CN101891191B - 耐水土基成型蜂窝活性炭及其制作工艺 - Google Patents
耐水土基成型蜂窝活性炭及其制作工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种环保产品及其生产方法，即一种耐水土基成型蜂窝活性炭及其制作工艺。这种耐水土基成型蜂窝活性炭是由土类基质高岭土、粘土、天然硅沙中的一种与活性炭或活性炭的炭质原料混合制泥成型后，置于高温环境中加热处理，土类基质颗粒之间相互热熔黏结而制成。本发明的有益效果是：经过无氧高温处理，避免了活性炭的燃烧，使土类基质熔结成微小的固体耐水网格，活性炭颗粒包裹其中，成为的吸附性能良好的耐水活性炭块。特别是在成型时以煤或生物质炭质原料代替活性炭，在高温烧结的同时进行活化，可大幅度降低产品的成本，为多通孔活性炭块的大量使用提供了条件。
Description
技术领域
本发明涉及一种环保产品及其生产方法，即一种耐水土基成型蜂窝活性炭及其制作工艺。
背景技术
活性炭具有强大的吸附功能，在吸附、催化工艺以及空气、水的净化中具有重要的作用。可是，过去的活性炭都是颗粒状产品，使用很不方便。近年来，有人把活性炭与树脂或高岭土等载体混合，制成树脂基或土基活性炭块，使活性炭的利用更加方便。不过，上述成型活性炭还不能适应水质净化的要求。树脂基活性炭块外观精美，且具有良好的拒水性能，但吸附率大为降低，加之树脂属于化学产品，不适合用于水质净化。以高岭土和活性炭等原料混合，通过炼泥、成型、干燥等工序，制成有许多可见通孔的蜂窝活性炭块，具有接触面积大、吸附率高、便于制作、成本低廉等优势，但耐水性能太差，遇水即散，只能用于空气的过滤，不能用于水处理。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐水性好、能在水中长时间保持原状、既适于空气净化，又适于水质净化的耐水土基成型蜂窝活性炭。
本发明的另一目的是提供一种制造耐水土基成型蜂窝活性炭的制作工艺。
上述目的是由以下技术方案实现的：研制一种耐水土基成型蜂窝活性炭，其特征在于：这种耐水土基成型蜂窝活性炭是由土类基质高岭土、粘土、天然硅沙中的一种与活性炭或活性炭的炭质原料混合制成的块状多孔物品。
这种耐水土基成型蜂窝活性炭的制作工艺，是将所说的土类基质与活性炭混合、制泥、成型后，置于高温环境中加热处理，使其中的土类基质颗粒之间相互热熔黏结形成耐水网架。
这种耐水土基成型蜂窝活性炭的制作工艺，是将所说的土类基质与活性炭的炭质原料混合、制泥、成型后，置于高温环境中加热处理，在使其中的土类基质颗粒之间相互热熔黏结的同时，使炭质原料活化成为活性炭。
一种耐水土基成型蜂窝活性炭制作工艺，包括把高岭土与活性炭混合、制泥、成型制成块状产品的过程，其特征在于：把高岭土与活性炭制成的块状产品装入去除氧气的真空炉内，加热到700-900℃制成。
所说的加热处理过程是：把高岭土与活性炭混合制成的块状产品装入去除氧气的真空炉内，充入惰性气体，逐渐升温，加热到800℃制成。
所说的惰性气体是氮气，其加热处理过程是：将蜂窝活性炭块放入真空炉中，抽去空气，关闭升温，同时向炉内缓慢输入氮气，通过调整炉上的控制阀，使炉内压力高于1个大气压，保持在1.2-1.5kg/cm2，以防止氧气回流，升温速度控制在平均每分钟5℃，到800℃保温2-3小时，然后关断电源，自然冷却后取出。
所说的土类基质是高岭土，高岭土与活性炭的炭质原料混合，成泥，制成多孔块状，放入真空炉或在惰性气氛炉中，使高岭土生成耐水网架，炭质原料活化成活性炭颗粒并置于网架的空隙中。
所说的高岭土用600-1000目的粘土替代。
所说的土类基质是硅沙，硅沙与白灰、活性炭混合，制成块状，放入蒸压釜中，通入高压蒸汽，使硅沙与白灰生成硅酸钙网架，活性炭颗粒置于网架的空隙中。
所说的天然硅沙与白灰按10∶1-2的重量份混合，调整含水率6-9％，在密闭容器内储存1小时以上，再与5重量份以上的活性炭粉混合，放入模具中制成块状，再放入蒸压釜中，通入高压蒸汽，在170-220℃，1-1.5Mpa的气氛中保持4-10小时，冷却后取出。
所说的土类基质是硅沙，硅沙与白灰以及活性炭的炭质原料混合，制成块状，放入蒸压釜中，通入高压蒸汽，使硅沙与白灰生成硅酸钙网架，炭质原料活化成活性炭颗粒并置于网架的空隙中。
所说的活性炭的炭质原料是煤粉或生物质炭粉，天然硅沙与白灰按10∶1-2的重量份混合，调整含水率6-9％，在密闭容器内储存1小时以上，再与5重量份以上的煤粉或生物质炭粉混合，放入模具中制成块状，再放入蒸压釜中，通入高压蒸汽，在170-320℃，1-1.5Mpa的气氛中保持4-10小时，冷却后取出。
所说的炭质原料煤粉或生物质炭粉磨细达200目以上，并加入活化剂。
本发明的有益效果是：经无氧条件下的高温处理，既避免了活性炭的燃烧，增强了活性炭的活性，又且使土类基质熔结成微小的固体网格，把活性炭颗粒包裹其中，在水中长时间浸泡而不解体，成为耐水的空气水质两用净化材料，且可广泛适用于多种气体和液相环境的吸附纯化作业。特别是采用硅砂蒸养工艺，以及成型后炭质活化工艺，可充分利用天然荒沙以及煤炭、生物质炭材资源，变废为宝，降低成本，为成型活性炭的普及应用创造了条件。
具体实施方式
第一种实施例：混料：按重量取200目以上的活性炭粉50-85份、800-1000目的高岭土15-50份、无机胶粘剂羟丙基甲基纤维素1.5-15份，再放入混料机中充分混匀。
炼泥：将上述混合料置入和料机中，逐步加入料重70-85％的水，和料20-30分钟；待混匀后再投入炼泥机中反复揉搓炼泥2-3遍，挤出泥段用塑料布包裹，密封陈腐处理24-48小时；经陈腐处理的泥段再投入到炼泥机中炼泥2次，同时抽去泥料中的空气，使其真空度达到0.04Mpa以上，再从炼泥机出口挤出用塑料布包裹待用。
成型：将泥料装人液压挤制成型机，以5Mpa以上的压力挤出通过模具，制得断面边长10厘米以上，每平方厘米12个以上通孔的泥条，经切割、干燥得到各种规格的蜂窝活性炭块。
热处理：将蜂窝活性炭块放入真空炉中，抽去空气，关闭升温到70-900℃，以800℃为优选。升温速度控制在平均每分钟5℃左右，到800℃保温5-12小时，然后关断电源，自然冷却后取出。其产品强度相当于50号以上标准砖块，置入水中72小时无可见形变为合格。
本例中的高岭土可用磨细至600-1000目的粘土代替，仍有满意效果。
第二种实施例：成型工艺与前例相同，热处理工艺如下：将蜂窝活性炭块放入真空炉中，抽去空气，关闭升温。同时向炉内缓慢输入惰性气体，因氮气价廉，为优选。通过调整炉上的控制阀，使炉内压力高于炉外压力，也就是高于1个大气压，保持在1.1-1.5kg/cm2左右，以防止氧气回流，升温速度控制在平均每分钟5℃左右，到800℃保温2-3小时，然后关断电源，自然冷却后取出。
第三种实施例：成型工艺与前例相同，热处理工艺如下：将蜂窝活性炭块放入真空炉中，抽去空气，同时向炉内输入定量氮气，关闭升温。氮气输入量按最高温度下炉内压力仍不超过炉具允许下限计算。炉具上设有定压安全阀，一旦超压由定压阀自动调解。这种方式氮气用量较少，但计量要求较高。升温速度控制在平均每分钟2℃左右，到800℃保温1-2小时，然后关断电源，自然冷却后取出。
第四种实施例：按重量取活性炭74份，高岭土24份，羟丙基甲基纤维素2份，混匀，加水80份，炼泥两次，陈腐48小时，在挤制成型机上挤成带许多通孔的蜂窝活性炭块，经干燥后，装入炉内充入氮气4小时，然后保持炉内压力高于环境压力0.1-0.5kg/cm2，加热升温，经2小时从室温提高到300℃，再经1小时提高到500℃，再经1小时提高到800℃，恒温2小时以上，再自然降温到室温后出炉。
经检测，比表面积为735m2，纵向抗压强度≥1.83MPa，横向抗压强度≥0.94MPa，苯吸附值≥26.2％，四氯化碳吸附值≥42.3％，耐水72小时以上。其中，纵向是指沿通孔方向。
第五种实施例：按重量取活性炭49份，高岭土49份，羟丙基甲基纤维素2份，混匀，加水78份，炼泥，陈腐36小时后，在挤制成型机上挤出≥9孔/cm2的蜂窝活性炭块，干燥后装入炉内充入氮气3小时，然后保持炉内压力高于环境压力0.1-0.2kg/cm2，加热升温，2小时由室温升至300℃，经1小时提高到600℃，再经1小时提高到800-900℃，恒温8小时，再自然降温到室温后出炉。
经检测，比表面积为525m2，纵向抗压强度≥2.783MPa，横向抗压强度≥1.49MPa，苯吸附值≥20.5％，四氯化碳吸附值≥32.3％，耐水96小时以上。
第六种实施例：将蜂窝活性炭块放入真空炉中，抽去空气，关闭升温，同时向炉内缓慢输入氮气，通过调整炉上的控制阀，使炉内压力高于炉外压力，以防止氧气回流，升温速度为：室温-300℃/0.5-5小时，300-500℃/2-3小时，500-800℃/2-3小时，800-1200℃恒温2-12小时，然后降温出炉。其中：800-1200℃恒温是指在800℃到1200℃之间每100℃进行一次恒温实验，采集各项指标列出曲线，证明在800-900℃各项主要指标虽有差异，但降幅较小，超过900℃多项主要指标开始下滑，以1200℃为极限值，超过1200℃则各项指标显著下降。
第七种实施例：在高岭土缺乏的情况下，可用600-1000目的粘土替代。因高岭土和粘土的主要成分都是SiO2，属于同类土质，且均可烧结成型。实验证明，用粘土全部或部分替代高岭土，所生产的活性炭块的主要指标仍能满足要求。
第八种实施例：由于活性炭价格较高，阻碍蜂窝活性炭产品的普及推广，所以，本例根据炭质原料在无氧高温下可产生活性的原理，选用煤炭或生物质炭粉磨细，与高岭土混合，加水炼泥、模压制成多通孔块、干燥后放入真空炉或在惰性气氛炉中，使高岭土生成耐水网架，煤炭或其他炭粉活化成活性炭颗粒并置于网架的空隙中。具体做法有多种，下面仅举一例：
按重量取200目以上的煤粉60-100份、800-1000目的高岭土15-50份、无机胶粘剂羟丙基甲基纤维素1.5-15份，再放入混料机中充分混匀。再采用第一种实施例的炼泥、成型工艺制得断面边长10厘米以上，每平方厘米12个以上通孔的泥条，经切割、干燥得到各种规格的蜂窝活性炭块。将蜂窝活性炭块放入真空炉中，抽去空气，缓慢升温，每分钟1-3℃，升温到700-900℃，以800℃为优选。到800℃保温5-12小时，然后关断电源，自然冷却后取出。其产品强度相当于50号以上标准砖块，置入水中72小时无可见形变为合格。
经检测，比表面积为485m2，纵向抗压强度≥2.783MPa，横向抗压强度≥1.49MPa，苯吸附值≥18.5％，四氯化碳吸附值≥30.2％，耐水96小时以上。说明煤粉已经活化，和第一种实施例相比，其指标虽有所下降，但成本可降低30％以上，可以通过增加用量来弥补，综合成本仍有20％以上的节约空间。
本例所说的高岭土可以用600-1000目的粘土替代。
本例中所采用的煤粉可以用木材、果壳、农作物秸秆等生物质材料替代，并且分为先行炭化和后炭化两种途径。先行炭化就是先将材料烧炭，将炭制粉后与煤粉的用法相同。后炭化就是把材料粉碎与高岭土混合制泥成型，在真空炉或氮气炉中成炭并活化。
第九种实施例：在煤粉或生物质碳粉里面添加活化剂，活化剂的种类和添加比例可采用现有煤粉或生物质碳粉制取活性炭的指标，例如选用氯化锌混入煤粉，再将煤粉与高岭土、羟丙基甲基纤维素混合炼泥，模压成多通孔蜂窝块，在真空炉或充氮炉内，缓慢升温达800-900℃，在蜂窝块烧制成耐水块的同时，煤粉或其他碳粉也得到活化。再将耐水块在盐酸内浸泡后，再用热水洗过，里面的氯化锌以及容易脱出的活性炭颗粒即可清除回收，所得蜂窝活性炭块吸附效果更佳。
本例所说的高岭土也可以用600-1000目的粘土替代。
第十种实施例：在煤粉或生物质碳粉里面添加活化剂，活化剂的种类和添加比例可采用现有煤粉或生物质碳粉制取活性炭的指标，例如选用氯化锌混入煤粉，再将煤粉与高岭土、羟丙基甲基纤维素混合炼泥，模压成多通孔蜂窝块，在真空炉或充氮炉内，缓慢升温达800-900℃，在蜂窝块烧制成耐水块的同时，煤粉或其他碳粉也得到活化。再将耐水块装入蒸汽罐中，升至3个大气压放气一次，反复三次，里面的氯化锌以及容易脱出的活性炭颗粒即可清除，所得蜂窝活性炭块吸附效果更佳。
第十一种实施例：土类基质选用天然硅沙，也就是自然流动的沙子，与少量白灰、活性炭混合，制成块状，放入蒸压釜中，通入高压蒸汽，其中的硅沙与白灰生成硅酸钙网架，活性炭颗粒置于网架的空隙中。实验证明，这种方法可以利用荒沙，变废为宝，且可显著降低蜂窝活性炭的成本。具体过程如下：
天然硅沙粒径为100-200微米，颗粒大者可进行球磨，SIO2含量≥85％，含泥量≤1％，与白灰按10∶1-2的重量份混合，调整含水率6-9％，在密闭容器内储存消解1小时以上，再与5-20重量份的活性炭粉混合，放入模具中制成块状，再放入蒸压釜中，通入高压蒸汽，在170-220℃，0.5-1.5Mpa的气氛中保持4-10小时，冷却后取出。
第十二种实施例：土类基质选用粒径80-200微米的天然硅沙，SIO2含量≥85％，含泥量≤1％，与白灰按10∶1-2的重量份混合，调整含水率6-9％，在密闭容器内储存消解1小时以上，再与5-20重量份的200目煤炭粉或木炭粉或农作物秸秆炭粉混合，放入模具中制成块状，再放入蒸压釜中，通入高压蒸汽，在170-220℃，10-1.5Mpa的气氛中保持4-10小时，煤粉即被活化，冷却后取出。
Claims (3)
1.一种耐水土基成型蜂窝活性炭的制作工艺，其特征在于：将天然硅沙与白灰、活性炭或活性炭的炭质原料相混合，制成块状，放入蒸压釜中，通入高压蒸汽，使硅沙与白灰生成硅酸钙网架，活性炭或炭质原料活化成的活性炭颗粒置于网架的空隙中。
2.根据权利要求1所述的耐水土基成型蜂窝活性炭制作工艺，其特征在于：所述的天然硅沙与白灰按10∶1-2的重量份混合，调整含水率6-9％，在密闭容器内储存1小时以上，再与5重量份以上的活性炭粉混合，放入模具中制成块状，再放入蒸压釜中，通入高压蒸汽，在170-220℃，1-1.5MPa的压力下保持4-10小时，冷却后取出。
3.根据权利要求1所述的耐水土基成型蜂窝活性炭制作工艺，其特征在于：所述的活性炭的炭质原料是煤粉或生物质炭粉，天然硅沙与白灰按10∶1-2的重量份混合，调整含水率6-9％，在密闭容器内储存1小时以上，再与5重量份以上的煤粉或生物质炭粉混合，放入模具中制成块状，再放入蒸压釜中，通入高压蒸汽，在170-320℃，1-1.5MPa的压力下保持4-10小时，冷却后取出。
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