一种蜂窝状活性炭的制备方法技术

本发明专利技术涉及成型活性炭技术领域，具体而言，涉及一种蜂窝状活性炭的制备方法。该方法包括将水、磷酸和破碎后的生物质材料按比例混合，水解后制成薄膜，将薄膜破碎制备瘠性料；将水、磷酸和破碎后的生物质材料按比例混合，水解后制成塑性料，将瘠性料和塑性料捏合制成坯体，坯体干燥、碳化后，对产品进行水洗、干燥，即可制得蜂窝状活性炭。该方法既能够改善目前蜂窝状活性炭的无效组分占比过高的问题，又可以提高最终产品的比表面积，提升吸附性能，而且该方法所用原料廉价易得，制备工艺条件简单，坯体成型难度低，成品率高，适于大规模工业化应用。应用。

【技术实现步骤摘要】
一种蜂窝状活性炭的制备方法


[0001]本专利技术涉及成型活性炭
，具体地说，涉及一种蜂窝状活性炭的制备方法。

技术介绍

[0002]成型活性炭不同于无定型活性炭或粉状、颗粒状活性炭，是一种具有特定尺寸和形状的活性炭，在制备成型活性炭时，不仅要考虑最终产品的性能，还需考虑其成型过程中的尺寸、裂纹、加工难易度、环保等因素。成型活性炭主要形式包括蜂窝状活性炭、柱状活性炭和球形活性炭等，其中蜂窝状活性炭是一种在废气处理中应用最广的吸附材料。
[0003]目前蜂窝状活性炭的制备过程一般为挤出成型、干燥、碳化，将无机粘合剂(如高岭土或黏土)与粉状活性炭混合后通过模具挤压成型，在成型过程中，为保证坯体具有足够的强度，无机粘合剂与粉状活性炭的添加量接近，从而造成最终的蜂窝状活性炭产品中无效组分占比极高；并且无机粘合剂还会堵塞在活性炭内部的蜂窝状孔道中，发生堵孔问题，造成蜂窝状活性炭的比表面积降低，吸附性能变差。
[0004]为了解决现有蜂窝状活性炭有效组分低，中国专利CN1597094A使用酚醛树脂或呋喃树脂等有机粘合剂，有机粘合剂在碳化过程中转变为炭结构，引入的无效组分降低，但是在有机粘合剂和粉状活性炭的混合过程中，部分粉状活性炭的孔道会被有机粘合剂堵塞，并在后续碳化过程中被积碳填充，因此需要进行二次活化来改善，而二次活化需要的温度高，且会导致部分碳材料烧蚀，大大提高了生产成本，降低了成品率。为了解决现有蜂窝状活性炭比表面积低，中国专利CN107235489A使用煤焦油代替无机粘合剂，与粉状活性炭混合炼制塑化物料，但是该方法中泥料坯体均为塑性材料，在升温干燥过程中，大尺寸坯体会因自重导致尺寸变形；在碳化过程中也会发生裂纹扩展，导致成品率低；并且煤焦油中的轻组分在升温过程中会大量溢出，仅有少部分裂解形成炭结构，极大增加环保负担和生产成本。
[0005]鉴于此，本专利技术提出一种蜂窝状活性炭的制备方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种蜂窝状活性炭的制备方法，既能够降低蜂窝状活性炭的无效组分占比，又可以提高最终产品的比表面积，所用原料廉价易得，制备工艺条件简单，坯体成型难度低，成品率高，适于大规模工业化应用。
[0007]为实现以上目的，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种蜂窝状活性炭的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)制备瘠性料：依次将水、磷酸和破碎后的生物质材料按0.1
‑
0.3：0.5
‑
0.9：1的质量比添加到捏合机中混合，在30
‑
100℃下水解8
‑
14h；
[0010]水解完成后利用螺杆挤出机或液压挤出机将物料通过狭缝状模具挤出成厚度 2
‑
30mm的薄膜，优选的，薄膜厚度为2
‑
5mm；
[0011]对薄膜进行热风干燥直至薄膜内外硬化，然后将干燥后的薄膜进行破碎得到瘠性
料，瘠性料粒径不大于100目；
[0012](2)制备塑性料：依次将水、磷酸和破碎后的生物质材料按0.2
‑
0.5：1.3
‑
2.5：1的质量比添加到捏合机中混合，在30
‑
100℃下水解3
‑
14h，水解过程中保持捏合机密闭，防止水分过度挥发，得到粘稠膏状物料即为塑性料；
[0013](3)制备坯体：捏合机停止加热，将塑性料和瘠性料按质量比为1：0.3
‑
0.7添加到捏合机中，此步骤中，如果瘠性料添加比例过低，会导致坯体硬度较小，干燥过程中易出现尺寸变形和开裂，导致成品率降低；而瘠性料添加比例过高，坯体在挤出成型时需要的压力增大，增加了制造难度。
[0014]优选的，塑性料和瘠性料按质量比为1:0.5。
[0015]捏合3
‑
7h后转移至真空炼泥机中炼泥，炼泥可以使混合的瘠性料和塑性料进一步均质化，并去除物料内的气体，真空炼泥机进行夹套控温，保持温度在23
‑
30℃，优选的，真空炼泥机的真空度不低于
‑
0.07MPa；
[0016]炼泥结束后通过带真空排气功能的液压挤出机或螺杆挤出机将泥料挤出成型得到坯体；
[0017](4)干燥：将步骤(3)的坯体放入60℃的鼓风烘箱内，按每10
‑
24h升温5
‑
10℃的速率升温至150℃，并继续干燥24h；
[0018](5)碳化：将步骤(4)干燥后的坯体在密闭环境中加热碳化，碳化温度不高于550℃，优选的，碳化温度为350
‑
450℃，得到蜂窝状块体；
[0019]密闭环境可以保证高温时产生的磷酸烟气不外漏。
[0020](6)将步骤(5)的蜂窝状块体冷却、水洗、在干燥箱中干燥，干燥温度为40
‑
70℃，干燥时间为8
‑
22h，干燥箱真空度为
‑
0.03至
‑
0.07MPa，得到所述蜂窝状活性炭，水洗可以除去多余的磷酸。
[0021]其中，步骤(1)和步骤(2)中所述生物质材料为秸秆类(玉米芯、棉花秸秆、稻壳等)、木材类(杨木、杉木、松木、榉木等)、纸张和糠醛废渣中的一种；
[0022]瘠性料是蜂窝状活性炭中重要的活性组分，提供蜂窝状孔道结构，与坯体的成型特性关联程度较小，优选的，步骤(1)中所用生物质材料为玉米芯、棉花秸秆或糠醛废渣，更优选为糠醛废渣；
[0023]塑性料在蜂窝状活性炭中除了提供必要的吸附性能，还要保证较好的粘结强度，优选的，步骤(2)中所用生物质材料为玉米芯、糠醛废渣或木材类，更优选为糠醛废渣。
[0024]进一步的，步骤(1)和步骤(2)中所述破碎后的生物质材料粒径不大于50目，优选为100
‑
200目。
[0025]进一步的，步骤(1)中薄膜干燥温度不高于230℃，优选为不高于150℃，较低的干燥温度可以避免磷酸烟气的产生。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
[0027]1、瘠性料具有良好的孔道结构，塑性料具有良好的成型粘结特性，二者混合制成的坯体具有较好的刚性，能够避免坯体在升温过程中发生尺寸变形，而且瘠性料可以极大改善制备过程中的裂纹扩张问题，提高成品率，最终制备的蜂窝状活性炭具有较高的比表面积；
[0028]2、瘠性料和塑性料中大量的生物质材料在碳化过程中全部转化为炭结构，可以极
大降低蜂窝状活性炭的无效组分占比。
[0029]3、所用磷酸在坯体碳化过程中的催化作用，可以有效抑制生物质材料碳化过程中焦油废气的产生，有益于环保。
具体实施方式
[0030]如本文所用之术语：
[0031]“由
……
制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蜂窝状活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备瘠性料：依次将水、磷酸和破碎后的生物质材料按比例添加到捏合机中混合，在一定温度下水解一定时间，然后挤出成薄膜，薄膜干燥后进行破碎得到瘠性料；(2)制备塑性料：依次将水、磷酸和破碎后的生物质材料按比例添加到捏合机中混合，在一定温度下水解一定时间，得到粘稠膏状物料即为塑性料；(3)制备坯体：将瘠性料和塑性料按比例加入捏合机中，捏合一定时间后转移至真空炼泥机中炼泥，然后挤出成型制得坯体；(4)干燥：将步骤(3)的坯体在鼓风烘箱内升温干燥一段时间；(5)碳化：将步骤(4)干燥后的坯体加热碳化，得到蜂窝状块体；(6)将步骤(5)的蜂窝状块体冷却、水洗、干燥，得到所述蜂窝状活性炭。2.根据权利要求1所述的蜂窝状活性炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中所述生物质材料为秸秆类、木材类、纸张和糠醛废渣中的一种。3.根据权利要求1所述的蜂窝状活性炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中所述破碎后的生物质材料粒径不大于50目。4.根据权利要求1所述的蜂窝状活性炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中添加水、磷酸和生物质材料的质量比为0.1
‑
0.3：0.5
‑
0.9：1，水解温度为30
‑
100℃，水解时间为8
‑
14h。5.根据权利要求1所述的蜂窝状活性炭的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述薄膜厚度2

【专利技术属性】
技术研发人员：陈保磊，迟淑丽，万月亮，赵永谦，陈阳，纪麟肯，
申请(专利权)人：青岛华世洁环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：