球形活性炭的制备和再生方法技术

本发明专利技术涉及球形活性炭的制备和再生方法；将碳化后的球形产物直接通入过热蒸汽进行活化处理，即低于550℃的惰性气氛下进行碳化处理；再经升温至550℃以上，利用550℃以上的过热水蒸气进行高温水蒸汽活化处理，大大缩短活化处理的时间，节省能耗，同时有利于保证强度的前提下，获得更大的比表面积，且还可以保持球形活性炭的形貌特征。即在制备得到球形活性炭的前提下，还获得了具有较高强度和较大比表面积的性能。利用该活化处理后的过热水蒸气直接对球形活性炭进行吹扫，即可完成对其的再生处理；同时，为了进一步提高再生的效率，还可以将碳化过程中的气氛直接对球形活性炭进行保温处理，提高其吸附质分子的运动能力，提升再生效率。

【技术实现步骤摘要】
球形活性炭的制备和再生方法
本专利技术属于吸附材料
，特别涉及球形活性炭的制备和再生方法。
技术介绍
活性炭具有宽泛的非特异性吸附性能，并且因此是最广泛使用的吸附剂。活性炭通常是通过对含碳起始化合物进行碳化，随后进行活化来获得的，所述的含碳起始化合物优选是这样的能够产生经济合理的产率的化合物。这是因为在碳化过程中挥发性成分的离去以及随后在活化过程中的烧尽而产生的重量损失是显著的。对于球形活性炭的生产工艺有很多，例如采用含碳原始材料经过碳化和活化处理，分别调控各个阶段的处理工艺参数，实现球形活性炭的制备。但是，当使用现有工艺制备球形活性炭时，还存在诸多缺陷。例如，现有工艺在实际生产中难以在得到较大粒径的球形活性炭的同时，获得令人满意的机械和强度特性，实际应用范围受到较大限制。并且，现有工艺难以实现球形活性炭的粒径、强度、孔径、比表面积等参数与其吸附性能的协同。为此，需要提供这样的球形活性炭，当其具有特定的比表面积时，能够具有优于现有技术的力学特性。并且，所述球形活性炭能够在避免其性能降低的前提下，获得尽可能大的粒径。同时，现有工艺中的碳化和活化过程往往能耗过大，致使制备成本大幅提升；因此，还需要开发更为稳定、适合低成本、规模化生产的球形活性炭制备方法。不仅如此，对于活性炭的制备已经引起人们的广泛关注，但是对于吸附后的活性炭的再生问题一直是被关心的课题，再生效果的好坏直接影响再生操作的可行性。活性炭再生，是指用物理或化学方法在不破坏其原有结构的前提下，去除吸附于活性炭微孔的吸附质，恢复其吸附性能的过程。活性炭吸附过程中，对吸附质和溶剂都有吸附作用，因亲和力的不同，经过一定时间的吸附，达到吸附平衡。活性炭再生就是要采取办法破坏这种平衡关系。常见的活性炭再生方法主要有热再生法、生物再生法、溶剂再生法、湿式氧化再生法、电化学再生法、溶剂萃取再生法、超声波再生法、光催化再生法及微波辐照再生法等。其中，热再生法主要适用于吸附有机物的活性炭的再生，其是根据有机物对在不同温度下产生不同的变化实现活性炭的再生，其可以分为干燥、高温碳化和活化阶段；在高温碳化阶段可以将吸附在活性炭上的有机物汽化脱附，或是加热分解，以小分子物质脱附出来；在活化阶段，通入水蒸气或是二氧化碳清理活性炭内部结构的微孔，使其恢复活性，但是，其并不适用于吸附于金属离子的活性炭，且高温碳化过程中炭损失较为严重，可以达到5-10％，且再生后的机械性能也有所有降低；生物再生法是利用微生物的新陈代谢，将吸附在活性炭上的污染物质氧化分解来实现的，但是活性炭的孔径一般只有几纳米，微生物难以实现孔径内吸附物的脱附处理，且微生物再生法实施周期较长，再生环境的要求较高，造成制备成本高昂，同时，多数微生物具有选择性，故很难将吸附的全部物质进行分解处理。对于其他的传统的活性炭再生方法，还有如下缺陷，活性炭的炭含量损失较大，再生后的吸附能力明显下降等等。因而，提供一种球形活性炭的制备和再生联合工艺具有重要的研究意义。
技术实现思路
为了改善现有技术的不足，本专利技术提供一种球形活性炭的制备和再生方法，所述球形活性炭的制备方法包括如下步骤：1)将球形聚合物碳化；所述碳化是在惰性气氛下进行；2)将步骤1)得到的产物进行活化；所述活化处理是在过热水蒸气气氛下进行，制备得到球形活性炭；所述球形活性炭的再生方法包括如下步骤：3)将步骤2)反应后的过热水蒸气对待再生的球形活性炭进行吹扫，即实现对球形活性炭的再生处理。根据本专利技术，所述步骤3)中的待再生的球形活性炭可以是吸附饱和后的任一种需要再生处理的活性炭；而对其吸附的物质没有特别的限定，通过过热水蒸气的吹扫，可以实现对活性炭的再生处理，避免其在加热碳化过程中的损耗，同时还可以实现较好的再生效果，节约能耗。根据本专利技术，所述步骤3)中吹扫的温度没有特别的限定，采用活化步骤中的过热水蒸气直接对活性炭进行吹扫即可，吹扫的时间例如为30-60min。根据本专利技术，所述步骤3)中的球形活性炭与过热水蒸气的质量比为5:1-2。根据本专利技术，所述再生方法还包括：4)在步骤3)的过热水蒸气吹扫前的脱硫处理；该步骤的设置适用于任何活性炭的再生过程，特别适用于吸附硫化氢、硫酸或是其他含硫物质的活性炭的再生处理；这是因为含硫物质在再生过程中一般会以二氧化硫的形式溢出，其无法直接排向大气中，故需要对其进行富集、回收，故而增加成本，故在步骤3)的过热水蒸气吹扫前设置脱硫处理的工艺过程。根据本专利技术，所述再生方法还包括：5)在步骤4)的脱硫处理前，或在步骤3)的过热水蒸气吹扫前对活性炭进行保温处理；所述保温处理例如采用烟气进行保温处理；所述烟气可以来自于步骤1)中的碳化过程中产生的气体；所述保温处理的目的是为了提高吸附质分子的运动能力，使其容易从活性炭材料表面脱附，降低了后续的操作时间，即节约了再生所需的能耗；这里，对所述保温处理的温度没有特别的限定，其可以将步骤1)中的碳化过程中产生的气体直接对活性炭进行吹扫，所述保温处理的时间例如为30-60min。根据本专利技术，步骤1)中，所述聚合物可以通过将单体、引发剂混合进行聚合反应制备。作为实例，所述聚合物可以是均聚物或共聚物。其中，所述均聚物是指由一种单体发生聚合反应制备的聚合物，所述共聚物是指由两种或更多种的单体发生聚合反应制备的聚合物。根据本专利技术，所述单体可以选自具有2～60个碳原子，并且具有至少1个碳碳双键的化合物，例如具有2～20个碳原子，并且具有至少1个碳碳双键的化合物。例如，所述单体可以选自下列物质：乙烯、丙烯、异丙烯、丁烯、异丁烯、戊烯、异戊烯、新戊烯、己烯、异己烯、新己烯、苯乙烯、甲基苯乙烯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、戊二烯、异戊二烯、戊二烯、异己二烯、二乙烯苯、二乙二醇二乙烯基醚。作为选择，所述共聚物的聚合物母体包括衍生自第一单体的结构单元和衍生自第二单体的结构单元，其中所述第一单体具有2～10个碳原子且含有至少一个碳碳双键，所述第二单体具有4～15个碳原子且含有至少两个碳碳双键。优选地，在所述共聚物的聚合物母体中，衍生自第一单体的结构单元占所述聚合物网络的总结构单元的75％到98％，优选为80％到90％；衍生自第二单体的结构单元占所述聚合物网络的总结构单元的25％到2％，优选为20％到10％。根据本专利技术，所述第一单体选自苯乙烯、甲基苯乙烯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯和碳原子数为2～6的单烯烃中的一种或更多种，所述碳原子数为2～6的单烯烃例如为乙烯、丙烯、异丙烯、丁烯、异丁烯、戊烯、异戊烯、新戊烯、己烯、异己烯、新己烯等。根据本专利技术，所述第二单体选自丁二烯、戊二烯、异戊二烯、戊二烯、异己二烯、二乙烯苯和二乙二醇二乙烯基醚中的一种或更多种。根据本专利技术，所述聚合反应可以为悬浮聚合反应；优选地，聚合反应还在水、分散剂、助分散剂的存在下进行。例如，水：分散剂：助分散剂的重量比为800～1000：0.5～3.0：0.05～0.2；当所述聚合物为均聚物时，其单体：引发剂的重量比可以为1：0.003～0.01。如果存在，第一单体：第二单体：引发剂的重量比可以为0.75～0.98：0.02～0.25：0.003～0.01。优选地，水、分散剂、助分散剂构成水相，均聚物的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种球形活性炭的制备和再生方法，其中，所述球形活性炭的制备方法包括如下步骤：1)将球形聚合物碳化；所述碳化是在惰性气氛下进行；2)将步骤1)得到的产物进行活化；所述活化处理是在过热水蒸气气氛下进行，制备得到球形活性炭；所述球形活性炭的再生方法包括如下步骤：3)将步骤2)反应后的过热水蒸气对待再生的球形活性炭进行吹扫，即实现对球形活性炭的再生处理；所述待再生的球形活性炭为吸附饱和后的球形活性炭。

【技术特征摘要】
1.一种球形活性炭的制备和再生方法，其中，所述球形活性炭的制备方法包括如下步骤：1)将球形聚合物碳化；所述碳化是在惰性气氛下进行；2)将步骤1)得到的产物进行活化；所述活化处理是在过热水蒸气气氛下进行，制备得到球形活性炭；所述球形活性炭的再生方法包括如下步骤：3)将步骤2)反应后的过热水蒸气对待再生的球形活性炭进行吹扫，即实现对球形活性炭的再生处理；所述待再生的球形活性炭为吸附饱和后的球形活性炭。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，采用活化步骤中的过热水蒸气直接对活性炭进行吹扫，吹扫的时间为30-60min；所述步骤3)中的球形活性炭与过热水蒸气的质量比为5:1-2。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述再生方法还包括：4)在步骤3)的过热水蒸气吹扫前的脱硫处理。4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其中，所述再生方法还包括：5)在步骤4)的脱硫处理前，或在步骤3)的过热水蒸气吹扫前对活性炭进行保温处理；所述保温处理采用烟气进行保温处理；所述烟气来自于步骤1)中的碳化过程中产生的气体；所述保温处理的时间为30-60min。5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其中，所述聚合物可以是经磺化的聚合物或未经磺化的聚合物；当使用未经磺化的聚合物时，可以在碳化步骤之前进行磺化和/或碳化过程中原位进行磺化；所述磺化是将未经磺化的聚合物与磺化剂接触进行；所述磺化剂可以选自硫酸(如浓硫酸)、发烟硫酸、SO3中的一种或多种的混合物；优选地，未经磺化的球形聚合物与磺化剂的总重量比可以是3:1～1:3，例如2:1～1:2，如1:1～1:1.5；优选地，当在碳化步骤之前进行磺化时，磺化步骤的温度可以为60-200℃，如70-180℃，例如为80-150℃；优选地，磺化步骤可以在上述温度范围内，在升温的同时进行反应。升温的速度可以为不超过10℃/min，例如不超过5℃/min，如不超过3℃/min；优选地，磺化步骤的时间可以为0.5-12小时，优选1-10小时，如2-10小时；优选地，所述磺化是在惰性气体气...

【专利技术属性】
技术研发人员：常明珠，
申请(专利权)人：深圳市环球绿地新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44