一种新型炭材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种新型炭材料及其制备方法和应用，包括如下重量份的原料：再生活性炭材料40

【技术实现步骤摘要】
一种新型炭材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及吸附材料
，具体涉及一种利用废弃活性炭再生制备的新型炭材料及其制备方法和在水处理领域的应用。

技术介绍

[0002]水环境污染是一个日益引起关注的问题，现在随着社会和科学技术的发展，污水中含有多种污染，污水处理的难度也在增加。生物活性炭(BAC)技术是从1972年最先起源的，主要是利用活性炭的缝隙结构、比表面吸入有机污染物，能够高效率对污水进行处理，用最短的时间达到预期的效果。生物活性炭技术的水处理能力以及处理的效果，和单独采用的生物法以及活性炭法相比，均有明显的提高，因此这项技术目前在污水再利用、工业废水处理、污染水源等领域中已经得到了应用。
[0003]活性炭吸附污染物的效果受活性炭比表面积的影响，活性炭的比表面积越大,可吸附并容纳污染物的面积就越大,吸附效果越好,对污染物的去除效果就越好。但是除了大的比表面积这一特性外,活性炭的孔洞的差异性和表面的特性也是影响其吸附效果的重要因素。
[0004]化工行业经吸附或脱色后的废弃活性炭材料仍具有一定的吸附活性，但由于存在粒度和强度不达标问题，因此其后续再利用一直存在一定的限制。废弃活性炭粒度细，反应活性好，若直接配到烧结料中进行焚烧，会有二次环境污染风险。因此对废弃活性炭进行再生处理后，如何恢复废弃活性炭的孔隙结构和活性位点，为废弃活性炭的再生应用提供了新的研发思路和研发方向，实现废弃活性炭的资源化利用。
[0005]专利CN105170090B公开了一种制备剩余活性污泥基活性炭水处理剂的方法，通过如下步骤完成材料的制备：(1)将剩余活性污泥基活性炭、无机聚合氯化铝、石灰、明矾按照一定比例混合均匀；(2)在硅胶溶液中加入水配成硅溶胶粘结剂，然后加入到步骤(1)中的样品中，充分混合后放置于60
‑
100℃的干燥箱中进行空气预氧化，降温的样品在氮气气氛下升温至300
‑
500℃，恒温焙烧1
‑
3小时，降温后即可得到活性炭水处理剂。该专利技术步骤简单但原材料种类较多，最终制得的材料强度较低，在应用过程中对水质会有一定的影响。
[0006]专利CN105170088B公开了一种制备含油污泥基活性炭水处理剂的方法，通过如下步骤完成材料的制备：(1)将含油污泥基活性炭、无机聚合氯化铝、石灰、明矾按照一定比例混合均匀；(2)在硅胶溶液中加入水配成硅溶胶粘结剂，然后加入到步骤(1)中的样品中，充分混合后放置于60
‑
100℃的干燥箱中进行空气预氧化，降温的样品在氮气气氛下升温至300
‑
500℃，恒温焙烧1
‑
3小时，降温后即可得到所述水处理剂。该专利技术步骤简单但由于含油污泥成分复杂，存在较多的油质，炭化温度500℃时较多物质未达到热解温度，这部分未分解的物质在应用过程中对水质会有一定的影响。

技术实现思路

[0007]为了解决上述
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供一种新型炭材料，其实现了对
废弃活性炭的再生资源化利用，由废弃活性炭和高效外加剂协同复配，并采用炭化热解工艺制备得到，能够有效提高废弃活性炭的比表面积，丰富其孔隙结构，增强其耐压强度。此外，本专利技术还提供一种上述新型炭材料的制备方法和其应用于水处理领域中对水中多种污染物进行吸附脱除。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]本专利技术的第一方面，提供一种新型炭材料，包括如下重量份的原料：
[0010]再生活性炭材料40
‑
80份、外加剂14
‑
70份；
[0011]其中，所述外加剂为焦油、粘土、沥青、水玻璃、硅溶胶、腐殖酸钠、CMC、聚乙二醇、聚乙烯醇、酚醛树脂、尿素、聚合磷酸钠、纳基膨润土中的一种或多种；
[0012]各原料混合后，在惰性气体环境下进行炭化处理，炭化温度为200
‑
800℃，处理时间为1
‑
2h，惰性气体流量为6
‑
15L/min。
[0013]惰性气体氛围为氮气、氩气、氦气中的一种或多种；优选为氮气。
[0014]具体地，所述再生活性炭材料为由废弃活性炭经脱硫和/或脱硝处理后，再经高温蒸汽再生而成。
[0015]具体地，所述高温蒸汽再生温度为400
‑
700℃，再生时间为1
‑
4h，水炭比为0.5
‑
2。
[0016]在实际应用时，首先采用常规的脱硫、脱硝工艺对废弃活性炭进行处理，以将废弃活性炭内部吸附的污染物解吸附出来；再经高温蒸汽再生处理将废弃活性炭内吸附的挥发性物质和残留在活性炭孔隙中的游离碳进行脱附或炭化，使之恢复原有的活性，再采用水蒸气将残留在废弃活性炭内微孔隙中的游离碳变为气体去除，能够在一定程度上恢复废弃活性炭的孔隙结构和活性位点。
[0017]经过试验验证，高温蒸汽再生过程虽然对材料的孔隙结构和活性位点具有一定的恢复能力，但是，该新型炭材料的孔隙结果主要取决于后续的炭化处理过程，而且经过试验验证，随着炭化温度提升，碳材料热解组分增加，外加剂热解更为完全，最终生成的新型炭材料的孔隙更多，孔隙更复杂(既有微孔孔隙也有介孔孔隙)，有效吸附孔隙变多，其吸附效果更佳，因此，优选地，炭化处理过程中，炭化温度为400
‑
800℃。
[0018]具体地，所述新型炭材料的碘吸附值为400
‑
1000mg/g、亚甲基蓝吸附值为120
‑
170mg/g、强度为85
‑
97％。
[0019]本申请中将废弃活性炭和高效外加剂协同复配，并采用炭化热解工艺制得新型炭材料，实现了对废弃活性炭的再生资源化利用，而且该新型炭材料内部孔隙丰富吸附能力强，具有优异的碘值和亚甲基蓝吸附值，对废水中多种重金属有较强的吸附钝化作用，而且形成的碳质结构更为稳固，强度高，在用于水处理时不会发生掉粉现象，不会出现二次污染现象。
[0020]本专利技术的第二方面，提供一种上述新型炭材料的制备方法，包括如下步骤：
[0021]S1、将废弃活性炭经脱硫和/或脱硝处理后，再经高温蒸汽再生、粉碎过筛得到粉状再生活性炭材料；
[0022]S2、将步骤S1中制得的再生活性炭材料与外加剂按配方比例混合均匀得到干混物；
[0023]S3、再将步骤S2中制得的干混合物加水混合均匀，得到湿混合物；
[0024]S4、将步骤S3中制得的湿混合物造粒，并将其置于惰性气体环境下进行炭化处理，
即得新型炭材料。
[0025]具体地，所述步骤S3中，水的加入量为湿混合物总量的10
‑
30wt％。
[0026]具体地，所述步骤S4中，湿混合物造粒后得到的混合颗粒的直径为8
‑
10mm，长度为4
‑
20mm，以保证后续能进行充分的炭化热解。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型炭材料，其特征在于，包括如下重量份的原料：再生活性炭材料40
‑
80份、外加剂14
‑
70份；其中，所述外加剂为焦油、粘土、沥青、水玻璃、硅溶胶、腐殖酸钠、CMC、聚乙二醇、聚乙烯醇、酚醛树脂、尿素、聚合磷酸钠、纳基膨润土中的一种或多种；各原料混合后，在惰性气体环境下进行炭化处理，炭化温度为200
‑
800℃，处理时间为1
‑
2h，惰性气体流量为6
‑
15L/min。2.根据权利要求1所述的新型炭材料，其特征在于，所述再生活性炭材料为由废弃活性炭经脱硫和/或脱硝处理后，再经高温蒸汽再生而成。3.根据权利要求2所述的新型炭材料，其特征在于，所述高温蒸汽再生温度为400
‑
700℃，再生时间为1
‑
4h，水炭比为0.5
‑
2。4.根据权利要求1所述的新型炭材料，其特征在于，炭化处理过程中，炭化温度为400
‑
800℃。5.根据权利要求1所述的新型炭材料，其特征在于，所述新型炭材料的碘吸附值为400
‑
1000mg/g、亚甲基蓝吸附值为120

【专利技术属性】
技术研发人员：童裳慧，
申请(专利权)人：城康材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：