CN102328924A

CN102328924A - 利用植物果壳制造碳分子筛的方法

Info

Publication number: CN102328924A
Application number: CN201010516594A
Authority: CN
Inventors: 胡耀明; 张斌斐; 姜精哲
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-10-19
Filing date: 2010-10-19
Publication date: 2012-01-25

Abstract

本发明公开了利用植物果壳制造碳分子筛的方法，依次包括如下步骤：a、将植物果壳粉碎成粉状物料；b、将粉状物料进行干燥、磨粉处理成微粉状物料；c、将微粉状物料与粘合剂放入捏合机中进行搅拌捏合；d、捏合后物料再放入挤条机中进行成型；e、成型后物料放入转炉中进行炭化处理；f、经炭化处理后物料通过炭沉积得到碳分子筛成品。本发明可以有效解决碳分子筛工艺污染环境问题，有利于环境保护；同时本发明利用植物果壳，相继进行粉碎、干燥、磨成微粉、和粘合剂一并放入捏合机、成型，再进行炭化、表面炭沉积得到碳分子筛成品，充分利用废物制造高价值产品，降低碳分子筛制造成本。本发明工艺简单，易于产业化。

Description

利用植物果壳制造碳分子筛的方法

技术领域

本发明涉及一种利用植物果壳制造碳分子筛的方法。

背景技术

国内生产分子筛(CMS)是从上个世纪80年代开始的，经过多年发展，在分子筛生产上已积累了丰富经验，产品已和德国、日本等国家产品质量达到同等水平。

然而国内关于植物果壳制备碳分子筛的文献较为少见，早在1992年11月17日，大连理工大学申请了发明创造名称为“用核桃壳制造空分富氮用炭分子筛”的发明专利申请，并相继在后来的几年对该项技术进行了研究，然而随着酚醛树脂基碳分子筛的面世，植物果壳制备碳分子筛的相关技术报道变的越来越少。原因是碳分子筛是采用酚醛树脂废料作为原料，在当时较果壳具有明显的优势。然而十几年过去了，随着国家产业化调整，可以使用的酚醛树脂废料逐渐变少，即便是废料，由于供不应求，废料成本也呈逐年攀升的趋势，且树脂基碳分子筛的制备过程或多或少会带来环境的污染。随着技术需要，植物果壳制备碳分子筛的相关技术重新被提出来。

发明内容

本发明的目的在于提供利用植物果壳制造碳分子筛的方法，可以有效解决现有碳分子筛工艺环境污染严重，制造成本高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

利用植物果壳制造碳分子筛的方法，其特征在于依次包括如下步骤：

a、将植物果壳粉碎成粉状物料；

b、将粉状物料进行干燥、磨粉处理成微粉状物料；

c、将微粉状物料与粘合剂放入捏合机中进行搅拌捏合；

d、捏合后物料再放入挤条机中进行成型；

e、成型后物料放入转炉中进行炭化处理；

f、经炭化处理后物料通过炭沉积得到碳分子筛成品。

进一步，步骤a中的植物果壳采用核桃壳、杏壳、椰壳，选用此三类果壳的目的在于此三类果壳具有高挥发份，低灰份，结构均一的优势，在步骤e炭化处理过程中可以得到均一的孔径结构。

进一步，步骤b中粉状物料经干燥处理后的含水率为0.5％～5％，该范围内的含水量可以让粉状物料在步骤b磨粉过程中更好的被加工成微粉状物料，也更容易达到微粉状物料的加工要求。

进一步，步骤b中粉状物料经球磨磨成微粉状物料，微粉状物料的微粉粒径控制在5μm～30μm，此范围内的微粉粒径，在实施步骤d，e后获得的碳分子筛产品质量最高。

进一步，步骤c中微粉状物料与粘合剂的质量份为：

微粉状物料：42～55；

煤焦油：10～20；

水：30～40。

此步骤中，微粉物料和水含量高低决定分子筛产品的产气率，煤焦油决定了分子筛的颗粒强度。微粉物料含量高，产气率高，却带来颗粒强度下降。水分含量过高则难以成型，三者在范围内存在最佳配比。

进一步，步骤d中捏合后物料经挤条机成型成圆柱状物料，圆柱状物料的柱直径1.0mm～3.0mm，柱高2mm～10mm，成型物料直径越细，高度越小获得产品质量越高。

进一步，步骤e中的炭化处理为将成型后物料在有氮气保护的转炉中加热升温至400～450℃，恒温加热25min～45min，进行一次炭化，温度涉及成型物料在该温度下有机组分的裂解过程，温度高低，恒温时间长短决定炭化过程造孔是否充分，是否获得最佳的分子筛比表面积。

更进一步，将一次炭化处理后的物料再在有氮气保护的转炉中加热升温至700～780℃，恒温加热50min～75min，进行二次炭化，此过程为高温下分子筛孔径收缩过程，调控最佳温度，最佳恒温时间，可以获得选择性更高的碳分子筛半成品，在步骤f中可节省烃类或者醇类有机化合物的用量和沉积时间。

进一步，步骤f中的炭沉积为利用氮气将烃类或者醇类有机化合物带入转炉中，使炭化处理后物料的孔隙表面炭沉积堵孔。

进一步，烃类为芳烃、烯烃、苯、甲苯、二甲苯、乙烯，醇类为1～4个碳原子的醇。此步骤所涉及的烃类或者醇类有机化合物，以苯呈现的堵孔效率最高，制得的分子筛孔径分布最窄。

本发明由于采用了上述技术方案，可以有效解决碳分子筛工艺污染环境问题，有利于环境保护；同时本发明利用植物果壳，相继进行粉碎、干燥、磨成微粉、和粘合剂一并放入捏合机、成型，再进行炭化、表面炭沉积得到碳分子筛成品，充分利用废物制造高价值产品，降低碳分子筛制造成本。本发明工艺简单，易于产业化。

具体实施方式

本发明利用植物果壳制造碳分子筛的方法，依次包括如下步骤：a、将植物果壳粉碎成粉状物料，粉状物料的粒径为4目～80目，植物果壳采用核桃壳、杏壳、椰壳。b、将粉状物料进行干燥、磨粉处理成微粉状物料；粉状物料经干燥处理后的含水率为0.5％～5％，粉状物料经球磨磨成微粉状物料，微粉状物料的微粉粒径控制在5μm～30μm，最佳微粉粒径不超过10μm。c、将微粉状物料与粘合剂放入捏合机中进行搅拌捏合，微粉状物料与粘合剂的质量份为：微粉状物料：42～55；煤焦油：10～20；水：30～40。d、捏合后物料再放入挤条机中进行成型，捏合后物料经挤条机成型成圆柱状物料，圆柱状物料的柱直径1.0mm～3.0mm，柱高2mm～10mm。e、成型后物料放入转炉中进行炭化处理；炭化处理为将成型后物料在有氮气保护的转炉中以8～10℃/mim的升温速度加热升温至400～450℃，恒温加热25min～45min，进行一次炭化；将一次炭化处理后的物料再在有氮气保护的转炉中加热升温至700～780℃，恒温加热50min～75min，进行二次炭化并形成孔隙。f、经炭化处理后物料通过炭沉积得到碳分子筛成品，炭沉积为利用氮气将烃类或者醇类有机化合物带入转炉中，机化合物优选为芳烃、烯烃或1～4个碳原子的醇，更优选的是苯、甲苯、二甲苯、乙烯、甲醇或异丙醇，使炭化处理后物料的孔隙表面炭沉积堵孔，冷却至常温后取出。

实施例一：

将收集、筛选的植物果壳粉碎成粗粉状物料用粉碎机粉碎成粗粉状物料，粉料粒径在4目～80目范围，将粗粉状物料干燥至该物料含水率为1.5％～3％，将干燥后的粗粉状物料在球磨机中磨成微粉状物料，微粉粒径控制在5μm～30μm，最佳微粉粒径不超过10μm，将微粉状物料和由煤焦油、水组成的粘合剂放入捏合机，以质量份数计，微粉状材料/煤焦油/水为49/16/35，经捏合机捏合后成型成直径1.5mm，高5mm的圆柱状物料，将该圆柱状物料装入不锈钢容器内再吊入可倾式旋转炉内，在氮气保护下进行一次炭化：在转炉中以10℃/min的升温速度升温至420℃，在此温度下恒定30min，然后将一次炭化物在氮气保护下再以8～10℃/min的升温速度升温至750℃，在此温度下恒温60min，使圆柱状物料二次炭化并形成孔隙，再利用氮气将苯带入炉内(苯可以液体状态或加热气化的气体状态连同氮气一并入炉)，使炭化并成孔的物料表面炭沉积堵孔，该过程需1～2小时，冷却至常温后取出。

实施例二：

将收集、筛选的植物果壳粉碎机粉碎成粗粉状物料，粉料粒径在4目～80目范围，将粗粉状物料干燥至该物料含水率为1～2.5％，将干燥后的粗粉状物料在球磨机中磨成微粉状物料，微粉粒径控制在5μm～30μm，最佳微粉粒径不超过10μm，将微粉状物料和由煤焦油、水组成的粘合剂放入捏合机，以质量份数计，微粉状材料/煤焦油/水为45/18/37，经捏合机捏合后成型成直径1.2mm，高3.0mm的圆柱状物料，将该圆柱状物料装入不锈钢容器内再吊入可倾式旋转炉内，在氮气保护下进行一次炭化：在转炉中以10℃/min的升温速度升温至400℃，在此温度下恒定25min；然后将一次炭化物以8～10℃/mim的升温速度加热至700℃，在此温度下恒温55min，使圆柱状物料二次炭化并形成孔隙，再利用氮气将甲苯或二甲苯带入炉内，使炭化并成孔的物料表面炭沉积堵孔，该过程需1～2小时，冷却至常温后取出。

实施例三：

将收集、筛选的植物果壳粉碎机粉碎成粗粉状物料，粉料粒径在4目～80目范围，将粗粉状物料干燥至该物料含水率为1.5～4％，将干燥后的粗粉状物料在球磨机中磨成微粉状物料，微粉粒径控制在5μm～30μm，最佳微粉粒径不超过10μm，将微柱粉状物料和由煤焦油、水组成的粘合剂放入捏合机，以质量份数计，微粉状材料/煤焦油/水为52/17/31，经捏合机捏合后成型成直径2.8mm，高9.5mm的圆状物料，在氮气保护下进行一次炭化：在转炉中以10℃/min的升温速度升温至450℃，在此温度下恒定40min；然后将一次炭化物8～10℃/mim的升温速度再加热至780℃，在此温度下恒温70min，使圆柱状物料二次炭化并形成孔隙，再利用氮气将乙烯带入炉内，使炭化并成孔的物料表面炭沉积堵孔，该过程需1～2小时，冷却至常温后取出。

Claims

1.利用植物果壳制造碳分子筛的方法，其特征在于依次包括如下步骤：

a、将植物果壳粉碎成粉状物料；

b、将所述粉状物料进行干燥、磨粉处理成微粉状物料；

c、将微粉状物料与粘合剂放入捏合机中进行搅拌捏合；

d、捏合后物料再放入挤条机中进行成型；

e、成型后物料放入转炉中进行炭化处理；

f、经炭化处理后物料通过炭沉积得到碳分子筛成品。

2.根据权利要求1所述的利用植物果壳制造碳分子筛的方法，其特征在于：

所述步骤a中的植物果壳采用核桃壳、杏壳、椰壳。

3.根据权利要求1所述的利用植物果壳制造碳分子筛的方法，其特征在于：

所述步骤b中粉状物料经干燥处理后的含水率为0.5％～5％。

4.根据权利要求1所述的利用植物果壳制造碳分子筛的方法，其特征在于：

所述步骤b中粉状物料经球磨磨成微粉状物料，所述微粉状物料的微粉粒径控制在5μm～30μm。

5.根据权利要求1所述的利用植物果壳制造碳分子筛的方法，其特征在于：

所述步骤c中微粉状物料与粘合剂的质量份为：

微粉状物料：42～55；

煤焦油：10～20；

水：30～40。

6.根据权利要求1所述的利用植物果壳制造碳分子筛的方法，其特征在于：

所述步骤d中捏合后物料经挤条机成型成圆柱状物料，所述圆柱状物料的柱直径1.0mm～3.0mm，柱高2mm～10mm。

7.根据权利要求1所述的利用植物果壳制造碳分子筛的方法，其特征在于：

所述步骤e中的炭化处理为将成型后物料在有氮气保护的转炉中加热升温至400～450℃，恒温加热25min～45min，进行一次炭化。

8.根据权利要求7所述的利用植物果壳制造碳分子筛的方法，其特征在于：

将一次炭化处理后的物料再在有氮气保护的所述转炉中加热升温至700～780℃，恒温加热50min～75min，进行二次炭化。

9.根据权利要求1所述的利用植物果壳制造碳分子筛的方法，其特征在于：

所述步骤f中的炭沉积为利用氮气将烃类或者醇类有机化合物带入所述转炉中，使炭化处理后物料的孔隙表面炭沉积堵孔。

10.根据权利要求9所述的利用植物果壳制造碳分子筛的方法，其特征在于：

所述烃类为芳烃、烯烃、苯、甲苯、二甲苯、乙烯，所述醇类为1～4个碳原子的醇。