一种大孔颗粒活性炭及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种大孔颗粒活性炭及其制备方法，将木炭磨碎后过筛，取小于10微米的炭粉颗粒；将木屑与催化剂和水混合，密闭条件下150℃加热1～3h；将炭粉颗粒与胶粘剂混合，在捏合机加热至80～150℃，捏合10～60min，形成塑性物料；将塑性物料放入液压成型机挤压成柱状颗粒；柱状颗粒在氮气保护下，于200～500℃恒温30～120min进行固化，得到柱状炭化料；柱状炭化料经水洗回收催化剂，再漂洗至中性，烘干后即得大孔颗粒活性炭。本发明专利技术采用炭粉挤压成型制备大孔颗粒活性炭，利用炭粉颗粒间隙形成大孔结构，通过调整碳粉颗粒粒径、成型压力、炭粉和胶粘剂比例，可调控大孔比例。

A Macroporous Granular Activated Carbon and Its Preparation Method

The invention discloses a macroporous granular activated carbon and its preparation method, which grinds charcoal and sieves it, and takes charcoal powder particles less than 10 microns; mixes wood chips with catalyst and water, and heats them for 1-3 hours at 150 C under sealed conditions; mixes charcoal powder particles with adhesives, heates them to 80-150 C in kneading machine and kneads them for 10-60 minutes to form plastic materials; and puts plastic materials into hydraulic moulding machine. Columnar particles were extruded into columnar particles; columnar particles were cured at 200-500 C for 30-120 min under the protection of nitrogen to obtain columnar carbonized materials; columnar carbonized materials were washed to recover catalyst, then rinsed to neutral, and macroporous granular activated carbon was obtained after drying. The invention adopts carbon powder extrusion forming to prepare macroporous granular activated carbon, forms macroporous structure by using carbon powder particle gap, and adjusts macroporous proportion by adjusting carbon powder particle size, forming pressure, carbon powder and adhesive ratio.

【技术实现步骤摘要】
一种大孔颗粒活性炭及其制备方法
本专利技术涉及活性炭的制备方法，具体涉及一种炭粉挤压成型制备大孔颗粒活性炭的方法。
技术介绍
活性炭是目前应用最广泛的材料，我国也是世界活性炭生产和出口第一大国。颗粒活性炭具有强度高、吸附力强、使用过程没有粉尘，适合连续操作的诸多优点，广泛应用于液相和气相吸附领域，在大气污染治理和水质净化等环境保护领域有着巨大的应用前景。目前颗粒活性炭均以微孔和中孔为主，对大分子杂质吸附能力较差，不能满足大气中PM2.5捕捉，以及食用油、柴油、润滑油等液相除杂精制。自从活性炭专利技术以来，人们不断致力于利用各种方法制备颗粒活性炭的研究。由木屑经磷酸活化制备颗粒活性炭，需要使用木屑质量4倍的磷酸，必将造成大量气体和液体污染，环保治理成本高，耗时耗能；采用碳粉加焦油粘结成型再活化制备颗粒活性炭，必须经历捏合、炭化、高温水蒸气活化等过程，制备的产品没有大孔，制造成本高、产品得率低、废气污染严重等问题。天津大学的王玉新等人(王玉新，苏伟，周亚平.不同磷酸活化工艺过程对活性炭孔结构的影响[J].炭素，2009，28(1)：18—21.)以竹块为原料，80％的浓磷酸为活化剂，按照浸渍比4：l，活化温度500℃，活化时间240min的条件，制得比表面积为2127m2/g的活性炭。西北大学的李冰等人(李冰,李洋，许宁侠,等.氯化锌活化法制备长柄扁桃壳活性炭[J].西北大学学报(自然科学版)2010,40(5)：)利用氯化锌活化法制备了长柄扁核桃活性炭，在实验条件内，最佳工艺为氯化锌溶液质量分数为50％，活化温度为600℃，活化时间为90min。可制得活性炭的比表面积为1633.08m2/g，其碘吸附值为883.78mg/g，亚甲基蓝吸附值为165mg/g。化学活化法制备活性炭，由于使用大量化学试剂，对设备产生一定腐蚀，并对环境造成二次污染。中国科学院山西煤炭化学研究所的刘朗等人的专利(专利号ZL98115717.3)利用线型热塑性酚醛树脂为原料，通过成球之前加入固化剂，制成块状混合物，再粉碎至1.25-2.5mm，得到原料树脂；将原料树脂分散到含有分散剂的分散液中，乳化成球；将制成的球在惰性气体保护下进行炭化并用水蒸汽或二氧化碳进行活化，得到酚醛树脂基球形活性炭。但所涉及的方法由于与固化剂、致孔剂与酚醛树脂的混合、破碎、筛分有十分密切的关系，因此损耗大、成本高。综上所述，采用化学法活化和炭粉加树脂成型、炭化、活化制备颗粒活性炭的方法，操作过程复杂，产品的得率低，且对环境造成二次污染。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种环境污染小、简单易行，成型性能好、强度大，产品大孔率高、孔径可控的颗粒活性炭的制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采取的技术方案如下：一种大孔颗粒活性炭的制备方法，包括如下步骤：(1)炭粉破碎：将木炭磨碎后过筛，取小于10微米的炭粉颗粒；(2)胶粘剂制备：将木屑与催化剂和水混合，混合质量比为10:(1～2):(10～30)，密闭条件下150℃加热1～3h；(3)混合：将步骤(1)得到的炭粉颗粒与步骤(2)制备的胶粘剂按照10:(1～3)的质量比混合，在捏合机加热至80～150℃，捏合10～60min，形成塑性物料；(4)成型：将步骤(3)得到的塑性物料放入液压成型机，挤压成柱状颗粒；(5)固化：柱状颗粒在氮气保护下，于200～500℃恒温30～120min进行固化，得到柱状炭化料；(6)回收催化剂：将步骤(5)得到的柱状炭化料经水洗回收催化剂，再漂洗至中性，烘干后即得大孔颗粒活性炭。其中，步骤(2)中，所述催化剂为磷酸、氯化锌或硫酸中的任意一种或两种以上的混合物。优选地，所述催化剂为磷酸和氯化锌按照质量比3:1的混合物。优选地，所述催化剂为硫酸和氯化锌按照质量比2:1的混合物。优选地，步骤(5)中，固化过程为由室温以10℃/min升温至200～500℃恒温30～120min。上述制备方法制备得到的大孔颗粒活性炭，其比表面积为400～700m2/g，孔容积为0.1～1.0ml/mg，D>50nm的大孔容积率为70～95％，碘吸附值为545～1000mg/g，焦糖脱色率为50～120％。有益效果：1、本专利技术采用炭粉挤压成型制备大孔颗粒活性炭，利用炭粉颗粒间隙形成大孔结构，通过调整碳粉颗粒粒径、成型压力、炭粉和胶粘剂比例，可调控大孔比例；2、本专利技术通过将木屑、催化剂和水混合作为胶粘剂，配合炭粉颗粒成型性能好、强度大、利于大孔结构形成；3、本专利技术方法与现有木屑磷酸活化发制备颗粒活性炭相比，可以显著减少原材料中磷酸的用量，降低成本，减少对环境的污染，简单易行，无需经过化学试剂或高温活化，产品大孔率高、孔径可控，产品适用于气相PM2.5和油品精制。具体实施方式根据下述实施例，可以更好地理解本专利技术。以下实施例对所制备的颗粒活性炭的比表面积和吸附性能的测试方法如下：(1)比表面积的测定：采用液氮条件下炭微球对氮气吸附等温线的测定，根据BET公式计算比表面积；(2)碘吸附值和亚甲基蓝吸附值的测定：碘吸附值的测定按照GB/T12496.8-1999“木质活性炭试验方法碘吸附值的测定”进行；亚甲基蓝吸附值的测定按照GB/T12496.9-1999“木质活性炭试验方法亚甲基蓝吸附值的测定”进行。实施例1(1)炭粉破碎：将木炭磨碎后过筛，取小于10微米的炭粉颗粒；(2)胶粘剂制备：将木屑与磷酸和水混合，混合质量比为10:1:10，密闭条件下150℃加热1h，制的胶粘剂；(3)混合：将炭粉颗粒与胶粘剂按10:1的质量比混合，在捏合机中加热至80℃，捏合60min，形成塑性物料；(4)成型：将捏合的塑性物料放入液压成型机中，调整压力为2MPa，挤压成柱状颗粒；(5)固化：柱状颗粒炭以10℃/min的升温速率升温至200℃，并恒温120min进行固化，得到柱状炭化料；(6)回收催化剂：将炭化料经水洗回收催化剂，再漂洗至中性，烘干后得到大孔颗粒活性炭。制备得到的颗粒活性炭强度为93％，比表面积为400m2/g，孔容积为0.1ml/mg，大孔(D>50nm)容积率为71％，碘吸附值为545mg/g，焦糖脱色率为50％。实施例2(1)炭粉破碎：将木炭粉，磨碎后过筛，取小于10微米的炭粉颗粒；(2)胶粘剂制备：将木屑与氯化锌和水混合，混合质量比为10:2:30，密闭条件下150℃加热3h；(3)混合：将炭粉颗粒与胶粘剂按10:3的质量比混合，在捏合机中加热至150℃，捏合10min，形成塑性物料；(4)成型：将捏合的塑性物料放入液压成型机，调整压力为20MPa，挤压成柱状颗粒；(5)固化：柱状颗粒炭以10℃/min的升温速率升温至500℃，恒温30min进行固化，得到柱状炭化料；(6)回收催化剂：将炭化料经水洗回收催化剂，再漂洗至中性，烘干后得到大孔颗粒活性炭。制备得到的颗粒活性炭强度为99％，比表面积为550m2/g，孔容积为1.0ml/mg，大孔(D>50nm)容积率为85％，碘吸附值为780mg/g，焦糖脱色率为90％。实施例3(1)炭粉破碎：将木炭粉磨碎后过筛，取小于10微米的炭粉颗粒。(2)胶粘剂制备：将木屑与催化剂和水混合，混合质量比1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大孔颗粒活性炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)炭粉破碎：将木炭磨碎后过筛，取小于10微米的炭粉颗粒；(2)胶粘剂制备：将木屑与催化剂和水混合，混合质量比为10:(1～2):(10～30)，密闭条件下150℃加热1～3h；(3)混合：将步骤(1)得到的炭粉颗粒与步骤(2)制备的胶粘剂按照10:(1～3)的质量比混合，在捏合机加热至80～150℃，捏合10～60min，形成塑性物料；(4)成型：将步骤(3)得到的塑性物料放入液压成型机，挤压成柱状颗粒；(5)固化：柱状颗粒在氮气保护下，于200～500℃恒温30～120min进行固化，得到柱状炭化料；(6)回收催化剂：将步骤(5)得到的柱状炭化料经水洗回收催化剂，再漂洗至中性，烘干后即得大孔颗粒活性炭。

【技术特征摘要】
1.一种大孔颗粒活性炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)炭粉破碎：将木炭磨碎后过筛，取小于10微米的炭粉颗粒；(2)胶粘剂制备：将木屑与催化剂和水混合，混合质量比为10:(1～2):(10～30)，密闭条件下150℃加热1～3h；(3)混合：将步骤(1)得到的炭粉颗粒与步骤(2)制备的胶粘剂按照10:(1～3)的质量比混合，在捏合机加热至80～150℃，捏合10～60min，形成塑性物料；(4)成型：将步骤(3)得到的塑性物料放入液压成型机，挤压成柱状颗粒；(5)固化：柱状颗粒在氮气保护下，于200～500℃恒温30～120min进行固化，得到柱状炭化料；(6)回收催化剂：将步骤(5)得到的柱状炭化料经水洗回收催化剂，再漂洗至中性，烘干后即得大孔颗粒活性炭。2.根据权利要求1所述的大孔颗粒活性炭的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：荀波，
申请(专利权)人：南京正森环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32