一種高強(qiáng)度富鈣成型活性炭及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高強(qiáng)度富鈣成型活性炭及其制備方法，利用廢棄木質(zhì)纖維素類原料作為原料，以制漿工業(yè)副產(chǎn)品—造紙白泥為活化劑，糯米漿為粘結(jié)劑制備高比表面積、高強(qiáng)度的富鈣成型活性炭。本發(fā)明一方面利用造紙白泥中的主要成分CaCO3(含量>90%)在高溫分解釋放出的CO2作為活化氣體，對(duì)原料進(jìn)行高效的原位物理活化；另一方面以糯米漿為粘結(jié)劑和仿生礦化模板劑，使炭樣中造紙白泥分解后的殘留石灰在糯米漿的調(diào)控下仿生礦化形成高強(qiáng)度的方解石晶型碳酸鈣，從而進(jìn)一步發(fā)揮出糯米灰漿優(yōu)異的粘結(jié)性、仿生碳化增強(qiáng)效應(yīng)，一步制備獲得高強(qiáng)度、大比表面積且富含氧化鈣和碳酸鈣的柱狀成型活性炭，二者協(xié)同作用可以發(fā)揮出更為優(yōu)異的脫硫、脫氯功能。
【專利說(shuō)明】一種高強(qiáng)度富鈣成型活性炭及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境友好材料制備與應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高強(qiáng)度富鈣成型活性炭及其制備方法，。

【背景技術(shù)】
[0002]活性炭性質(zhì)穩(wěn)定，具有優(yōu)良的吸附性能，耐酸堿、耐熱，不溶于水或有機(jī)溶劑、容易再生，是一種環(huán)境友好型吸附劑。由于活性炭具有吸、脫附速度快，可再生等優(yōu)點(diǎn)，從而成為一種極為廣泛的吸附凈化材料，在環(huán)保領(lǐng)域日益顯示出其主導(dǎo)地位，越來(lái)越受到人們的重視。隨著活性炭新的應(yīng)用領(lǐng)域的出現(xiàn)以及對(duì)性能更好的新產(chǎn)品的需求，使得活性炭的制備在傳統(tǒng)的制備基礎(chǔ)上朝著多樣化、新穎性、針對(duì)性發(fā)展。在活性炭利用方面，成型活性炭的制備是拓展其應(yīng)用領(lǐng)域的重要一環(huán)；另一方面，增加活性炭吸附以外的功能，強(qiáng)化其使用效果，形成具有特異用途的復(fù)合機(jī)能亦是其重要的研究方向。與粉末狀活性炭相比，成型活性炭具有較大的尺寸，較高的強(qiáng)度與堆積密度，且無(wú)粉塵污染，在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用過(guò)程中極具優(yōu)勢(shì)，易于滿足不同行業(yè)的用途。
[0003]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，化石資源消耗不斷增長(zhǎng)，燃煤產(chǎn)生了大量的含硫、氮氧化物以及二氧化碳的煙氣，造成了酸雨和溫室效應(yīng)，嚴(yán)重地阻礙了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在各種煙氣治理方法中，活性炭吸附法是唯一能脫除煙氣中多種雜質(zhì)的方法，其中包括so2、氮氧化物、煙塵粒子、汞、二惡英、呋喃、重金屬、揮發(fā)分有機(jī)物及其他微量元素，活性炭吸附法脫硫脫硝被認(rèn)為是一種最有發(fā)展前景的脫硫脫硝技術(shù)，成為各國(guó)競(jìng)相研究開(kāi)發(fā)的重要技術(shù)。成型活性炭的制備是活性炭法脫硫技術(shù)的基礎(chǔ)，目前活性炭脫硫劑主要是顆?；钚蕴?，但存在脫硫容量低、脫硫速率慢、流體力學(xué)性能不佳、易掉渣等缺點(diǎn)，開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)高效、填充性能好的成型活性炭材料就成為推動(dòng)活性炭法脫硫技術(shù)向前發(fā)展的關(guān)鍵。
[0004]制備成型活性炭主要包括3個(gè)步驟:制備成型體、炭化以及活化。根據(jù)3個(gè)步驟的不同，目前的制備方法大致可分為3類:(1)直接將具有設(shè)定形狀和尺寸的木材等天然植物炭化活化，此方法成型簡(jiǎn)易，產(chǎn)品抗壓強(qiáng)度高，但耐磨強(qiáng)度下降太多。(2)用粘結(jié)劑將碳質(zhì)前驅(qū)體原料粘結(jié)成型，然后炭化，視需要可進(jìn)一步進(jìn)行活化。此類方法在成型前驅(qū)體的組成、狀態(tài)以及粘接劑的種類上能夠進(jìn)行一定的選擇和調(diào)控，但該方法通常難以在保證其機(jī)械強(qiáng)度的條件下，制得高比表面積的成型活性炭。(3)采用粘結(jié)劑將粉體活性炭或活性炭纖維粘結(jié)成型，然后對(duì)粘接劑進(jìn)行處理，保證型炭的整體性能穩(wěn)定。這種成型方法得到的產(chǎn)品，盡管對(duì)活性炭的孔隙會(huì)造成一定的堵塞，但型炭的比表面積和孔隙率仍能夠達(dá)到較高的水平，抗壓強(qiáng)度也較理想，但該法因此成本較高。
[0005]在成型活性炭的生產(chǎn)與應(yīng)用中，比表面積和機(jī)械強(qiáng)度是兩個(gè)最重要的衡量指標(biāo)。綜合來(lái)看，制備高性能的成型活性炭，現(xiàn)有的研究結(jié)果并不理想，所制備的成型活性炭難以在具有高吸附性能的基礎(chǔ)上，保持較好的機(jī)械強(qiáng)度，反之亦然。因此，需要進(jìn)一步尋求新型高效的功能活化劑，通過(guò)制備方法的創(chuàng)新以及成型工藝的優(yōu)化，降低活性炭生產(chǎn)成本，減少污染，還能同步賦予活性炭更加突出的性能，制備出品種多樣的高性能的專用成型活性炭，以滿足不同行業(yè)的各種需求；在成型活性炭膠粘劑的開(kāi)發(fā)方面，注重發(fā)展資源豐富、無(wú)毒無(wú)臭、可生物降解、價(jià)廉的天然粘合劑的應(yīng)用亦具有重要意義。
[0006]以糯米漿和石灰為主要成分的糯米灰漿是我國(guó)古代勞動(dòng)人民發(fā)明的一種特殊有機(jī)-無(wú)機(jī)建筑膠凝材料，具有耐久性好、自身強(qiáng)度和黏結(jié)強(qiáng)度高、韌性強(qiáng)、防滲性好等優(yōu)良性能。以糯米漿為粘結(jié)劑，造紙白泥為功能活化劑活化杉木屑等木質(zhì)纖維素原料制備富鈣成型活性炭的相關(guān)研究尚未見(jiàn)報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)度富鈣成型活性炭及其制備方法，利用造紙白泥中的主要成分CaCO3在高溫達(dá)到800°C時(shí)分解釋放出的CO2對(duì)樣品進(jìn)行活化，并利用糯米灰漿優(yōu)良的粘結(jié)性和強(qiáng)度，制備出高強(qiáng)度富含微孔的優(yōu)質(zhì)成型活性炭，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種高強(qiáng)度富鈣成型活性炭的制備方法包括以下步驟:
(1)將廢棄木質(zhì)纖維素類原料粉碎，過(guò)200目篩，105?110°C烘干12?24h至恒重；
(2)將步驟(I)的原料與造紙白泥混合均勻后，置于馬弗爐中，在隔絕空氣條件下，以5°C /min的升溫速度升溫至400°C，保溫Ih進(jìn)行預(yù)炭化；然后以10°C /min的升溫速度繼續(xù)升溫至85(Γ1000?，保溫l?3h后自然冷卻，得到炭化樣；
(3)將蒸餾水和糯米粉混合均勻，煮沸2?3h，期間定時(shí)補(bǔ)水、攪拌，配制成糯米漿；
(4)將步驟(2)的炭化樣與步驟(3)的糯米漿混合均勻，捏合，壓片成型，置于空氣中自然干燥1-2周，然后置于馬弗爐中在20(T300°C下熱處理f 2h，即得所述的高強(qiáng)度富鈣成型活性炭。
[0009]步驟(2)中木質(zhì)纖維素類原料與造紙白泥的質(zhì)量比為1.5:廣2:1。
[0010]步驟(3)所述的糯米漿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10?15%。
[0011]步驟(4)所述的炭化樣與糯米漿的質(zhì)量比為1:廣1:2。
[0012]步驟(4)所述的壓片成型的壓力為2?3MPa。
[0013]步驟(4)所述的壓片的厚度為0.5?1.0 cm。
[0014]所述的高強(qiáng)度富鈣成型活性炭的比表面積最大值為1036m2/g，其中微孔表面積為622.7 m2/g,總孔容為0.40m3/g,最大碘吸附值為1037mg/g,亞甲基藍(lán)的最大吸附值為262.5 mg/g，抗壓強(qiáng)度為 59.4MPa。
[0015]本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明以木材加工廢棄物杉木屑(或其他木質(zhì)纖維素類原料)為原料，嘗試以造紙白泥為功能型活化劑，首次利用糯米灰漿這一古老卻又不同尋常的綠色有機(jī)-無(wú)機(jī)膠凝材料作為粘結(jié)劑，充分發(fā)揮糯米灰漿優(yōu)異的黏結(jié)性和碳化增強(qiáng)效應(yīng)，簡(jiǎn)易制備獲得大比表面積、高強(qiáng)度的新型富鈣成型活性炭，為開(kāi)發(fā)具有高效煙氣脫硫、工業(yè)脫氯、CO2捕集等機(jī)能復(fù)合型成型活性炭的高效、低成本制備探索了一條新途徑。
[0016]以糯米灰漿作為活性炭成型的粘結(jié)劑不僅粘結(jié)性能優(yōu)異，相對(duì)于傳統(tǒng)粘結(jié)劑也更加綠色環(huán)保；以造紙白泥作為功能型活化劑大大提升了這一制漿行業(yè)副產(chǎn)品的附加值；石灰、石灰石和活性炭在工業(yè)脫硫、脫氯有著廣泛的應(yīng)用，因此本發(fā)明制備獲得的富鈣成型活性炭，不僅比表面積大、機(jī)械強(qiáng)度高且富含反應(yīng)性鈣化物，二者協(xié)同作用可以發(fā)揮出更優(yōu)異的脫硫、脫氯等功能。

【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1
(I)將廢棄杉木屑(或其他木質(zhì)纖維素類原料)，粉碎，過(guò)200目篩，105?110°C烘干12h
至恒重后，用密封袋封裝后置于干燥器中備用。
[0018](2)將步驟(I)中所述的杉木屑(或其他木質(zhì)纖維素類原料)與造紙白泥按1:1(質(zhì)量比)混合均勻后，取適量該混合料置于馬弗爐中，在隔絕空氣條件下，以5°c /min的升溫速度升溫至400°C，保溫Ih進(jìn)行預(yù)炭化；然后以10°C /min的升溫速度，在850°C下進(jìn)行炭化燒結(jié)，達(dá)到最高溫度時(shí)保溫1.5h后自然冷卻，取出即得到炭化樣。
[0019](3)糯米漿的制備:按:mM= 9:1的比例稱取蒸餾水和糯米粉，將兩者混合均勻放入到電飯煲煮沸2h，期間定時(shí)補(bǔ)水、攪拌，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的糯米漿。
[0020](4)將步驟(2)所述的炭樣與糯米漿1:2(質(zhì)量比)混合均勻并進(jìn)行簡(jiǎn)單的機(jī)械捏合；然后在2MPa壓力下進(jìn)行壓片成型，壓片(厚度為0.5cm)置于空氣中自然干燥I周，然后置于馬弗爐中在200°C下熱處理lh，即可制得高強(qiáng)度富鈣成型活性炭。
[0021]實(shí)施例2
(I)將廢棄杉木屑(或其他木質(zhì)纖維素類原料)，粉碎，過(guò)200目篩，105?110°C烘干24h
至恒重后，用密封袋封裝后置于干燥器中備用。
[0022](2)將步驟(I)中所述的杉木屑(或其他木質(zhì)纖維素類原料)與造紙白泥按2:3(質(zhì)量比)混合均勻，取適量該混合料置于馬弗爐中，在隔絕空氣條件下，以5°C /min的升溫速度升溫至400°C，保溫Ih進(jìn)行預(yù)炭化；然后以10°C /min的升溫速度，在900°C下進(jìn)行炭化燒結(jié)，達(dá)到最高溫度時(shí)保溫2.5h后自然冷卻，取出即得到炭化樣。
[0023](3)糯米漿的制備:按m*:mM= 9:1的比例稱取蒸餾水和糯米粉，將兩者混合均勻放入到電飯煲煮沸3h，期間定時(shí)補(bǔ)水、攪拌，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的糯米漿。
[0024](4)將步驟(2)所述的炭樣與糯米漿按1:2(質(zhì)量比)混合均勻并進(jìn)行簡(jiǎn)單的機(jī)械捏合；在2.5MPa下進(jìn)行壓片成型，壓片(厚度為0.7cm)置于空氣中自然干燥2周，然后置于馬弗爐中在300°C下熱處理lh，即可制得高強(qiáng)度富鈣成型活性炭。
[0025]實(shí)施例3
(I)將廢棄杉木屑(或其他木質(zhì)纖維素類原料)，粉碎，過(guò)200目篩，105?110°C烘干24h
至恒重后，用密封袋封裝后置于干燥器中備用。
[0026](2)將步驟(I)中所述的杉木屑(或其他木質(zhì)纖維素類原料)與造紙白泥按3:2(質(zhì)量比)混合均勻，取適量該混合料置于馬弗爐中，在隔絕空氣條件下，以5°C /min的升溫速度升溫至400°C，保溫Ih進(jìn)行預(yù)炭化；然后以10°C /min的升溫速度，在950°C下進(jìn)行炭化燒結(jié)，達(dá)到最高溫度時(shí)保溫2h后自然冷卻，取出即得到炭化樣。
[0027](3)糯米漿的制備:按m*:mM= 9:1的比例稱取蒸餾水和糯米粉，將兩者混合均勻放入到電飯煲煮沸3h，期間定時(shí)補(bǔ)水、攪拌，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的糯米漿。
[0028](4)將步驟(2)所述的炭樣與糯米漿按1:1(質(zhì)量比)混合均勻，并進(jìn)行簡(jiǎn)單的機(jī)械捏合；在3.0MPa下進(jìn)行壓片成型，壓片(厚度為0.5cm)置于空氣中自然干燥2周，然后置于馬弗爐中在300°C下熱處理1.5h，即可制得高強(qiáng)度富鈣成型活性炭。
[0029]實(shí)施例4
按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12496.10-1999和GB/T 12496.8-1999測(cè)定活性炭的吸附性能。
[0030]活性炭碘吸附值大于1000 mg/g，亞甲基藍(lán)吸附值可達(dá)260mg/g，滿足活性炭一級(jí)品國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的吸附性能指標(biāo)。
[0031]實(shí)施例5
采用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)定所制備富鈣成型活性炭的抗壓強(qiáng)度。
[0032]富鈣成型活性炭壓縮強(qiáng)度大于55.0MPa0
[0033]實(shí)施例6
采用比表面自動(dòng)分析儀測(cè)定制備的富鈣成型活性炭的比表面積。
[0034]比表面積大于1036m2/g,其中微孔面積達(dá)到623 m2/g,總孔容可達(dá)0.40m3/g。
[0035]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高強(qiáng)度富鈣成型活性炭的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將廢棄木質(zhì)纖維素類原料粉碎，過(guò)200目篩，105?110°C烘干12?24h至恒重； (2)將步驟(I)的原料與造紙白泥混合均勻后，置于馬弗爐中，在隔絕空氣條件下，以5°C /min的升溫速度升溫至400°C，保溫Ih進(jìn)行預(yù)炭化；然后以10°C /min的升溫速度繼續(xù)升溫至85(Γ1000?，保溫l?3h后自然冷卻，得到炭化樣； (3)將蒸餾水和糯米粉混合均勻，煮沸2?3h，期間定時(shí)補(bǔ)水、攪拌，配制成糯米漿； (4)將步驟(2)的炭化樣與步驟(3)的糯米漿混合均勻，捏合，壓片成型，置于空氣中自然干燥1-2周，然后置于馬弗爐中在20(T300°C下熱處理f 2h，即得所述的高強(qiáng)度富鈣成型活性炭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度富鈣成型活性炭的制備方法，其特征在于:步驟(2)中木質(zhì)纖維素類原料與造紙白泥的質(zhì)量比為1.5:廣2:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度富鈣成型活性炭的制備方法，其特征在于:步驟(3)所述的糯米漿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10?15%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度富鈣成型活性炭的制備方法，其特征在于:步驟(4)所述的炭化樣與糯米漿的質(zhì)量比為1:廣1:2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度富鈣成型活性炭的制備方法，其特征在于:步驟(4)所述的壓片成型的壓力為2?3MPa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度富鈣成型活性炭的制備方法，其特征在于:步驟(4)所述的壓片的厚度為0.5"!.0 cm。
7.—種如權(quán)利要求1所述的方法制得的高強(qiáng)度富鈣成型活性炭，其特征在于:所述的高強(qiáng)度富鈣成型活性炭的比表面積最大值為1036m2/g，其中微孔表面積為622.7 m2/g，總孔容為0.40m3/g,最大碘吸附值為1037mg/g,亞甲基藍(lán)的最大吸附值為262.5 mg/g,抗壓強(qiáng)度為 59.4MPa。
【文檔編號(hào)】C01B31/12GK104401993SQ201410643569
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】陳燕丹, 黃碧珠, 黃明堦, 黃彪 申請(qǐng)人:福建農(nóng)林大學(xué)