一种以脱墨污泥为原料的活性炭制备方法技术

本发明专利技术公开了一种完全以脱墨污泥为原料制备大通道中孔活性炭的方法，包括以下步骤：(1)将一定量的脱墨渣和磷酸均匀混合，之后作一段时间的密闭静置处理；(2)在密闭条件下将脱墨渣和磷酸的混合物进行升温活化，活化结束后将温度缓慢将至室温；(3)将活化产物用热水洗涤至pH接近中性，干燥后获得产品。由本发明专利技术获得产品可同时形成大量微米级孔径的大通道和纳米级孔径的中孔，比表面积可达800m2/g，亚甲基蓝吸附值达到12ml，碘吸附值为600mg/g，具有优良的吸附能力。本发明专利技术的另一个有益效果在于可完全以脱墨污泥为原料制备活性炭且产品得率较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及活性炭制备领域，特别是涉及一种以脱墨污泥为原料的大通道中孔活性炭的制备方法。
技术介绍
近年来，废纸作为回收纤维资源已经越来越多的应用于纸浆造纸，逐渐成为制浆造纸行业重要原料的来源。废纸再回用过程中必须要经过脱墨，特别是一些对质量要求较高的高、中档废纸浆，在其脱墨过程中必然会产生大量的脱墨废渣。随着废纸回收率和利用率逐年增长，数量庞大的脱墨渣随之产生，无疑会对生态环境造成严重污染。2008年，国家颁布的《国家危险废物名录》，正式将脱墨渣规定为危险废物(代码221-001-12)。目前我国对脱墨渣的处理大都采用填埋法或焚烧法，填埋法虽简便易行，投资少，但该法不仅占用大量土地资源，而且若填埋后处理不当，其渗液将会对地下水造成严重的污染；焚烧法设备投资大，运行成本较高，而且容易产生废气污染。脱墨渣现阶段的再利用主要体现在颜料和建筑材料的生产方面，然而其利用价值不高且后续应用过程中仍受到诸多限制。脱墨渣包含较丰富的纤维、高分子化学品等有机成分，是一种潜在的活性炭生产原料。目前已有研究者以脱墨污泥为原料，采用KOH或ZnCl2活化法尝试制备活性炭。其中，KOH活化机理复杂、活化温度也较高，活化过程中还会产生高温毒气，对环境影响较大；ZnCl2在活化过程中同样会产生严重污染，更重要的是上述两种方法都只适合于木质素含量较高生物质原料或煤质原料，并不适合以纤维素为主要有机成分、且含有大量的无机造纸填料的脱墨污泥。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种完全以脱墨污泥为原料制备大通道中孔活性炭的方法。本专利技术所使用的原料来源于造纸厂废纸制浆脱墨过程中产生的脱墨污泥，在污泥收集过程中一般需要进行挤压浓缩处理，然后可适当进行脱水或风干处理。制备活性炭的脱墨渣原料通常含有一定量的水分(一般为8％～40％不等)。活性炭制备方法具体包括如下步骤：(1)将脱墨渣和磷酸均匀混合，之后密闭静置10～36小时，所述磷酸和脱墨渣的含量比对活性炭终产物的形成有较显著的影响，磷酸用量太少会导致不能与脱墨渣重复接触，甚至会被脱墨渣中大量的无机填料完全消耗而导致活化反应难以进行，磷酸用量过多会导致对原料的侵蚀作用增强，使早先生产的微孔和中孔向大孔发展，而且当浸渍比过高时，磷酸会在原料的表面形成一层保护膜，使孔隙结构更加难以生成。所以上述磷酸和脱墨渣的含量比例最好控制在一定范围内，优选方案为磷酸和脱墨渣(以干物质计)的质量比为2～7:1，磷酸浓度为30％～80％；(2)在密闭条件下将脱墨渣和磷酸的混合物进行升温活化，升温速率为每8～30分钟升高100℃(升温速率过快导致活化速度加快,容易导致活性炭的烧失及活化不完全,进而造成孔隙率和得率下降；升温速率过小则会使生产周期延长、设备利用率降低)，当温度升至300～500℃时进行保温活化，保温活化时间为30～200分钟；活化结束后将温度缓慢将至室温，降温时间为2～8小时。(3)将由步骤(2)获得的产物用热水洗涤至pH接近中性，再经干燥后获得活性炭产品。本专利技术提供的活性炭制备方法采用磷酸作为活化剂，可有效地与脱墨渣中的有机和无机成分发生反应，在活性炭产物上同时形成大量微米级孔径的大通道和纳米级孔径的中孔，大通道的存在为物质交换提供了足够的孔道空间，可有效促进污染物的快速吸附；此外，发达的大通道极大地增加了活性炭的比表面积，有利于表面中孔和微孔的形成。经性能测试，由本专利技术获得的活性炭产品的比表面积可达800m2/g，亚甲基蓝吸附值达到12ml，碘吸附值为600mg/g，具有优良的吸附能力。本专利技术的另一个有益效果在于可完全以脱墨污泥为原料(无其它原料搭配)制备活性炭，且产品得率较高。附图说明图1由本专利技术技术方案获得的产品的电镜照片，图中显示产品表面形成大量微米级孔径的大通道。图2由本专利技术技术方案获得的产品的电镜照片，图中显示产品表面形成的大通道及其周围散布的中孔。具体实施方式实施例1原料：脱墨渣1kg(以干物质计)，含水量20％；磷酸5kg，浓度80％(在配制和添加磷酸溶液时已将脱墨渣的含水量考虑在内，以避免脱墨渣中的水分对磷酸溶液的稀释影响，所以上述5kg磷酸中已经包含脱墨渣的含水量，相应地，上述磷酸浓度也是将脱墨渣的水分考虑在内的浓度计算结果，以下实施例2和3中均如此)。制备步骤：(1)将磷酸溶液加入盛有脱墨渣的容器中，搅拌混合15分钟，使磷酸溶液和脱墨渣充分混合，之后将容器密封静置24小时；(2)继续在密闭条件下将脱墨渣和磷酸的混合物进行升温活化，升温速率为10℃/分钟，当温度升高至450℃时停止升温并进行保温活化，保温活化时间为90分钟；活化结束后将温度缓慢将至室温，降温时间为200分钟；(3)将由步骤(2)获得的活化产物用70～95℃热水洗涤至pH接近中性，60～105℃干燥后获得活性炭产品。实施例2和实施例3所采用的原料和制备步骤与实施例1基本相同，仅原料用量和制备步骤中的一些反应条件有所不同，具体如表1所列。表1实施例2和实施例3采用的原料用量和各制备步骤的反应条件性能测试将上述3个实施例获得的活性炭产品进行产品得率、亚甲基蓝吸附值、碘吸附值、比表面积以及孔径测定。其中孔径测定采用N2吸附-脱附曲线法，该测定仅针对孔径为纳米级别的中孔,不包括微米以及微米以上孔径的大通道。性能测试结果表明：3个实施例的活性炭产品得率均在50％以上(相对于绝干原料)，其中实施例3的产品得率最高，达到65％；由3个实施例获得的活性炭的比表面积均超过600m2/g，其中实施例1产品的比表面积最高，达到800m2/g；进一步的电镜观测结果表明产品表面已经形成大量孔径为2～5μm的大通道(图1)，大通道周围分布有较多纳米级孔径的中孔(图2)。亚甲基蓝吸附值和碘吸附值最高分别达到12ml和600mg/g，体现出良好的吸附能力。具体测定结果如表2所列。表2实施例1～3的产品性能测试结果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活性炭制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将脱墨渣和磷酸均匀混合，之后密闭静置10～36小时；(2)在密闭条件下将脱墨渣和磷酸的混合物进行升温活化，活化结束后将温度缓慢将至室温；(3)将由步骤(2)获得的产物用热水洗涤至pH接近中性，干燥后获得活性炭产品。

【技术特征摘要】
1.一种活性炭制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将脱墨渣和磷酸均匀混合，之后密闭静置10～36小时；(2)在密闭条件下将脱墨渣和磷酸的混合物进行升温活化，活化结束后将温度缓慢将至室温；(3)将由步骤(2)获得的产物用热水洗涤至pH接近中性，干燥后获得活性炭产品。2.根据权利要求1所述的活性炭制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘廷志，程富江，李祥祥，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：天津;12