制备活性炭的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及制备活性炭的方法和系统。活性炭制备系统包括用于碳化作为纤维素酰化物的三乙酸纤维素以产生碳化材料的碳化器。粉碎机将该碳化材料粉碎以获得颗粒。活化装置将该颗粒活化以产生活性炭。该活性炭制备系统包括用于多次供给三乙酸纤维素的给料器。每次在给料器运行后运行加热炉，加热炉用于热分解来自给料器的三乙酸纤维素以通过碳化获得碳化材料。粉碎机将所述碳化材料粉碎为等于或大于２ｍｍ且等于或小于２０ｍｍ的尺寸。加热炉的温度为等于或高于３００℃且等于或低于６００℃。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制备活性炭的方法和系统。更具体地说，本专利技术涉及制备 活性炭的方法和系统，其中纤维素酰化物用作原料，并且可以制备具有高 吸附性的活性炭。
技术介绍
聚合物薄膜具有优异的光透射率和柔性，并能够形成轻薄的薄膜。为 此，该聚合物薄膜广泛用作光学功能薄膜。特别地，纤维素酰化物等形成 的纤维素酰化物薄膜除具有这些性能外还具有韧性和低双折射。该薄膜用作结合在面板即近来市场膨胀的液晶显示器(LCD)中的偏振滤光片的保 护膜。在制备偏振滤光片的偏振滤光片制备工艺中，所提供的薄膜总量的大 约30%被丢弃。与偏振滤光片的市场快速膨胀相一致，丢弃的薄膜或废薄 膜正快速增加。但是，与废纸的再利用系统和废塑料的再循环树脂的形成 系统相比，还没有开发出废薄膜的再利用与再循环系统。废薄膜以附加的 废品处理成本在垃圾填埋场中被焚烧或处理。但是，从近来的环境问题和节约资源的角度来看，废薄膜的再利用是 需要的。作为再利用废薄膜的方法，有从废薄膜中选择性分离为薄膜原料 的纤维素酰化物的方法，废薄膜用作模塑用原料的方法等。但是，在前一种的方法中，由于薄膜生产时加入废薄膜中的一些添加剂极难除去，难以 从废薄膜中仅选择性分离纤维素酰化物。在后一种方法中，废薄膜不能用 作模塑用原料。这是因为纤维素酰化物的玻璃化转变点接近其分解点。纤 维素酰化物特征性地在熔融的同时开始分解。JP-A 11-171524公开了再利用废纸如旧报纸等作为活性炭原料的方法。 但是，在许多情况下，通过废材料碳化生成的碳化材料因上述原因而不具 有高吸附性能。因此，大部分此类碳化材料用作土壤改良剂、燃料等，但5不用作吸附剂。此外，JP-A 7-172808公开了再利用酚醛树脂基废弃物作为活性炭原料 的方法。已知有通过应用热使纤维素酰化物分解的工艺。WO 2008/090938公开了由含有纤维素酰化物作为主要成分的有机材料加工具有高吸附性的活性炭的方法。但是，按照WO 2008/090938的公开内容仅能获得粉末状活t媒。粉末状活 性炭的公知用途是在化学反应前将该粉末状活性炭与化合物如染料或原料一起加 入到液体中，并搅拌作为分散液等的该液体，以便将上述各种化合物脱色并吸附 杂质。使用粉末状活性炭的可优选的系统是间歇系统。但是，有不同于粉末状活 性炭用途的颗粒状活性炭的其它合适用途。例如，通过在纤维素酰化物薄膜的溶 液浇铸过程中蒸发气态溶剂时使用活性炭，在已知的吸附装置中适宜地使用颗粒 状活性炭用于吸附具有蒸汽的溶剂。这是因为粉末状活性炭比颗粒状活性炭更难处理。粉末状活性炭可以 按随机的方式流走或散开，例如，放置在吸附装置中期间、在用于吸附期 间、在用蒸汽解吸附期间等。颗粒直径越小，每单位体积的表面积就越大。 因粉末形式，在吸附装置中的室中含有活性炭的状态是紧密的。不可能为 待吸附气态物质例如在溶液浇铸系统中的气态溶剂保留通道空间。与用粘 合剂粘结而由粉末状活性炭制得的颗粒相比，在具有小直径的颗粒的使用 方面出现了几个问题。 一个问题在于活性炭与待吸附材料的接触面积不足。 此外，很可能发生待吸附材料通过的阻力出现不需要的增大。以颗粒形式粘结粉末状活性炭的粘合剂的例子包括PVA、玉米淀粉、 石油沥青等。但是，使用PVA或玉米淀粉生成的颗粒状活性炭具有低耐溶 剂性和低耐热性，并且在溶液浇铸系统中的吸附装置中是不适宜的。这是 因为与待吸附的溶剂或用于解吸附的蒸汽接触导致颗粒状活性炭被侵蚀或 被破坏。相反，使用石油沥青生成的颗粒状活性炭具有高耐溶剂性和高耐 热性。但是，与使用PVA或玉米淀粉相比，使用石油沥青存在对环境有害 的问题。
技术实现思路
考虑到前述问题，本专利技术的目的在于提供制备活性炭的方法和系统，其中纤维素酰化物可以用作原料，并且能制备具有高吸附性的活性炭。为了实现本专利技术的上述及其它目的和优点，提供一种活性炭的制备方 法，包括具有供给期和分解期的碳化步骤，其中在多个供给期内，将纤维 素酰化物供给到加热炉，并在供给期后分别设置分解期，用于在加热炉中 熔融并热分解该纤维素酰化物以获得碳化材料。在冷却步骤中，将碳化材 料冷却。在粉碎步骤中，将碳化材料粉碎以获得颗粒。在活化步骤中，在 用于氧化该碳化材料的气态氧化剂的存在下，通过利用施加到该颗粒上的 热在该颗粒内形成细孔来将该颗粒活化以产生活性炭。在第二工序或更晚的分解期中，用纤维素酰化物的熔体渗透较早制备 的碳化材料。当第(N-l)次分解期中生成羧酸气体时，开始第N次供给期，其中N 是2或更大的整数。存在于加热炉中的羧酸的羧酸密度在碳化期间变得更高。此外，在多 个分解期后，检测加热炉中的羧酸密度。当羧酸密度变得比峰值更高时， 终止碳化步骤以开始冷却步骤。当在第(N-l)次分解期中羧酸密度等于或小于其峰值的D。/。时，开始 第N次供给期，D等于或小于60。多个为至少三个。在粉碎步骤中，将碳化材料粉碎为等于或大于2mm且等于或小于 20mm的尺寸。此外，有将纤维素酰化物薄膜切割成用于供给到加热炉中的碎片的切 割步骤。加热炉的温度等于或高于300。C，且等于或低于600'C。在分解期，在等于或大于15分钟且等于或小于60分钟的持续时间内 加热纤维素酰化物。此外，在活化步骤前有使该颗粒分级的分级步骤。在一个优选的实施方案中，提供一种活性炭的制备系统，包括用于碳 化纤维素酰化物以产生碳化材料的碳化器、粉碎该碳化材料以获得颗粒的 粉碎机和用于活化该颗粒以产生活性炭的活化装置。该碳化器包括多次供 给纤维素酰化物的给料器。每次在给料器运行后运行加热炉，用于熔融并热分解来自给料器的纤维素酰化物以获得碳化材料。此外，冷却器冷却来自碳化器的碳化材料。活化装置使用气态氧化剂 和热产生活性炭。在第二分解期或更晚的分解期中，用纤维素酰化物的熔体渗透较早制 备的碳化材料。当在加热炉的第(N-l)次分解期中生成羧酸气体时，开始给料器的第 N次供给期，其中N是2或更大的整数。存在于加热炉中的羧酸的羧酸密度在碳化期间变得更高。此外，在加 热炉中的多个分解期后，密度传感器检测加热炉中的羧酸密度。当羧酸密 度变得比峰值更高时，停止加热炉，然后将碳化材料转移到冷却器。当在第(N-l)次分解期中羧酸密度等于或小于其峰值的Dy。时，开始 第N次供给期，D等于或小于60。因此，由于碳化步骤中供给期与分解期的重复顺序，可以使用纤维素 酰化物作为原料制备具有高吸附性的活性炭。附图说明当结合附图阅读时，从下列详细描述，本专利技术的上述目的和优点变得更为明显，其中图1A是图解作为含碳原料的多层废薄膜的截面图； 图1B是图解另一多层废薄膜的截面图； 图2是图解活性炭制备方法的流程图； 图3是图解活性炭制备系统的结构图4A是图解在第一工序的碳化中加热炉的状态的示意图4B是图解在第二工序的碳化的供给期中加热炉的状态的示意图4C是图解在第三工序的碳化的供给期中加热炉的状态的示意图5是图解活化装置的示意图。具体实施例方式本专利技术中活性炭的含碳原料是纤维素酰化物，并可以是作为工业废弃 物的薄膜形式。薄膜形式的材料可以是单层废薄膜和多层废薄膜，形成的单层废薄膜包括一层纤维素酰化物，形成的多层废薄膜包括具有至少一层 纤维素酰化物的多个层。作为该薄膜主要成分的纤维素酰化物是三乙酸纤维素(TAC)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活性炭的制备方法，其包括：　具有供给期和分解期的碳化步骤，其中在多个所述供给期内，将纤维素酰化物供给到加热炉，并在所述供给期后分别设置所述分解期，用于在所述加热炉中熔融并热分解所述纤维素酰化物以获得碳化材料；　冷却所述碳化材 料的冷却步骤；　粉碎所述碳化材料以获得颗粒的粉碎步骤；以及　在用于氧化所述碳化材料的气态氧化剂的存在下，通过用施加到所述颗粒上的热在所述颗粒内形成细孔来活化所述颗粒以生成活性炭的活化步骤。

【技术特征摘要】
JP 2007-11-30 309670/20071.一种活性炭的制备方法，其包括具有供给期和分解期的碳化步骤，其中在多个所述供给期内，将纤维素酰化物供给到加热炉，并在所述供给期后分别设置所述分解期，用于在所述加热炉中熔融并热分解所述纤维素酰化物以获得碳化材料；冷却所述碳化材料的冷却步骤；粉碎所述碳化材料以获得颗粒的粉碎步骤；以及在用于氧化所述碳化材料的气态氧化剂的存在下，通过用施加到所述颗粒上的热在所述颗粒内形成细孔来活化所述颗粒以生成活性炭的活化步骤。2. 如权利要求1所述的活性炭的制备方法，其中在第二工序或更晚的 工序的所述分解期中，用所述纤维素酰化物的熔体渗透较早制备的所述碳 化材料。3. 如权利要求2所述的活性炭的制备方法，其中当第(N-l)次所述 分解期中产生所述羧酸气体时，开始第N次所述供给期，其中N是2或更 大的整数。4. 如权利要求3所述的活性炭的制备方法，其中存在于所述加热炉中 的羧酸的羧酸密度在碳化期间变得更高；进一步包括在多个所述分解期后检测所述加热炉中的所述羧酸密度的步骤； 当所述羧酸密度变得比峰值更高时，终lh0f述碳化步骤以开始所述冷却步骤。5. 如权利要求3所述的活性炭的制备方法，其中当在所述第(N-l) 次分解期中所述羧酸密度等于或小于其峰值的D%，并且D等于或小于60 时，开始所述第N次供给期。6. 如权利要求5所述的活性炭的制备方法，其中所述多个为至少三个。7. 如权利要求1所述的活性炭的制备方法，其中在所述粉碎步骤中， 将所述碳化材料粉碎为等于或大于2mm且等于或小于20mm的尺寸。8. 如权利要求1所述的活性炭的制备方法，进一步包括将所述纤维素 酰化物薄膜切割成用于供给到所述加热炉中的碎片的切割步骤。9. 如权禾腰求1所述的活性炭的制备方法，其中所述加热炉的纟鹏等于或高于30(TC且等于或低于600°C 。10. 如权利要求1所述的活性炭的制备方法，其中在所述分解期中， 在等于或大于15分钟...

【专利技术属性】
技术研发人员：永田昌孝，武田亮，石桥升，山本和宜，原芳夫，
申请(专利权)人：富士胶片株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]