專利名稱：一種活性炭生產(chǎn)過(guò)程中活化劑的清潔回收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廢棄資源循環(huán)利用，屬于環(huán)境保護(hù)與資源綜合利用領(lǐng)域的固體廢棄物 資源化利用新技術(shù)，尤其適合于廢棄生物質(zhì)生產(chǎn)炭化功能材料過(guò)程中的污染控制和資源回 收。生產(chǎn)的產(chǎn)品可以在污水處理、污染場(chǎng)地修復(fù)等領(lǐng)域應(yīng)用，回收的活化劑是良好的化工產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
隨著公眾環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)化發(fā)展的需求，近年來(lái)價(jià)格低廉、操 作簡(jiǎn)便的活性炭制備方法成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)?；钚蕴渴且环N多孔徑的炭化物，具有良好 的吸附性能。由于活性炭的比表面積大且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在環(huán)境保護(hù)、食品、醫(yī)藥、化工等領(lǐng) 域中的應(yīng)用越來(lái)越廣，需求量日益增加。近年來(lái)，利用生物質(zhì)資源作為制備活性炭的原料已 經(jīng)越來(lái)越受到人們的關(guān)注，我國(guó)生物質(zhì)廢棄物資源豐富，總量為每年30億噸干物質(zhì)左右。 目前，這些生物質(zhì)除了少量的作為燃料使用外，大量的被廢棄或就地焚燒，這些廢棄物生物 質(zhì)的不正當(dāng)處理已經(jīng)造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。在活性炭的生產(chǎn)過(guò)程中，大多數(shù)生產(chǎn)廠家所采用的活化方法主要是物理活化法和 化學(xué)活化法。與物理活化法相比，化學(xué)活化法具有活性炭產(chǎn)率高、所需溫度低、能耗低、對(duì)設(shè) 備要求低等優(yōu)勢(shì)?；瘜W(xué)活化常用的活化試劑有氯化鋅、酸或堿金屬的氫氧化物等，其中氯化 鋅是活化效果最好且最常用的活化劑，在生產(chǎn)高性能活性炭的過(guò)程中經(jīng)常被采用。這種活 化劑的缺點(diǎn)是在活化處理后需要使用大量酸性溶液和水來(lái)清洗活性炭產(chǎn)品，不僅工藝復(fù)雜 還會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染等問(wèn)題。本發(fā)明克服了常規(guī)活性炭生產(chǎn)過(guò)程中的弊端，提供一條清潔環(huán) 保的活性炭生產(chǎn)工藝，主要優(yōu)勢(shì)是對(duì)鋅基活化劑進(jìn)行高效清潔回收。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前活性炭生產(chǎn)過(guò)程中鋅基活化劑難以回收、產(chǎn)品需要后續(xù)酸洗和水 洗、造成大量酸性廢液的弊端，結(jié)合我國(guó)廢棄生物質(zhì)產(chǎn)生量大、隨意堆放、占用土地、環(huán)境危 害突出、再生利用困難的現(xiàn)狀，以廢棄農(nóng)林生物質(zhì)為原材料，制定了以低溫低真空活化、高 溫高真空回收活化劑為核心的清潔生產(chǎn)工藝路線，確立并優(yōu)化了影響品質(zhì)的熱處理溫度管 理制度、活化劑高效回收關(guān)鍵參數(shù)和后處理方式。具體工藝包括(1)預(yù)處理工序?qū)U棄生物質(zhì)在105°C條件下烘干，剪切粉碎至小于1毫米貯存(2)活化工序取一定量粉碎后的廢棄生物質(zhì)原材料，加入到盛有5M氯化鋅的溶 液中，固液比為1 2. 5，充分?jǐn)嚢韬蠓胖?4小時(shí)，轉(zhuǎn)移至干燥箱中在105°C條件下烘干；(3)炭化工序?qū)⒒罨幚砗蟮脑限D(zhuǎn)移至真空炭化爐中，在體系壓力20_50kPa， 溫度400-600°C條件下實(shí)施炭化和后續(xù)活化處理，升溫速率10°C /分鐘，保持時(shí)間30-60分 鐘；(4)活化劑回收工序?qū)⒄婵諣t溫度以10_15°C /分鐘的速率升高至800-1000°C，體系壓力降低至0. Ι-lkPa，保持20-30分鐘，使活性炭中的氯化鋅揮發(fā)為蒸氣逸出，氧化鋅 還原為鋅蒸氣后逸出，此時(shí)金屬鋅和氯化鋅在真空爐與真空泵之間的捕收器中分別沉積；(5)后處理工序生產(chǎn)的活性炭可以直接包裝作為商品出售，也可以粉碎后作為 粉末商品或造粒后作為顆?；钚蕴砍鍪?；捕收器中沉積的金屬鋅和氯化鋅冷卻后分別剝離 回收。下面結(jié)合說(shuō)明書附圖及實(shí)施方案進(jìn)一步闡述本發(fā)明的內(nèi)容。


圖1是活性炭產(chǎn)品的掃描電子顯微鏡照片，A是炭化后未清除活化劑的粗產(chǎn)品，B 是真空清除活化劑后的最終產(chǎn)品。圖2是捕收器中回收的活化劑的照片，A是帶有活化劑的粗產(chǎn)品，B是回收的金屬 鋅，C是回收的氯化鋅。圖3是捕獲器中回收產(chǎn)品的XRD圖譜，表示捕獲器A中主要回收到氯化鋅，捕獲器 B中主要回收到金屬鋅。
具體實(shí)施例方式下面給出的實(shí)施例擬對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不能理解為是對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍 的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容對(duì)本發(fā)明做出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào) 整，仍然屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1 一種活性炭生產(chǎn)過(guò)程中活化劑的清潔回收方法，具體包括下列步驟(1)預(yù)處理工序稱取20克松木鋸末在105°C條件下烘干，冷卻至室溫后剪切粉碎 至小于1毫米備用；(2)活化工序取一定量粉碎后的鋸末，放入盛有50毫升5M氯化鋅溶液的燒杯 中，充分?jǐn)嚢韬蠓胖?4小時(shí)，轉(zhuǎn)移至干燥箱中在105°C條件下烘干；(3)炭化工序?qū)⒔n過(guò)氯化鋅的鋸末放入真空裂解爐中，調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力使其穩(wěn) 定在50kPa后，以10°C /分鐘的升溫速率從室溫升至400°C，停留60分鐘，使木屑碳化為活 性炭，回收鋅前后活性炭的高倍電子顯微鏡照片見圖1 ；(4)活化劑回收工序以15°C /分鐘的升溫速率將真空爐的溫度升至800°C，調(diào)節(jié) 系統(tǒng)壓力為0. lkPa，停留10分鐘，使氯化鋅蒸發(fā)、氧化鋅還原成鋅蒸汽后分別冷凝回收；(5)后處理工序活性炭根據(jù)需要進(jìn)行粉碎或造粒，沉積在捕收器中的金屬鋅與 氯化鋅分別剝離后回收。經(jīng)檢測(cè)，活化劑回收率為99.8%，活性炭中鋅含量低于0.01%，活性炭比表面積 達(dá)1014米7克，孔容0. 47cm3/克，活性炭產(chǎn)率為39%。實(shí)施例2 一種活性炭生產(chǎn)過(guò)程中活化劑的清潔回收方法，具體包括下列步驟(1)預(yù)處理工序稱取1000克松木鋸末在105°C條件下烘干，冷卻至室溫后剪切粉 碎至小于1毫米備用；(2)活化工序取一定量粉碎后的鋸末，放入盛有2500毫升5M氯化鋅溶液的燒杯中，充分?jǐn)嚢韬蠓胖?4小時(shí)，轉(zhuǎn)移至干燥箱中在105°C條件下烘干；(3)炭化工序?qū)⒔n過(guò)氯化鋅的鋸末放入真空裂解爐中，調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力使其在 40kPa穩(wěn)定后，以10°C /分鐘的升溫速率從室溫升至500°C，停留30分鐘，使木屑碳化成活 性炭；(4)活化劑回收工序以15°C /分鐘的升溫速率將真空爐的溫度升至900°C，調(diào)節(jié) 系統(tǒng)壓力為lkPa，停留10分鐘，使氯化鋅蒸發(fā)、氧化鋅還原成鋅蒸氣后分別冷凝回收，回收 到的金屬鋅和氯化鋅見圖2，其X-射線衍射圖譜見圖3，可以看出，捕收器A中收集到的主 要是金屬鋅，捕收器B中收集到的主要是氯化鋅；(5)后處理工序活性炭根據(jù)需要進(jìn)行粉碎或造粒，沉積在捕收器中的金屬鋅與 氯化鋅分別剝離后回收。經(jīng)檢測(cè)，活化劑回收率達(dá)99.5%，活性炭中鋅含量低于0.02%，活性炭比表面積 達(dá)1350米7克，孔容0. 64厘米/克，活性炭產(chǎn)率為42%。實(shí)施例3:一種活性炭生產(chǎn)過(guò)程中活化劑的清潔回收方法，具體包括下列步驟(1)預(yù)處理工序?qū)?000克水稻秸稈在105°C條件下烘干，剪切粉碎至小于1毫米 后備用；(2)活化工序取一定量粉碎后的秸稈，加入到盛有5000毫升5M氯化鋅的溶液 中，充分?jǐn)嚢韬蠓胖?4小時(shí)，轉(zhuǎn)移至干燥箱中在105°C條件下烘干；(3)炭化工序?qū)⒒罨幚砗蟮脑限D(zhuǎn)移至真空炭化爐中，在體系壓力50kPa，溫 度450°C條件下實(shí)施炭化和后續(xù)活化處理，升溫速率10°C /分鐘，保持時(shí)間30分鐘；(4)活化劑回收工序?qū)⒄婵諣t溫度以15°C /分鐘的速率升高至800-1000°C，體 系壓力降低至0. 5kPa，保持20分鐘，使活性炭中的氯化鋅揮發(fā)為蒸氣逸出，氧化鋅還原為 鋅蒸氣后逸出，將金屬鋅和氯化鋅分別沉積回收；(5)后處理工序活性炭根據(jù)需要進(jìn)行粉碎或造粒，沉積在捕收器中的金屬鋅與 氯化鋅分別剝離后回收。本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，發(fā)明內(nèi)容均可實(shí)施，并具有良好的效果。
權(quán)利要求
1.一種活性炭生產(chǎn)過(guò)程中活化劑的清潔回收方法，具體包括下列步驟(1)預(yù)處理工序?qū)U棄生物質(zhì)在105°C條件下烘干，剪切粉碎至小于1毫米貯存?zhèn)溆茫?2)活化工序取一定量粉碎后的廢棄生物質(zhì)原材料，實(shí)施活化處理后烘干；(3)炭化工序?qū)⒒罨幚砗蟮脑限D(zhuǎn)移至真空炭化爐中，在低溫低真空條件下保持 一定時(shí)間實(shí)施炭化處理；(4)活化劑回收工序改變處理?xiàng)l件，在高溫高真空條件下進(jìn)行活化劑回收，使活性炭 中的活化劑揮發(fā)為蒸氣逸出，在捕收器中沉積回收；(5)后處理工序生產(chǎn)的活性炭可以直接包裝作為商品出售，也可以粉碎后作為粉末 商品或造粒后作為顆?；钚蕴砍鍪?；捕收器中沉積的鋅基活化劑剝離后回收。
2.按照權(quán)利1所述的一種活性炭生產(chǎn)過(guò)程中活化劑的清潔回收方法，其特征是，步驟 (2)所述的活化工序替換為取一定量粉碎后的廢棄生物質(zhì)原材料，加入到盛有5M氯化鋅 的溶液中，固液比為1 2. 5，充分?jǐn)嚢韬蠓胖?4小時(shí)，轉(zhuǎn)移至干燥箱中在105°C條件下烘 干；
3.按照權(quán)利1所述的一種活性炭生產(chǎn)過(guò)程中活化劑的清潔回收方法，其特征是，步 驟(3)所述的炭化工序替換為將活化處理后的原料轉(zhuǎn)移至真空炭化爐中，在體系壓力 20-50kPa，溫度400-600°C條件下實(shí)施炭化和后續(xù)活化處理，升溫速率10°C /分鐘，保持時(shí) 間30-60分鐘；
4.按照權(quán)利1所述的一種活性炭生產(chǎn)過(guò)程中活化劑的清潔回收方法，其特征是，步 驟(4)所述的活化劑回收工序替換為將真空爐溫度以10-15°C /分鐘的速率升高至 800-1000°C，體系壓力降低至0. Ι-lkPa，保持20-30分鐘，使活性炭中的氯化鋅揮發(fā)為蒸氣 逸出，氧化鋅還原為鋅蒸氣后逸出，分別在捕收器中沉積回收。
全文摘要
針對(duì)目前商品活性炭生產(chǎn)過(guò)程中鋅基活化劑難以回收、產(chǎn)品需要后續(xù)酸洗和水洗、產(chǎn)生大量酸性廢液的弊端，結(jié)合我國(guó)廢棄生物質(zhì)產(chǎn)生量大、環(huán)境危害突出的現(xiàn)狀，本發(fā)明以廢棄農(nóng)林生物質(zhì)為原材料，制定了以低溫低真空活化、高溫高真空回收活化劑為核心的活性炭清潔生產(chǎn)工藝路線。主要特征是包括預(yù)處理工序、活化工序、炭化工序、活化劑回收工序和后處理工序。生產(chǎn)的活性炭比表面積達(dá)1014-1350米2/克，孔容0.47-0.64cm3/克，活化劑回收率99.5％以上。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中沒有酸性廢液產(chǎn)生，產(chǎn)品可以直接包裝作為商品出售，也可以粉碎后作為粉末商品或造粒后作為顆?；钚蕴砍鍪郏换厥盏匿\基活化劑可以作為化工產(chǎn)品出售。
文檔編號(hào)C01B31/12GK102001655SQ201010575440
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者吳倩芳, 張付申 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心