一種高強(qiáng)度、低灰分成型活性炭制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及活性炭制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種具有高吸附性能的高強(qiáng)度、低灰分的成型活性炭制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]活性炭具有良好的吸附功能，性質(zhì)穩(wěn)定，且耐酸堿性、耐熱、不溶于水或者有機(jī)溶劑，因而被廣泛應(yīng)用于能源、化工、食品、醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)、材料、冶金等各行各業(yè)中，已成為生產(chǎn)生活中的重要工業(yè)產(chǎn)品。
[0003]以生產(chǎn)活性炭的原料來劃分，大體可分為煤質(zhì)活性炭和木質(zhì)活性炭兩大類。木質(zhì)活性炭也可分為兩大類:一類是以椰殼、橡膠殼、核桃殼等果殼為代表的顆粒狀活性炭，此類活性炭由于其機(jī)械強(qiáng)度較好，作為顆粒炭直接應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域；另一類是以木肩、稻殼、竹肩等為代表的活性炭。目前通過傳統(tǒng)碳化、活化方法制備的活性炭由于機(jī)械強(qiáng)度較差，大部分為粉末狀，其存在使用時(shí)粉塵污染嚴(yán)重、再生和分離回收困難等缺點(diǎn)，限制了活性炭高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。與之相比，成型活性炭結(jié)構(gòu)緊密，形狀易于調(diào)變，具備一定的強(qiáng)度，無粉塵污染且容易更換再生，更易于滿足不同行業(yè)的多種用途。
[0004]目前，制備成型活性炭的方法主要是直接以粉末狀活性炭為原料，添加一定量的粘結(jié)劑，然后在一定溫度、壓力下成型，以制得成型活性炭。這種方法制備的成型活性炭存在粘結(jié)劑量、成型壓力難以控制，粘結(jié)劑較難在活性炭中分散均勻等問題，如:粘結(jié)劑量過大，成型壓力大容易造成孔的過度堵塞，降低成型活性炭的比表面積，而粘結(jié)劑量過小、成型壓力小，活性炭又難以成型。
[0005]申請?zhí)枮?01310031125.6的中國專利公開了一種高強(qiáng)度、耐磨損成型活性炭的生產(chǎn)工藝，其公開的成型活性炭在制造時(shí)需要碳粉、粘結(jié)劑及成核劑二氧化硅超細(xì)粉和鈦白粉進(jìn)行成型造粒，最后在高溫下進(jìn)行二次活化得成型活性炭。該專利申請存在活化溫度需要分多段處理，操作復(fù)雜，成本較高，而且活性炭由于成核劑的添加，灰分較高。
[0006]申請?zhí)枮?00810038534.8的中國專利則公開了一種吸附C02用超級(jí)活性炭粉體的成型方法，其公開的成型方法在制造時(shí)超級(jí)活性炭、輔助粘結(jié)劑與粘結(jié)劑在混合干燥后，需要再次進(jìn)行研磨，使其粒徑達(dá)到3~100um，再次進(jìn)行熱壓成型。該方法存在粘結(jié)劑量、成型壓力難以控制的問題，操作難度較高。
[0007]因此，有必要研宄一種容易生產(chǎn)成型活性炭的方法，本案因此而產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明解決的問題是提供一種高強(qiáng)度、低灰分成型活性炭的制備方法，解決現(xiàn)有成型活性炭制備工藝復(fù)雜、操作較難且獲得的活性炭質(zhì)量較差等問題。
[0009]為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種高強(qiáng)度、低灰分成型活性炭制備方法，包括如下步驟:(I)將易裂解的輔助粘結(jié)劑與粉末狀活性炭按比例送入捏合機(jī)中進(jìn)行攪拌混合，得到混合炭粉；(2)按質(zhì)量配比要求往溶劑型酚醛樹脂中添加醇類有機(jī)溶劑，得到稀釋液；(3)將混合炭粉與稀釋液按比例送入捏合機(jī)中進(jìn)行加熱攪拌捏合，形成混合料；(4)將捏合均勻并帶有粘度的混合料輸入成型擠出機(jī)進(jìn)行擠出造粒，獲得顆粒料；(5)將制得的顆粒料在90?160 °C下干燥固化I?3 h，然后送入炭化/活化一體爐內(nèi)進(jìn)行無氧高溫?zé)崽幚?將保護(hù)氣體通入炭化/活化一體爐，所述炭化/活化一體爐再以5?15 °C/min的速率逐步升溫至200?300 °0后保持恒溫0.5?I h，然后再次以2?8 °C /min的速率升溫至500?800 °〇保持恒溫I?3 h，使部分粘結(jié)劑分解形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)成型活性炭的活性；(6)熱處理結(jié)束后，繼續(xù)通保護(hù)氣體至炭化/活化一體爐爐體溫度下降至60 V以下，然后出料，獲得高強(qiáng)度、低灰分的成型活性炭。
[0010]進(jìn)一步的，在步驟(I)中，所述輔助粘結(jié)劑與粉末狀活性炭的混合采用“干式混合”
法混合。
[0011]進(jìn)一步的，所述活性炭、酚醛樹脂、輔助粘結(jié)劑的質(zhì)量比為100:10-30:3~10o
[0012]進(jìn)一步的，所述輔助粘結(jié)劑選自黃原膠、木質(zhì)素、木焦油、改性淀粉中的一種或多種。
[0013]進(jìn)一步的，在步驟(2)中，所述稀釋液加入有固化劑。
[0014]進(jìn)一步的，所述固化劑為六次甲基四胺。
[0015]進(jìn)一步的，在步驟(3)中，所述捏合機(jī)的攪拌罐腔溫度為35~80°C。
[0016]進(jìn)一步的，在步驟(5)中，所訴顆粒料在90?160 °C下干燥固化時(shí)，采用分段方式進(jìn)行；所述保護(hù)氣體為氮?dú)?，其熱處理過程為:將顆粒料放入炭化/活化一體爐時(shí)，通入氮?dú)馀叛?min后，開始逐級(jí)加溫爐體，并逐步調(diào)小氮?dú)獾墓┙o量達(dá)到設(shè)定值I?5ml/min ;待爐體溫度達(dá)到設(shè)定值700°C時(shí)保持恒溫l~3h ;然后停止加熱，開始降溫，同時(shí)逐步調(diào)小氮?dú)饬髁恐?.79ml/min，待物料冷卻至室溫后出料。
[0017]進(jìn)一步的，所述分段方式為:將成型的顆粒料放進(jìn)烘箱中，先在90°C下干燥固化I小時(shí)，再在110°c下干燥固化I小時(shí)，然后在135°C下干燥固化I小時(shí)。
[0018]進(jìn)一步的，所述粉末狀活性炭的細(xì)度高于等于150目。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于:
本發(fā)明以溶劑型酚醛樹脂為主要粘結(jié)劑，通過按比例添加活性炭粉、粘結(jié)劑、輔助粘結(jié)劑及固化劑進(jìn)行捏合成型造粒，然后經(jīng)過干燥固化、高溫?zé)崽幚淼玫剿蟮念w粒炭。在該制備方法中，輔助粘結(jié)劑及固化劑的添加，可以很好的縮短成型炭的固化時(shí)間，相應(yīng)的也降低了酚醛樹脂的含量，同時(shí)輔助粘結(jié)劑及固化劑在高溫處理的過程中會(huì)得到裂解，有效的降低成型炭的灰分。成型炭再經(jīng)氮?dú)獗Ｗo(hù)下高溫處理，即避免了活性炭的燃燒，而且在高溫高壓條件下，也會(huì)有少量的氮?dú)庾鳛榛罨瘎﹨⑴c活性炭的化學(xué)反應(yīng)，利于制孔，形成了良好的氣體擴(kuò)散通道，增強(qiáng)了活性炭的活性。降溫過程采用氮?dú)饫鋮s則可有效的防止成型炭氧化，從而保證成型炭的強(qiáng)度。該制備方法具有操作簡單、流程短、強(qiáng)度高、低灰分的特點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作詳細(xì)說明。
[0021]一種高強(qiáng)度、低灰分成型活性炭制備方法，包括如下步驟:(I)將易裂解的輔助粘結(jié)劑與粉末狀活性炭按比例送入捏合機(jī)中進(jìn)行攪拌混合，得到混合炭粉；(2)按質(zhì)量配比要求往溶劑型酚醛樹脂中添加醇類有機(jī)溶劑，得到稀釋液；(3)將混合炭粉與稀釋液按比例送入捏合機(jī)中進(jìn)行加熱攪拌捏合，形成混合料；(4)將捏合均勻并帶有粘度的混合料輸入成型擠出機(jī)進(jìn)行擠出造粒，獲得顆粒料；(5)將制得的顆粒料在90?160 °C下干燥固化I?3 h，然后送入炭化/活化一體爐內(nèi)進(jìn)行高溫?zé)崽幚?將保護(hù)氣體通入炭化/活化一體爐，所述炭化/活化一體爐再以5?15 °C/min的速率升溫至200?300 °C后保持恒溫0.5?I h，然后再次以2?8 V /min的速率升溫至500?800 °〇保持恒溫I?3 h，使部分粘結(jié)劑分解形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)成型炭的活性；(6)熱處理結(jié)束后，繼續(xù)通保護(hù)氣體至炭化/活化一體爐爐體溫度下降至60 °C以下，然后出料，獲得高強(qiáng)度、低灰分的成型活性炭。
[0022]其中，所述輔助粘結(jié)劑與粉末狀活性炭的混合采用“干式混合”法混合。所述“干式混合”法，也即將粉末狀輔助粘接劑與粉末狀活性炭一起放入混料機(jī)內(nèi)進(jìn)行充分?jǐn)嚢杈鶆蚣赐瓿苫旌?。所述粉末狀活性炭的?xì)度高于等于150目(目是衡量粉末細(xì)度的單位，粉末粒徑越小，目數(shù)也高)，這里所述的活性炭細(xì)度高于等于150目，即以150目為準(zhǔn)，活性炭粉末的細(xì)度為150目或者更細(xì)。
[0023]其中，所述活性炭、酚醛樹脂和輔助粘結(jié)劑的質(zhì)量比例為100:10~30:3~10，優(yōu)選的酚醛樹脂為20、輔助粘結(jié)劑為5。所述輔助粘結(jié)劑為選自黃原膠、木質(zhì)素、木焦油、改性淀粉中的一種或多種。所述酚醛樹脂在稀釋過程中，可以加入固化劑，比如六次甲基四胺，以提高后續(xù)成型活性炭的固化速度。
[0024]其中，在形成混合料的步驟時(shí)，捏合機(jī)的攪拌罐腔溫度為35至80°C，以促進(jìn)粘結(jié)劑與活性炭粉更好的揉合均勻，提高其粘度及韌性，從而獲得更好的擠壓成型效果。
[0025]其中，在步驟(5)中，所述顆粒料在干燥固化時(shí)采用分段方式進(jìn)行，即在90?160°c范圍內(nèi)從低溫到高溫選取三個(gè)左右不同的溫度，依次進(jìn)行干燥固化，每個(gè)階段干燥固化一定時(shí)間，如I個(gè)小時(shí)。從而保證活性炭顆粒料的良好的成型和干燥。
[0026]實(shí)例I
按重量稱取150目以上的粉末狀活性炭100g、黃原膠5g，送入混料機(jī)的混料腔中充分?jǐn)嚢杈鶆?，形成混合炭粉；?0g溶劑型酚醛樹脂稀釋于150ml無水乙醇溶液中，攪拌15min后，將其均勻加入到混合炭粉中，給攪拌罐腔加熱至40至60°C，繼續(xù)攪拌10小時(shí)左右；待攪拌混合均勻后，移入成型擠出機(jī)中進(jìn)行反復(fù)揉搓擠壓3至4遍；擠出泥段利用人工進(jìn)行擠壓搗實(shí)，同時(shí)抽去物料中的空氣，使擠出的泥段真空度達(dá)到0.03Mpa以上，再從擠出機(jī)中擠出并用密封袋裝好待用。將擠壓過的物料裝入成型