤的用量为40wt％-50wt％；b、将所述原料煤压块成型、造粒，得到煤颗粒；c、对所述煤颗粒进行氧化处理、炭化处理，得到炭化料；d、利用硝酸盐溶液浸渍所述炭化料，将得到的浸渍炭化料烘干后进行活化处理，以制得活性炭。在本专利技术的制备方法中，步骤a为利用弱粘煤和气煤为原料进行配煤并粉碎以得到原料煤，具体配煤和粉碎过程为本领域所熟知，可以使一定量的弱粘煤与气煤混合均匀并粉碎至较小的颗粒尺寸，例如过160目、180目或200目筛(泰勒标准筛)。研究发现，当采用上述原料并以上述比例配煤时，有利于提升最后所制得的压块活性炭的中孔率，优选地，所述原料煤中弱粘煤的用量为52wt％-58wt％，比如55wt％，气煤的用量为42wt％-48wt％，比如45wt％。在本专利技术中，如非特别说明，所述含量均为质量含量。在本专利技术中，所述弱粘煤作为实现活性炭基本性能的基础原料，在与气煤配合使用时，所述弱粘煤的引入有利于活性炭产品孔隙的生成，便于后续扩孔，从而提升活性炭产品的中孔率。优选地，所述弱粘煤的挥发分不小于35％，例如37％或40％，透光率不小于50，例如55或60，镜质组含量不小于50％，例如55、60或65，以进一步提高活性炭的中孔性能；例如，所述弱粘煤优选可以选自新疆哈密保利煤。在本专利技术中，添加气煤不仅可以在加工过程中利用其粘结性，提升煤粉颗粒之间的粘结度，同时，在与本专利技术的弱粘煤配合使用时，所述气煤的引入还有助于防止由于炭化收缩过度而导致不利于初期孔隙的形成而影响后续活化扩孔的进行。优选地，所述气煤的粘结指数不小于80，例如为85、90或95等，角质层厚度不小于25，例如为27或30等，从而在保持煤粉颗粒之间一定的粘结强度的同时还有利于提升活性炭产品的中孔性能；例如，所述气煤可以选自新疆奇台红山洼煤。需要说明的是，如果上述弱粘煤和/或气煤的灰分超标，使得最终活性炭产品的灰分不符合要求时，本领域技术人员容易想到在配煤前对上述弱粘煤和/或气煤的灰分进行控制，例如通过洗选脱灰等处理使所述无烟的灰分小于3wt％，当然具体的控制程度以最终活性炭产品的灰分可以符合要求为准，例如小于10wt％。这一点为本领域所熟知，这里不再赘述。在本专利技术中，步骤b为对上述原料煤进行压块成型、造粒，以得到煤颗粒。在煤基压块活性炭的制备中，对煤粉进行成型以及破碎造粒的处理为本领域的常规处理过程，例如利用对辊压块成型机进行煤粉成型，例如采用破碎机进行破碎，然后筛分得到一定粒径范围的煤颗粒，其具体过程为本领域所熟知，在一种实施方式中，所述的造粒包括破碎和筛分，以得到粒径在1mm-10mm，更优选3mm-8mm之间的煤颗粒。在本专利技术中，步骤c为对所述煤颗粒进行氧化处理、炭化处理，得到炭化料；对造粒所得煤颗粒进行氧化处理、炭化处理为活性炭制备过程中的常用处理步骤，为本领域技术人员所熟知。在本专利技术中，所述氧化处理的条件可以为：在200℃～250℃下，例如220-250℃下，以空气作为氧化剂对物料进行氧化处理1.5～4小时，例如2或3小时，以使物料的氧化控制在较轻的程度，使部分氧结合于煤中，加快活化反应速率。所述炭化处理的条件可以为：温度300～550℃、炭化气氛氧含量不大于5vol％，炭化处理时间1.5～4小时，在炭化后，炭氢化合物中的炭原子组合会形成一些裂隙的炭结构体，具有一定的吸附能力，这些裂隙将会在活化程序中形成更发达的微孔结构。在本专利技术中，步骤d为利用硝酸盐溶液浸渍所述炭化料，固液分离后烘干，将得到的浸渍炭化料进行活化处理，以制得活性炭。在浸渍过程中，硝酸盐溶液可以充分进入/渗入炭结构体的裂隙和/或微孔结构中，其效果是固相混合所难以实现的，以便后续充分活化。优选地，所述硝酸盐溶液的浓度为5wt％-20wt％，比如10wt％或15wt％，浸渍时间为0.5-3h，例如1-2h或1.5h。浸渍后的炭化料经固液分离，其中，剩余的硝酸盐溶液还可以浸渍下一批炭化料，利用效率高。分离后的炭化料经烘干，至炭化料的含水量不大于8wt％，例如3wt％或5wt％(可以用于活化过程)，得到浸渍炭化料。在本专利技术中，浸渍硝酸盐可以均匀的附着在裂隙或微孔的内壁上，因此无需过量，当然过少也不利于充分活化。优选地，烘干后的浸渍炭化料中，硝酸盐的含量0.5～2％，进一步优选为0.8～1.5％，比如1％或1.2％；在本专利技术的优选实施方式中，所述硝酸盐为硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙和硝酸镁中的一种或多种。对炭化料进行活化处理为活性炭制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用煤制备中孔发达的活性炭的方法，包括如下步骤：a、以弱粘煤和气煤为原料进行配煤并粉碎以得到原料煤，其中，以所述原料煤的总重量计，所述弱粘煤的用量为50wt％‑60wt％，气煤的用量为40wt％‑50wt％；b、将所述原料煤压块成型、造粒，得到煤颗粒；c、对所述煤颗粒进行氧化处理、炭化处理，得到炭化料；d、利用硝酸盐溶液浸渍所述炭化料，将得到的浸渍炭化料烘干后进行活化处理，以制得活性炭。

【技术特征摘要】
1.一种利用煤制备中孔发达的活性炭的方法，包括如下步骤：a、以弱粘煤和气煤为原料进行配煤并粉碎以得到原料煤，其中，以所述原料煤的总重量计，所述弱粘煤的用量为50wt％-60wt％，气煤的用量为40wt％-50wt％；b、将所述原料煤压块成型、造粒，得到煤颗粒；c、对所述煤颗粒进行氧化处理、炭化处理，得到炭化料；d、利用硝酸盐溶液浸渍所述炭化料，将得到的浸渍炭化料烘干后进行活化处理，以制得活性炭。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤d中，所述硝酸盐溶液的浓度为5wt％-20wt％，浸渍时间为0.5-3h。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，烘干后的浸渍炭化料中，硝酸盐的含量为0.5-2％；优选地，所述硝酸盐溶液为硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙和硝酸镁中的一种或多种的水溶液。4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王福平，王成，王刚，吴宪平，申明祺，郭晓莉，庞旖旎，徐晶晶，王瑞，周志超，侯伟，
申请(专利权)人：神华集团有限责任公司，神华新疆能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11