一种具有中空形态的活性炭制造技术

本发明专利技术的名称为一种具有中空形态的活性炭及其制备方法。属于煤化工及环保技术领域。它主要是解决现有柱状活性炭存在无效孔多、系统阻力大、床层中气流分布不均匀等问题。它的主要特征是：活性炭为带轴向圆柱形通孔的圆柱形规整颗粒状；活性炭是将包括无烟煤55~75%、煤焦油28~40%、稀释剂1~5%和水1~10%的原材料，通过磨粉、焦油配制、煤膏制备、先压制成柱状中空形态、烘干、炭化和活化等步骤制备而成。本发明专利技术具有微孔结构占比多、床层阻力小和气流分布均匀的特点，主要用于柱状活性炭的制备。

Activated carbon with hollow form

The invention relates to an activated carbon with hollow form and a preparation method thereof. The utility model belongs to the field of coal chemical engineering and environmental protection technology. The utility model mainly solves the problems that the existing columnar activated carbon has the advantages of ineffective pores, large system resistance, uneven air distribution in the bed layer, etc.. Its main features are: activated carbon with axial cylindrical hole of the cylindrical granular activated carbon is structured; will include 55~75%, 28~40%, anthracite coal tar diluent 1~5% and water 1~10% of raw materials, through grinding, mixing, coal tar paste preparation, pressed into columnar hollow shape, drying, carbonization and activation. The steps of preparation and. The invention has the characteristics of microporous structure, large occupation ratio, small bed resistance and uniform airflow distribution, and is mainly used for the preparation of columnar activated carbon.

【技术实现步骤摘要】
一种具有中空形态的活性炭
本专利技术属于煤化工及环保
具体涉及一种柱状中空形态的活性炭及其制备方法。
技术介绍
随着社会的进步和经济的发展，活性炭被广泛用于化学工业、医药工业、食品工业、国防事业及环境保护等领域，其需求量呈逐年上升趋势。尤其是近年来国内外对环境治理和保护越来越关注和重视，开始加强力度实施各种措施严格化环保规范，使得高性能活性炭的应用也呈现快速的发展。高性能活性炭要求其综合性能优越，诸如孔结构、碘值、比表面积等均需达到合理数值。活性炭的吸附性能决定了其应用领域，而吸附性能主要取决于其孔结构特征。活性炭的孔结构呈分散型，为大孔、中孔、微孔不均匀分布。然后活性炭这种孔径分布结构特征制约了其在特殊领域的应用，随着社会环保要求的严格，专业吸附剂应用面越来越广，如何对有效对活性炭的孔径进行控制成为研究者在活性炭材料制备工艺上追求的目标。大量研究表明，当活性炭微孔比例较大时，在化工环保等领域表现出优异吸附性能。因此，如何通过工艺的调控，制备出具有发达微孔结构的活性炭是提高活性炭性能的关键。活性炭制备工艺中，孔结构形成在活化阶段，其原理为炭化材料通过与活化剂发生化学反应，从而形成孔结构。目前，柱状活性炭为应用较广的一种活性炭形态，并且已经有较多成熟技术。例如，由山西新华化工有限责任公司公开的专利号为CN200810055493.3一种柱状活性炭的制造方法、由宁夏华辉活性炭股份有限公司公开的专利号为CN201410422905.8一种柱状竹质活性炭的制备方法、由江西能欣生物科技有限公司公开的专利号为CN201510065083.7一种新型木质柱状活性炭生产工艺。柱状活性炭在活化过程中，成孔顺序均是由外而内，逐渐形成，当活化时间不足时，柱状炭内部容易出现活化不足，或者活化盲区，随着活化时间延长，外表面已形成的孔结构逐渐被过度活化，形成孔径大的活化剂通道，不具备稳定吸附能力。通常，通过延长活化时间制备具有较高比表面的柱状活性炭，但是很多孔均是无效孔。另外，柱状活性炭在化工环保等领域的应用存在一定局限性。例如，当柱状活性炭床层达到一定高度，系统阻力影响装置正常运行；其次，床层中气流分布不均匀，与活性炭容接触面低，反应不充分；再者，活性炭再生是其持续循环利用关键环节，而目前柱状活性炭的再生不彻底，恢复效率低下。人们试图以蜂窝形态的活性炭来解决此问题，蜂窝活性炭从理论上解决了气流分布和床层阻力的问题，但是蜂窝活性由于强度差、壁薄、再生容易坍塌等问题，未能实现大规模应用。尽管人们在活性炭孔结构调控、床层阻力和气流分布方面做了大量研究，提出了很多方法，但是仍然不理想。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提出一种可以解决床层压力高、反应效率低、再生不彻底等问题的活性炭，同时得出一种活化均匀、微孔发达、强度高的活性炭的制备方法。本专利技术目的之一是提供一种柱状中空形态的活性炭，该产品为一种全新形态的活性炭，其外观表现为圆柱，圆柱中心为具有一定直径的空心结构。本结构设计首先是适应了活性炭制备工艺，使其活化更均匀，其次，该结构考虑气体流变力学，当在进行污染物处理时增大反应接触面积，降低反应床层压力。本专利技术目的之二在于提供一种柱状中空活性炭的制备方法，以生产出微孔发达、活化均匀、强度高的中空活性炭，应用于化工环保领域。为了实现上述目的，本专利技术活性炭采用了以下技术方案：一种具有中空形态的活性炭，其特征在于：所述活性炭为带轴向圆柱形通孔的圆柱形规整颗粒状；活性炭是将包括无烟煤55~75%、煤焦油28~40%、稀释剂1~5%和水1~10%的原材料，先压制成柱状中空形态，再制成炭化料，紧后经活化制成的中空形态活性炭。本专利技术活性炭采用的技术方案中所述的活性炭直径为1~10mm、壁厚为1~4mm、高度为4~20mm。本专利技术活性炭采用的技术方案中所述的无烟煤研磨成200~400目后与在60~90℃下加入稀释剂的煤焦油、水捏合均匀制成煤膏，将煤膏压制成柱状中空形态；压制成柱状中空形态的煤膏在室温下晾干、120℃下烘干2.0小时后进行炭化制成炭化料；将制成的炭化料加入到活化炉中，以5℃/min速率升温至800~1000℃，在800~1000℃的条件下持续通入水蒸气活化3.0~20.0小时，冷却后得中空形态活性炭。为了实现上述目的，本专利技术制备活性炭采用了以下技术方案：一种制备具有中空形态的活性炭的方法，其特征在于包括以下步骤：⑴首先将55~75%的无烟煤破碎后再研磨成200~400目的煤粉；⑵将1~5%的稀释剂加入煤焦油中，而后在60~90℃下与28~40%的煤焦油搅拌均匀，完成稀释；⑶将煤粉与完成稀释的煤焦油和1~10%的水加入捏合机捏合均匀制成煤膏；⑷将制备好的煤膏在5~30Mpa的液压成型机中压制成柱状中空形态的颗粒；⑸将压制成型的煤膏颗粒在室温下晾干后，在120℃下烘干2.0小时；⑹将烘干后的煤膏颗粒加入炭化炉中，在炭化炉中以5℃/min速率升温至400~700℃进行炭化1.0~3.0小时，制成炭化料；⑺将制成的炭化料加入到活化炉中，然后将活化炉以5℃/min速率升温至800~1000℃，在800~1100℃的条件下持续通入水蒸气活化3.0~20.0小时；⑻将经步骤⑺活化的活化料冷却后，筛掉其中粉末得柱形空心颗粒状中空活性炭。本专利技术制备活性炭采用的技术方案中所述的稀释剂是聚乙烯醇溶液、聚乙二醇和木质素磺酸钠等有机溶剂。本专利技术制备活性炭采用的技术方案中所述的无烟煤灰分小于5%。本专利技术具有如下优点：首先，本专利技术提出的柱状中空结构增大了活化剂与活性炭的接触面积，可以有效避免出现活化过度而造成制备的活性炭比表面积大、有效吸附孔减少、强度低等问题；其次，该活性炭应用于化工环保领域时，可有效增加反应面积、提高反应效率和降低运行阻力，另外，当活性炭吸附能力达到饱和后需对其再生，本专利技术提出的该形态的活性炭再生后性能恢复方面更为彻底；最后，为了实现该活性炭的制备，本专利技术采用低灰分的无烟煤为主要原材料，以此可以有效降低因活化过程中杂质损失而影响活性炭的孔结构分布和吸附性能，同时为了降低煤焦油的不确定性影响，向煤焦油中加入焦油稀释剂，以此增加制备煤膏的纯度，从而性能良好的柱状中空活性炭。因此，本专利技术通过提出一种全新形态活性炭和确定一种适合制备该形态活性炭的制备工艺，最终达到制备出微孔发达、活化均匀、强度高的柱状中空活性炭的目的，以此来解决目前一般柱状活性炭应用中面临的反应床层压力高、反应接触面积低、脱除效率低和再生不彻底等问题。附图说明图1是本专利技术柱状中空活性炭的结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施实例对本专利技术做进一步详细说明。如图1所示，柱状中空活性炭具体形态是：中心为直径c是1~4mm的空心结构，空心结构被具有1~4mm壁厚b圆柱外壳包围，外部圆柱直径d为1~10mm，该活性炭为规整颗粒状，高度a为4~20mm。其中空心直径c、外部圆柱壁厚b和直径d、颗粒高度a均可根据相关需求调整。实施例1：本实施例采用的原材料按质量百分比包括70%的无烟煤、28%的煤焦油、2%的稀释剂和10%的水，制备方法包括下列步骤：⑴煤粉的制备：首先将无烟煤破碎后再研磨成200目的煤粉；⑵煤焦油的调制：将聚乙烯醇溶液加入煤焦油中，而后在80℃下与煤焦油搅拌均匀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有中空形态的活性炭，其特征在于：所述活性炭为带轴向圆柱形通孔的圆柱形规整颗粒状；活性炭是将包括无烟煤55~75%、煤焦油28~40%、稀释剂1~5%和水1~10%的原材料，先压制成柱状中空形态，再制成炭化料，紧后经活化制成的中空形态活性炭。

【技术特征摘要】
1.一种具有中空形态的活性炭，其特征在于：所述活性炭为带轴向圆柱形通孔的圆柱形规整颗粒状；活性炭是将包括无烟煤55~75%、煤焦油28~40%、稀释剂1~5%和水1~10%的原材料，先压制成柱状中空形态，再制成炭化料，紧后经活化制成的中空形态活性炭。2.根据权利要求1所述的一种具有中空形态的活性炭，其特征在于：所述的活性炭直径（d）为1~10mm、壁厚（b）为1~4mm、高度（a）为4~20mm。3.根据权利要求1或2所述的一种具有中空形态的活性炭，其特征在于：所述的无烟煤研磨成200~400目后与稀释剂在60~90℃下与煤焦油搅拌均匀，完成稀释后与水捏合均匀制成煤膏，再将煤膏压制成柱状中空形态；压制成柱状中空形态的煤膏在室温下晾干、120℃下烘干2.0小时后进行炭化制成炭化料；将制成的炭化料加入到活化炉中，以5℃/min速率升温至800~1000℃，在800~1100℃的条件下持续通入水蒸气活化3.0~20.0小时，冷却后得脱硫脱硝活性炭。4.一种制备根据权利要求1、2或3任一种具有中空形态的活性炭的方法，其特征在于包括以下步骤：⑴首先...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄昆明，李江荣，李立松，麻强，李爱群，
申请(专利权)人：成都国化环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51