一種以聚乙烯醇為粘結(jié)劑的活性炭成型方法
【專利摘要】一種以聚乙烯醇為粘結(jié)劑的活性炭成型方法，涉及活性炭成型技術(shù)領(lǐng)域。以聚乙烯醇為粘結(jié)劑，水為分散介質(zhì)，再加入粘結(jié)劑助劑配置成膠體，可滿足粒徑范圍從微米級(jí)到毫米級(jí)活性炭的成型需求。主要操作步驟如下：將聚乙烯醇加入適量水中溶脹，同時(shí)加入粘結(jié)劑助劑；緩慢加熱并攪拌，至聚乙烯醇完全溶解分散，冷卻待用；將膠體與活性炭混合均勻，炭膠泥通過模壓或者擠出等方式成型；成型炭干燥處理。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，操作方便，不需要有機(jī)溶劑，安全環(huán)保。所制備的成型炭比表面積損失小，機(jī)械強(qiáng)度大，耐磨耐壓不易掉渣，且可以根據(jù)需求制備成不同的形狀和尺寸。
【專利說明】
一種以聚乙烯醇為粘結(jié)劑的活性炭成型方法
技術(shù)領(lǐng)域
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[0001 ]本發(fā)明涉及活性炭成型技術(shù)領(lǐng)域，具體來講，涉及使用聚乙烯醇來配置粘結(jié)劑，按照需求將粉末或者顆?；钚蕴恐苽涑刹煌某叽绾托螤?。
【背景技術(shù)】
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[0002]活性炭是一種擁有豐富孔隙結(jié)構(gòu)和巨大比表面積的多孔材料，表面含有多種活性官能團(tuán)，耐酸耐堿，在自來水過濾凈化、有毒有害氣體吸附、污水凈化處理、催化劑負(fù)載、電極材料、活性炭工藝品等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用?；钚蕴炕瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于水和有機(jī)溶劑，在失效后可通過處理循環(huán)再生。目前，各類活性炭產(chǎn)品已經(jīng)成為大眾生活中重要的組成部分，其市場(chǎng)巨大且仍有很大開發(fā)潛力。
[0003]工業(yè)制備的活性炭一般都是粉末活性炭或者顆?；钚蕴浚逊e密度較小，難以儲(chǔ)存運(yùn)輸，容易造成粉塵污染，而且循環(huán)回收利用困難，這些都限制了活性炭的應(yīng)用和推廣。在某些工業(yè)領(lǐng)域，對(duì)于活性炭的形狀和尺寸有著特定的技術(shù)要求。而隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和生活水平的提高，成型活性炭吸附劑或者活性炭藝術(shù)品也受到越來越多人的青睞。因此，活性炭成型技術(shù)的開發(fā)，對(duì)于推動(dòng)活性炭在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用具有十分重要的意義。
[0004]現(xiàn)使用的活性炭粘結(jié)劑多為粘土、蠟、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等，制備過程往往需要高溫加熱處理，能源消耗大，對(duì)工藝設(shè)備要求高，另外有機(jī)樹脂類粘結(jié)劑在高溫下熱處理時(shí)還會(huì)分解產(chǎn)生有毒有害氣體。而為了達(dá)到較好的成型效果，粘結(jié)劑使用量較大，造成成本提高、比表面積損失嚴(yán)重。
[0005]本發(fā)明使用聚乙烯醇(PVA)為活性炭粘結(jié)劑，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不需要后期高溫加熱處理，不使用有機(jī)溶劑，安全環(huán)保。所制備的成型炭比表面積損失小，機(jī)械強(qiáng)度大，耐磨性能好，同時(shí)可以滿足各類尺寸和形狀的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種活性炭成型技術(shù)，用于制備不同形狀或者尺寸的成型炭?？紤]到原料成本、成型效果和制備過程復(fù)雜程度等因素，本發(fā)明采用聚乙烯醇為粘結(jié)劑。將聚乙烯醇配置成水溶膠，與活性炭混合均勻，制備成成型活性炭。
[0007]具體而言，本發(fā)明是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的，包括以下步驟:
[0008]步驟I)選擇以水為分散介質(zhì)，制備聚乙烯醇膠體溶液；
[0009]以水為基準(zhǔn)，計(jì)為100重量份，聚乙稀醇比例一般為3-16份(優(yōu)選為5-12份)，添加以下助劑中一種或幾種:消泡劑、粘度穩(wěn)定劑、增強(qiáng)劑、抗氧化劑;將聚乙烯醇和助劑加入水中，常溫下溶脹1-6個(gè)小時(shí)，在溶脹過程中可以輔以攪拌，如緩慢攪拌或者間歇性攪拌。
[0010]優(yōu)選:消泡劑為辛酸或者磷酸三丁酯，添加比例優(yōu)選為0.01-0.1份;粘度穩(wěn)定劑為硫氰鹽、苯酚、丁醇中的一種或者幾種，總添加比例優(yōu)選為0.2-1份;增強(qiáng)劑為納米二氧化硅、納米碳酸鈣或者碳纖維中的一種或者幾種，總添加比例優(yōu)選為0.1-2份;抗氧化劑為抗壞血酸或者抗壞血酸鈉，添加比例優(yōu)選為0.1-1.5份。這些助劑可單獨(dú)或者兩種或兩種以上組合使用，優(yōu)選使用全部助劑。
[0011]步驟2)然后采用夾套、水浴、水蒸氣等間接加熱方式進(jìn)行加熱，使聚乙烯醇溶液升溫至95°C_100°C加速溶解，攪拌并保溫2-8小時(shí)直至聚乙烯醇完全溶解并形成穩(wěn)定的膠體體系；
[0012]上述步驟2)在膠體配制過程中可通過以下方法檢測(cè)聚乙烯醇是否完全溶解:取出2_5ml膠體溶液，向其中加入1-2滴碘液，如果膠體溶液中出現(xiàn)透明的藍(lán)色團(tuán)粒，說明聚乙烯醇尚未完全溶解;如果色澤能均勻擴(kuò)散，說明已完全溶解;待膠體完全溶解后，延長(zhǎng)加熱攪拌時(shí)間0.5-2小時(shí)，保證膠體的整體勻稱性。膠體冷卻待用
[0013]步驟3)將膠體體系與活性炭粉末或者顆?；旌蠑嚢杈鶆?，應(yīng)保證混合完全，無粉末團(tuán)聚、顆粒掉渣等現(xiàn)象，形成炭膠泥;活性炭與膠體的質(zhì)量比為1:0.5-3，活性炭一般為8目-微米級(jí)的粒徑;在上述粒徑范圍內(nèi)，一般粒徑越小，單位質(zhì)量活性炭所使用膠黏劑的越多。200目及200目以下的活性炭，與膠體的質(zhì)量比優(yōu)選為1:2.0-3.0;80-200目的活性炭，與膠體的質(zhì)量比優(yōu)選:1:1.5-2.5; 50-80目的活性炭，與膠體的質(zhì)量比優(yōu)選:1:1.0-1.5; 24-50目的活性炭，與膠體的質(zhì)量比優(yōu)選:1:0.5-1.2;8-24目的活性炭，與膠體的質(zhì)量比優(yōu)選:1:
0.5-0.8。視活性炭顆粒粒徑變化，膠黏劑用量可在上述范圍內(nèi)可做適當(dāng)調(diào)整。
[0014]步驟4)炭膠泥通過模壓或者擠出等方式制備成各類形狀，成型炭的形狀為顆粒狀、圓柱形、球形、蜂窩狀、塊狀或者板狀。
[0015]步驟5)將成型炭放入高溫爐40:-120°C下干燥6-12小時(shí)，或者常溫下自然風(fēng)干。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0017]本發(fā)明所需的粘結(jié)劑價(jià)格低廉，供貨渠道廣泛，適合大規(guī)模生產(chǎn)；以水為分散介質(zhì)，在溶解過程中，不需要添加有機(jī)溶劑，安全環(huán)保，成本節(jié)省;成型炭不需要后期的高溫?zé)崽幚?，?jié)省能源，減少設(shè)備需求，工藝流程簡(jiǎn)單，操作方便;聚乙烯醇由C、H、0三種元素構(gòu)成，無毒無味、無污染，粘接性強(qiáng)、耐油腐蝕、耐有機(jī)溶劑，成型炭具有耐水性;所制備的成型炭比表面積損失小，表面光滑，機(jī)械強(qiáng)度大，耐磨損，同時(shí)可以滿足各類成型尺寸和形狀的要求。
【附圖說明】
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[0018]圖1為實(shí)施例1三種成型炭的展示圖片；
[0019]圖2為商業(yè)活性炭和實(shí)施例1三種成型炭的比表面積對(duì)比；
[0020]圖3為實(shí)施例2制備的活性炭炭板圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0021]以下是根據(jù)本發(fā)明的方法，以聚乙烯醇為粘結(jié)劑制備成型炭的非限定性實(shí)例。這些實(shí)施例進(jìn)一步描述了本發(fā)明在可操作范圍內(nèi)的實(shí)施方案。本發(fā)明所給出的實(shí)施例僅用于說明的目的，并非構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，在不背離本發(fā)明精神和范圍的條件下對(duì)其進(jìn)行的各種修飾和改變，均是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所認(rèn)可的。
[0022]實(shí)施例1
[0023]分別準(zhǔn)確稱取5g、6g、7g聚乙稀醇，然后分別加入95g、94g、93g去離子水，使得聚乙烯醇膠體濃度分別為5 %、6 %和7 %，編號(hào)為PVA-1、PVA-2、PVA-3。三份樣品均加入消泡劑0.0 Ig辛酸，粘度穩(wěn)定劑苯酸0.2g，增強(qiáng)劑納米二氧化娃0.5g和抗氧化劑抗壞血酸0.5g。常溫下攪拌3小時(shí)，然后放入95 °0直溫水浴中加熱攪拌6小時(shí)，轉(zhuǎn)速為100r/min。用碘液滴定，確定聚乙烯醇完全溶解后延長(zhǎng)加熱時(shí)間0.5小時(shí)，溶膠冷卻后待用。分別取三份Ig商業(yè)果殼微米級(jí)粉末活性碳，分別加入2.0g PVA-1、2.5g PVA-2和2.8g PVA-3，攪拌均勻至沒有粉末殘?jiān)蛘叻勰﹫F(tuán)聚。將炭膠泥放入模具，使用壓片機(jī)加壓，1MPa的壓力保持lOmin。將活性炭碳放入烘箱，80°C保溫10小時(shí)即可得到成型炭，對(duì)應(yīng)記為編號(hào)FAC-l、FAC-2(可作為對(duì)比)和FAC-3(可作為對(duì)比)。
[0024]FAC-1、FAC-2和FAC-3三個(gè)樣品中的PVA含量分別為9%、13%和16%。從圖一可以看出三種成型炭表面光滑，邊緣明顯，整體結(jié)構(gòu)完整，具有非常規(guī)整的成型效果。FAC-1具有很好的機(jī)械強(qiáng)度，成型炭之間相互摩擦不易掉粉掉渣，從五樓掉落仍能保持規(guī)整的形狀。而且隨著PVA含量的增加，成型炭的機(jī)械強(qiáng)度也在不斷增大。成型炭的比表面積損失是粘結(jié)劑性能的一大重要指標(biāo)，圖2顯示了隨著PVA含量的增加，成型炭的比表面積變化情況。從上圖中可以看出，隨著PVA含量的不斷增加，活性炭的比表面積呈下降趨勢(shì)，這是因?yàn)檎辰Y(jié)劑在一定程度上會(huì)堵塞活性炭的孔，且粘結(jié)劑含量越高，堵塞作用越強(qiáng)。FAC-1在具備規(guī)整、堅(jiān)硬的成型效果下，它的比表面積損失僅為9.4%，說明聚乙烯醇是一種非常合適的活性炭粘結(jié)劑。
[0025]實(shí)施例2
[0026]準(zhǔn)確稱取200g聚乙烯醇，消泡劑磷酸三丁酯lg，粘度穩(wěn)定劑硫氰酸鈉5g，增強(qiáng)劑納米碳酸鈣5g，抗氧化劑抗壞血酸鈉5g。然后加入1.8kg去離子水，配置聚乙烯醇濃度為10%的膠體。在常溫下攪拌4小時(shí)，然后放入水浴中緩慢加熱至95°C，恒溫保持8小時(shí)，攪拌轉(zhuǎn)速為30r/min。用碘液滴定，確定聚乙烯醇完全溶解后延長(zhǎng)加熱時(shí)間I小時(shí)，溶膠冷卻后待用。取400g商業(yè)活性碳，粒徑為50-80目，加入420g膠體，攪拌均勻至沒有粉末殘?jiān)蛘叻勰﹫F(tuán)聚。將炭膠泥放入模具，手工拍打，將表面抹平，得到IScmX 18cmX2cm的一塊炭板。炭板脫模后，室溫下通風(fēng)干燥兩天，即可得到一塊形狀規(guī)整、耐磨不掉渣的活性炭炭板(如圖示)。碳板中的聚乙烯醇含量為9.5%，活性炭原比表面積896m2/g，成型后比表面積797m2/g，比表面積損失為11%。將炭板兩端墊起，中間放置1kg的物體，炭板無裂痕、無破損。該炭板可用于污水處理、氣體過濾、活性炭工藝品等用途。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種以聚乙烯醇為粘結(jié)劑的活性炭成型方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟I)選擇以水為分散介質(zhì)，制備聚乙烯醇膠體溶液； 以水為基準(zhǔn)，計(jì)為100重量份，聚乙烯醇比例為3-16份，添加以下助劑中的一種或幾種:消泡劑、粘度穩(wěn)定劑、增強(qiáng)劑、抗氧化劑;將聚乙烯醇和助劑加入水中，常溫下溶脹1-6個(gè)小時(shí)，在溶脹過程中輔以攪拌； 步驟2)然后采用夾套、水浴或水蒸氣間接加熱方式進(jìn)行加熱，使聚乙烯醇溶液升溫至95°C-100°C加速溶解，攪拌并保溫2-8小時(shí)直至聚乙烯醇完全溶解并形成穩(wěn)定的膠體體系； 步驟3)將膠體體系與活性炭粉末或者顆粒混合攪拌均勻，應(yīng)保證混合完全，無粉末團(tuán)聚、顆粒掉渣現(xiàn)象，形成炭膠泥;活性炭與膠體的質(zhì)量比為I:0.5-3; 步驟4)炭膠泥通過模壓或者擠出方式制備成各類形狀； 步驟5)將成型炭放入高溫爐40-120°C下干燥6-12小時(shí)，或者常溫下自然風(fēng)干。2.按照權(quán)利要求1所述的一種以聚乙烯醇為粘結(jié)劑的活性炭成型方法，其特征在于，步驟I)消泡劑為辛酸或者磷酸三丁酯，添加比例為0.01-0.1份;粘度穩(wěn)定劑為硫氰鹽、苯酚、丁醇中的一種或者幾種，總添加比例為0.2-1份;增強(qiáng)劑為納米二氧化硅、納米碳酸鈣或者碳纖維中的一種或者幾種，總添加比例為0.1-2份;抗氧化劑為抗壞血酸或者抗壞血酸鈉，添加比例為0.1-1.5份;這些助劑單獨(dú)或者兩種或兩種以上組合使用。3.按照權(quán)利要求1所述的一種以聚乙烯醇為粘結(jié)劑的活性炭成型方法，其特征在于，步驟2)在膠體配制過程中通過以下方法檢測(cè)聚乙烯醇是否完全溶解:取出2-5ml膠體溶液，向其中加入1-2滴碘液，如果膠體溶液中出現(xiàn)透明的藍(lán)色團(tuán)粒，說明聚乙烯醇尚未完全溶解；如果色澤能均勻擴(kuò)散，說明已完全溶解;待膠體完全溶解后，延長(zhǎng)加熱攪拌時(shí)間0.5-2小時(shí)，保證膠體的整體勻稱性。4.按照權(quán)利要求1所述的一種以聚乙烯醇為粘結(jié)劑的活性炭成型方法，其特征在于，活性炭為8目-微米級(jí)的粒徑。5.按照權(quán)利要求4所述的一種以聚乙烯醇為粘結(jié)劑的活性炭成型方法，其特征在于，在上述粒徑范圍內(nèi)，粒徑越小，單位質(zhì)量活性炭所使用膠黏劑的越多。6.按照權(quán)利要求5所述的一種以聚乙烯醇為粘結(jié)劑的活性炭成型方法，其特征在于，步驟3)中200目及200目以下的活性炭，與膠體的質(zhì)量比優(yōu)選為為1:2.0-3.0;80-200目的活性炭，與膠體的質(zhì)量比優(yōu)選:1:1.5-2.5; 50-80目的活性炭，與膠體的質(zhì)量比優(yōu)選:1:1.0-1.5;24-50目的活性炭，與膠體的質(zhì)量比優(yōu)選:1:0.5-1.2; 8-24目的活性炭，與膠體的質(zhì)量比優(yōu)選:1:0.5-0.8ο7.按照權(quán)利要求1所述的一種以聚乙烯醇為粘結(jié)劑的活性炭成型方法，其特征在于，成型炭的形狀為顆粒狀、圓柱形、球形、蜂窩狀、塊狀或者板狀。8.按照權(quán)利要求1所述的一種以聚乙烯醇為粘結(jié)劑的活性炭成型方法，其特征在于，步驟I)中聚乙烯醇比例為5-12份。
【文檔編號(hào)】C01B31/14GK106082215SQ201610405959
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月8日
【發(fā)明人】向中華, 謝呈鵬, 楊鳳新, 楊強(qiáng)劍, 張偉
【申請(qǐng)人】北京化工大學(xué)