一種活性炭、制備方法及成型模具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種活性炭，該活性炭為柱狀體，具有貫穿柱狀體的通孔；直徑是3-5mm，長度為3-7mm，通孔孔徑為0.5-1.5mm，柱狀空心活性炭在用作催化劑載體時的吸附能力強，提高了催化劑的使用效率，氣體轉(zhuǎn)化率得到大幅提高，達98.8%；成型模具能夠增加活性炭吸附面積且能夠降低生產(chǎn)成本且保證空心活性炭的表面不易被刮花；若干進料孔為空心活性炭成型提供足夠的物料；因活性炭與管道內(nèi)壁摩擦磨損而損壞時，只需更換筒狀構(gòu)件，而不需要更換整個成型模具，如此可以節(jié)省生產(chǎn)成本；可以保證成型的空心活性炭的內(nèi)外表面被刮花。
【專利說明】一種活性炭、制備方法及成型模具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種活性炭，具體的說，涉及一種空心活性炭、制備方法及成型模具， 屬于活性炭【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 人們知道，現(xiàn)有的活性炭材料有大量的孔隙，高的比表面積，在其表面還有多種活 性官能團，具有很好的催化活性，不僅如此，化學穩(wěn)定性也很好，機械強度也很高，可以反復 使用，這些優(yōu)異的特性使得現(xiàn)有活性炭材料成為一種備受世人關(guān)注的優(yōu)質(zhì)吸附劑。活性炭 就在食品、醫(yī)藥上脫色、防毒和除味等方面很早就獲得了應用，并且隨著時間的推移，他們 作為優(yōu)質(zhì)的吸附劑和催化劑載體越來越廣泛的應用于工業(yè)、國防、醫(yī)藥衛(wèi)生、化工、環(huán)保等 工業(yè)【技術(shù)領(lǐng)域】。但是，隨著工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)有活性炭材料的性能越來越不適應環(huán) 保、醫(yī)藥、電容器等重要領(lǐng)域的實際要求，因此急需提高他們的性能，例如增加比表面積、提 高吸附速度與效率。能夠滿足許多行業(yè)，例如超級電容器、制藥、催化劑載體等對這類材料 的基本要求，所以，這種中孔型活性炭（大于2nm，小于50nm的微孔）在涉及吸附技術(shù)的領(lǐng) 域里具有非常廣闊的前景。
[0003] 在實現(xiàn)發(fā)明過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下問題：現(xiàn)有中孔活性炭 材料在應用于催化劑載體方面中，還存在很多不足，吸附容量、吸附速度、與原料氣接觸面 積方面尚不理想。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對以上不足，提供一種活性炭，克服了傳統(tǒng)活性炭 吸附效果差的缺陷，本發(fā)明空心活性炭在用作催化劑載體時的吸附能力增強，提高了催化 劑的使用效率，轉(zhuǎn)化率得到大幅提高，達98. 8%。
[0005] 本發(fā)明的第二個目的是提供所述活性炭的制備方法。
[0006] 本發(fā)明的第二個目的是提供生產(chǎn)所述活性炭的成型模具。
[0007] 為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：該活性炭為柱狀體，該活性炭具 有貫穿柱狀體的通孔；該活性炭的直徑是3-5_，長度為3-7_，通孔孔徑為0. 5-1. 5_。
[0008] 可以使被催化氣體在與催化劑接觸后能迅速催化反應并迅速通過，加速了催化反 應進行，最有利于被載化合物(氯化汞）的吸附。
[0009] 進一步地，該活性炭的BET比表面積是1085-1310m2/g，比孔容0. 4-0. 8cm3/g，中孔 孔容(λ 5-0. 61cm3/g。
[0010] 進一步地，該活性炭的平均孔徑為25. 7-31. 5nm，強度大于95%，堆積重400-480g/ L〇 toon] 該項指標表征了該種活性炭的吸附能力，上述指標有利于使活性炭在用作催化劑 載體時的吸附能力增強，在此指標時活性炭的吸附能力非常利于被載化合物(氯化汞）的吸 附。
[0012] 基于以上活性炭，本發(fā)明提供一種活性炭的制備方法，該制備方法提供： 原料選擇步驟，原料煤選用太西無煙煤，將無煙煤過200目篩制成煤粉； 壓制成型步驟，將煤粉與煤焦油、水進行混捏，其重量配比為煤粉：焦油：水=70% :20% : 10%，混捏時間在15-20分鐘，混捏后的煤粉進入液壓機中壓制成柱狀空心活性炭條，壓制 過程中壓力控制在15-20Mpa。
[0013] 對柱狀空心活性炭起到了定型作用，由此步驟制得的活性炭使被催化氣體在與催 化劑接觸后能迅速催化反應并迅速通過，加速了催化反應進行，試驗標明該種煤質(zhì)制作附 載用活性炭比普通煤制作附載用活性炭效果更好； 炭化步驟： 柱狀空心活性炭條先進行晾曬，然后進入炭化爐進行炭化，炭化爐溫度控制在爐頭 500-600°C，爐尾350-400°C，炭化時間15-20分鐘，得炭化料。在此指標下進行活化前的預 處理，是后續(xù)活化過程成功的保證。
[0014] 進一步地，該制備方法還包括活化步驟： 炭化料經(jīng)10-30目的震動篩篩選后送入活化爐，活化爐溫度控制在880°C -985°C，蒸汽 壓力(λ 3-0. 4MPa，爐壓保持在10-100Pa，蒸汽溫度120-140°C，活化25-30分鐘后出料。
[0015] 進一步地，活化爐溫度950°C，蒸汽壓力為0· 35MPa，爐壓保持在90Pa，蒸汽溫度 130°C，活化時間25分鐘。在最優(yōu)的工藝條件下得到的活性炭，各項指標為最優(yōu)化值。
[0016] 基于以上活性炭，一種用于生產(chǎn)活性炭的成型模具，其特征在于，所述成型模具提 供： 第一構(gòu)件，第一構(gòu)件上設(shè)有若干個出料通道；出料通道內(nèi)設(shè)有可以取出更換的筒狀構(gòu) 件，筒狀構(gòu)件具有截面為圓形的成型腔； 第二構(gòu)件，與第一構(gòu)件可拆卸連接，第二構(gòu)件上具有可與出料通道配合的進料模組； 所述進料模組包括至少一個中心柱及若干個貫穿第二構(gòu)件的進料孔； 所述若干個進料孔的圓心位于同一個圓周上，中心柱設(shè)置在若干個進料孔的中間； 進料孔向中心柱傾斜設(shè)置，斜坡度為15°?20° ; 中心柱的底部具有倒角。
[0017] 因活性炭與管道內(nèi)壁摩擦磨損而損壞時，只需更換筒狀構(gòu)件，而不需要更換整個 成型模具，如此可以節(jié)省生產(chǎn)成本。中心柱決定了空心活性炭的內(nèi)部中心尺寸，若干進料孔 為空心活性炭成型提供足夠的物料。中心柱底部的倒角可以減少中心柱的底端對空心活性 炭影響，活性炭原料在外界壓力的作用下可順利的進入進料孔并匯集到第一通道內(nèi)，可以 保證成型的空心活性炭的內(nèi)外表面被刮花。
[0018] 進一步地，所述出料通道包括自上而下依次設(shè)置的第一通道、第二通道、第三通道 及第四通道； 第一通道為倒圓臺狀，第二通道為圓柱狀，第三通道為圓柱狀，第四通道為圓臺狀； 第一通道的傾斜度為60°?65°，第四通道的傾斜度為30°?40° ; 所述第二通道的內(nèi)徑與第一通道底面的半徑相等； 第三通道的內(nèi)徑小于第二通道的內(nèi)徑。
[0019] 由于第四通道存在可以保證成型的空心活性炭的內(nèi)外表面被刮花。
[0020] 進一步地，所述第二構(gòu)件的下表面和第一構(gòu)件的上表面具有對應的凹凸槽波紋。 使得第一構(gòu)件和第二構(gòu)件切合緊密，同時能夠防止兩構(gòu)件相對移動。
[0021] 進一步地，所述筒狀構(gòu)件的外徑與第二通道的內(nèi)徑相對應，筒狀構(gòu)件的上口具有 斜面，斜坡度與第一通道的斜坡度對應，筒狀構(gòu)件的長度與第二通道的長度相對應； 所述筒狀構(gòu)件的外徑大于第三通道的直徑。
[0022] 斜坡度對應可以保證空心活性炭成型的連續(xù)性，防止其外表面刮花，長度和內(nèi)徑 相對應可以保證筒狀構(gòu)件固定更嚴密。保證筒狀構(gòu)件能夠固定在第二通道內(nèi)。
[0023] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案后，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：試驗證明，柱狀空 心活性炭在用作催化劑載體時的吸附能力強，提高了催化劑的使用效率，氣體轉(zhuǎn)化率得到 大幅提商，達98. 8%。
[0024] 成型模具能夠增加活性炭吸附面積且能夠降低生產(chǎn)成本且保證空心活性炭的表 面不易被刮花；若干進料孔為空心活性炭成型提供足夠的物料；因活性炭與管道內(nèi)壁摩擦 磨損而損壞時，只需更換筒狀構(gòu)件，而不需要更換整個成型模具，如此可以節(jié)省生產(chǎn)成本； 可以保證成型的空心活性炭的內(nèi)外表面被刮花。
[0025] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 附圖1是本發(fā)明實施例中活性炭的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖2是本發(fā)明實施例中成型模具的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖3是本發(fā)明實施例中第二構(gòu)件的俯視圖； 附圖4是本發(fā)明實施例中第一構(gòu)件的俯視圖； 附圖5是本發(fā)明實施例中成型模具的部件分解圖； 附圖6是本發(fā)明實施例中筒狀構(gòu)件的剖面圖； 圖中， 1-柱狀體，2-通孔，10-成型模具，20-第一構(gòu)件，21-出料通道，210-第一通道，211-第 二通道，212-第三通道，213-第四通道，22-緊固孔，30-筒狀構(gòu)件，31-圓臺狀集料管道， 32-成型腔，40-第二構(gòu)件，41-緊固孔，42-進料模組，421-中心柱，422-進料孔。

【具體實施方式】
[0027] 本實施例是為了便于理解本發(fā)明，而不以任何方式限制本發(fā)明的權(quán)利要求和核心 內(nèi)容。
[0028] 實施例1，如圖1所示，一種活性炭，活性炭是截面為圓形的柱狀體1，長度為 3-7mm，中央位置具有貫穿柱狀體1的通孔2,通孔孔徑為0· 5-1. 5mm，活性炭的直徑為 3-5mm。BET 比表面積是 1085-1310m2/g，比孔容 0. 4-0. 8cm3/g，中孔孔容 0. 5-0. 61cm3/g ;該 活性炭的平均孔徑為25. 7-31. 5nm，強度大于95%，堆積重400-480g/L。
[0029] 柱狀空心活性炭應該理解是具有高BET比表面積、高總孔孔容、高中孔孔容和適 當孔徑的異型活性炭。
[0030] 柱狀空心活性炭中具有微孔和中孔，微孔是孔徑小于2nm的孔；中孔是孔直徑大 于2nm且又小于50nm的孔。
[0031] 該柱狀空心活性炭是由太西無煙煤制成，太西無煙煤具有金屬光澤，外觀無明顯 條帶，燃燒現(xiàn)象難著火無煙，自然水分較少，硬度很高等特點。無煙煤做原料有利于發(fā)展活 性炭的微孔孔隙，主要是大于2nm，小于50nm的中孔孔容容量的增加。
[0032] 柱狀空心活性炭的制備按照以下步驟進行： 1、 原料選擇 原料煤選用水份為7. 5%、灰份為5. 0%、揮發(fā)份為8. 3%，固定碳為79. 2%的太西無煙煤， 無煙煤首先進入磨粉機，磨粉后的煤粉要求達到200目； 2、 壓制成型 磨粉后的煤粉送入混合器中與煤焦油、水進行混捏，其重量配比：煤粉：焦油：水=70% : 20% :10%，混捏時間在15-20分鐘，混捏后的煤粉通過加料機送入液壓機中壓制成柱狀空心 炭條，壓制過程中壓力控制在15-20Mpa ; 3、 炭化 通過液壓機擠壓出來的柱狀空心炭條首先進行晾曬，然后進炭化爐(炭化過程是將液 壓機擠壓成型后的活性炭送入內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐，目前泰州凱威特公司、淄博問鼎爐窯技術(shù)有 限公司等均有生產(chǎn)）進行炭化，炭化爐溫度控制在爐頭500-600°C，爐尾350-400°C，炭化時 間15-20分鐘，得炭化料； 4、 活化 炭化料經(jīng)過篩(通過10-30目的震動篩進行篩選）后送入活化爐通過高溫條件下用水 蒸汽與碳原子反應來進行活化，活性炭的活化過程是在活化爐中進行的，具體反應原理為： 在活化爐高溫環(huán)境下通入活化氣體，一般為蒸汽，與活性炭的碳原子進行反應，反應式為： C+H20 - C0+H2 - 129. 7KJ。通過該反應消耗一部分碳原子，可以將炭化后的活性炭原先閉 塞的孔隙打開，擴大原有的孔隙并形成新的孔隙，不同規(guī)格的活性炭的孔徑和比表面積有 不同要求，達到這個要求通過控制活性炭的活化時間和加入的蒸汽量來實現(xiàn)。一般活化時 間越長，蒸汽量越大，活性炭孔徑和比表面積越發(fā)達，但是強度會伴隨著下降。每臺活化爐 均有兩個活化半爐，半爐底部氣道連通，兩個半爐每半小時切換一次。因活性炭活化過程是 吸熱反應且產(chǎn)生可燃氣體，活化爐每層都配有空氣管道，通過風機將空氣送入。當一臺半爐 進行活化反應時，另外一臺半爐則通入空氣使活化產(chǎn)生的可燃氣體在爐內(nèi)燃燒進行加熱， 使活化反應的環(huán)境始終保持在高溫條件下進行，通過控制蒸汽的通入量(在活化爐每層都 有一個壓力表來顯示爐內(nèi)壓力，爐壓要求保持在微正壓（l〇-l〇〇Pa)，在蒸汽溫度基本保持 不變情況下(約120_140°C )，蒸汽加入量的大小直接影響著爐壓的高低，在實際操作中以活 化爐爐壓為標準，通過控制活化爐蒸汽閥門來控制蒸汽的加入量）活化完成后出料包裝。
[0033] 經(jīng)過試驗，確定影響柱狀活性炭性能指標的參數(shù)為活化帶溫度、蒸汽壓力、蒸汽溫 度、活化時間及活化爐壓力，并得到活化帶溫度880°C _985°C，蒸汽壓力0· 3-0. 4MPa，爐壓 保持在l〇-l〇〇Pa，蒸汽溫度120-140°C，活化25-30分鐘時，柱狀活性炭性能指標比較好。 [0034] 以下為針對不同的活化爐溫度、蒸汽壓力和活化時間對活化后的柱狀活性炭分析 結(jié)果：

【權(quán)利要求】
1. 一種活性炭，其特征在于：該活性炭為柱狀體（1)，該活性炭具有貫穿柱狀體（1)的 通孔（2)，該活性炭的直徑是3-5mm，長度為3-7mm，通孔孔徑為0. 5-1. 5mm。
2. 如權(quán)利要求1所述的活性炭，其特征在于：該活性炭的BET比表面積是1085-1310m2/ g，比孔容 〇· 4-0. 8cm3/g，中孔孔容 0· 5-0. 61cm3/g。
3. 如權(quán)利要求1所述的活性炭，其特征在于：該活性炭的平均孔徑為25. 7-31. 5nm，強 度大于95%，堆積重400-480g/L。
4. 如權(quán)利要求1、2或3所述活性炭的制備方法，其特征在于，該制備方法提供： 原料選擇步驟，原料煤選用太西無煙煤，將無煙煤過200目篩制成煤粉； 壓制成型步驟，將煤粉與煤焦油、水進行混捏，其重量配比為煤粉：焦油：水=70% :20% : 10%，混捏時間在15-20分鐘，混捏后的煤粉進入液壓機中壓制成柱狀空心活性炭條，壓制 過程中壓力控制在15-20Mpa ; 炭化步驟： 柱狀空心活性炭條先進行晾曬，然后進入炭化爐進行炭化，炭化爐溫度控制在爐頭 500-600°C，爐尾350-400°C，炭化時間15-20分鐘，得炭化料。
5. 如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于：該制備方法還包括活化步驟： 炭化料經(jīng)10-30目的震動篩篩選后送入活化爐，活化爐溫度控制在880°C -985°C，蒸汽 壓力(λ 3-0. 4MPa，爐壓保持在10-100Pa，蒸汽溫度120-140°C，活化25-30分鐘后出料。
6. 如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于：活化爐溫度950°C，蒸汽壓力為 0. 35MPa，爐壓保持在90Pa，蒸汽溫度130°C，活化時間25分鐘。
7. -種用于生產(chǎn)如權(quán)利要求1、2或3所述活性炭的成型模具，其特征在于，所述成型模 具提供： 第一構(gòu)件（20)，第一構(gòu)件上設(shè)有若干個出料通道（21);出料通道（21)內(nèi)設(shè)有可以取出 更換的筒狀構(gòu)件（30 )，筒狀構(gòu)件（30 )具有截面為圓形的成型腔（32 ); 第二構(gòu)件（40)，與第一構(gòu)件可拆卸連接，第二構(gòu)件（40)上具有可與出料通道（21)配合 的進料模組（42); 所述進料模組（42 )包括至少一個中心柱（421)及若干個貫穿第二構(gòu)件（40 )的進料孔 (422)； 所述若干個進料孔（422)的圓心位于同一個圓周上，中心柱（421)設(shè)置在若干個進料 孔（422)的中間； 進料孔（422)向中心柱（421)傾斜設(shè)置，斜坡度為15°?20° ; 中心柱（421)的底部具有倒角。
8. 如權(quán)利要求7所述的成型模具，其特征在于，所述出料通道（21)包括自上而下依次 設(shè)置的第一通道（210)、第二通道（211)、第三通道（212)及第四通道（213); 第一通道（210)為倒圓臺狀，第二通道（211)為圓柱狀，第三通道（212)為圓柱狀，第四 通道（213)為圓臺狀； 第一通道（210)的傾斜度為60°?65°，第四通道（213)的傾斜度為30°?40° ; 所述第二通道（211)的內(nèi)徑與第一通道（210)底面的半徑相等； 第三通道（212)的內(nèi)徑小于第二通道（211)的內(nèi)徑。
9. 如權(quán)利要求8所述的成型模具，其特征在于，所述第二構(gòu)件（40)的下表面和第一構(gòu) 件（20)的上表面具有對應的凹凸槽波紋。
10.如權(quán)利要求9所述的成型模具，其特征在于，所述筒狀構(gòu)件（30)的外徑與第二通道 (211)的內(nèi)徑相對應，筒狀構(gòu)件的上口具有斜面，斜坡度與第一通道（210 )的斜坡度對應，筒 狀構(gòu)件（30)的長度與第二通道（211)的長度相對應； 所述筒狀構(gòu)件（30)的外徑大于第三通道（213)的直徑。
【文檔編號】C01B31/10GK104192839SQ201410473582
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】楊秀玲, 常炳恩, 李玉強, 李通 申請人:寧夏金海創(chuàng)科化工科技有限公司