CN102417329A - 一种无机胶凝炭材料及其制备方法 - Google Patents

一种无机胶凝炭材料及其制备方法 Download PDF

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吴任平
陈燕青
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Abstract

本发明提供一种无机胶凝炭材料及其制备方法,所述材料的原料按照质量百分比为:活性炭80~10%;无机胶凝剂20~90%。采用无机胶凝剂,经过配料、混料、成型、养护等步骤制备一种无机胶凝炭材料。本发明制备方法简单易行,原料易得,成本低廉,炭含量高,性能优异,用途广泛。本发明利用特制无机胶凝剂的高强度及其可成型性,将活性炭制成具有一定的几何形状与较高强度的制品。解决了活性炭形状松散、强度低、易燃易爆、回收再生困难等难题,广泛适用于装饰装修、催化剂、催化剂载体及水与空气的净化处理等诸多领域,尤其适合大规模工业化生产。

Description

一种无机胶凝炭材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于一种功能材料与复合材料领域,具体涉及一种无机胶凝炭材料及其制备方法。
背景技术
[0002] 活性炭是一种重要的多孔功能材料,由于具有独特的孔隙结构和表面活性官能团,化学性质稳定,耐酸、碱、热,不溶于水和有机溶剂,活性炭广泛应用于液相和气相的吸附、脱色、精制、分离、催化领域,在食品、医药、化工、环保等方面有重要意义。但是随着社会发展和科技进步对活性炭提出了更高的要求,活性炭也显现出诸多的缺点,例如强度低,大多产品为粉状、粒状,成型困难,使用、运输极为不便,易造成粉尘污染等,严重制约了活性炭及相关产业的发展。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种无机胶凝炭材料及其制备方法,利用无机胶凝剂,将炭材料制成具有一定形状与较高强度的成型炭制品,可广泛应用。
[0004] 本发明的技术方案如下:
本发明的一种无机胶凝炭材料,其原料按照质量百分比为:无机胶凝剂20-90% ;活性炭粉末80-10%。
[0005] 所述的无机胶凝剂的配方按重量比为CaO 62-69%,SiO2 20-24%, Al2O3 4-7%, Fe2O3 2-5%。
[0006] 所述的无机胶凝剂的制备方法包括以下步骤:称量、混料、煅烧、磨细、密封保存。
[0007] 所述煅烧的条件为:煅烧温度为1400_1550°C,保温l_2h,自然冷却。所述磨细的条件为:干磨,通过200目筛。
[0008] 所述制备方法包括:原料混和、成型、养护。
[0009] 具体制备步骤如下:
(1)混料:将原料投入混料机中,搅拌均勻;
(2)加水:加水继续搅拌混合均勻,得到粉料或浆料;
(3)成型:将加水混勻后的粉料或浆料置于模具中成型,脱模后置阴凉处放置24小时,使其初凝;
(4)养护:将步骤(3)制备好的半成品放在水中养护7天以上,取出、晾干,即得到产品。
[0010] 所述的无机胶凝炭材料,可按使用要求加工成一定的形状,广泛适用于水与空气的净化处理,亦可用作装饰装修材料及催化剂或催化剂载体。
[0011] 本发明的活性炭粉末为市售的各种活性炭粉末。亦可是用他炭材料粉末(如竹炭、 木炭等)替代。除了在储存、运输极具优势外,更重要的是能够充分发挥活性炭吸附与再生的特性,可以广泛的应用于污水处理、空气净化、化工分离、催化剂等诸多领域,创新性地解决活性炭的成型难题,对保护环境、构筑循环经济与和谐社会,具有十分重大的意义。[0012] 本发明的效益和优越性在于:本发明以市售 的活性炭为原料,利用无机胶凝剂的高强度及其可成型性,将粉末活性炭牢固地结合在一起,并且可按使用要求加工成一定的形状,易于再生使用。解决了活性炭强度低、易燃易爆、回收再生困难等缺点,广泛适用于装饰装修、催化剂、催化剂载体及水与空气的净化处理。本发明制备方法简单易行,原料易得, 成本低廉,炭含量高,性能优异,尤其适合大规模工业化生产。
具体实施方式
[0013] 制备步骤分为两个部分:
1、特制无机胶凝剂的配方及制备方法
(1)配方:所述的无机胶凝剂按重量分数为CaO 62-69%, SiO2 20-24%, Al2O3 4-7%, Fe2O3 2-5% ο
[0014] (2)制备方法
(a)称量:CaO 62-69%, SiO2 20-24%, Al2O3 4-7%, Fe2O3 2_5%,粉磨,过 200 目筛,制得混合料。
[0015] (b)煅烧:将混合料置于窑中煅烧,煅烧温度为1400-1550°C,高火保温l_2h,自然冷却。
[0016] (c)粉磨:将煅烧过后得到的烧结料球磨,过200目蹄,即得无机胶凝剂。密封保
存,备用。
[0017] 2、无机胶凝炭材料的配方及制备方法
(1)配方:按照质量份数:无机胶凝剂20〜90%,活性炭粉末80〜10%。
[0018] (2)制备方法:
(a)混料:将原料按质量配比称量,投入搅拌机中,混合均勻;
(b)加水:根据成型工艺要求添加适量的水,搅拌混合均勻,得到粉料或浆料;
(c)成型:将加水混勻后的浆料或粉料置于模具中成型(浇铸或压制),脱模后置阴凉处放置一天。
[0019] (d)养护:将上述制备好的半成品放在水中养护7天以上,取出、晾干,即得到本发明的产品。
[0020] 附1 :苯吸附测定与计算方法
(1)用电子天平称量已经干燥且做好编号的称量瓶,记下重量Hl1 ;
(2)将每组样品按照编号放入称量好的称量瓶中,并且用电子天平准确称量重量,记为
m2 ;
(3)将苯倒入称量瓶中,将该称量瓶置于干燥器底部,把装有样品的称量瓶放在干燥器的格栅上,密封干燥器,放入恒温的真空干燥箱中;
(4)经过24h吸附后,将干燥器内装有样品的称量瓶取出,迅速盖上盖子用电子天平准确称量吸附后的重量,记为m3。
[0021] 结果由式(式-1)计算:
A = IOOD (W3 - U^) (W2 -巧)
(式-ι)
式中:A—试样的苯吸附值,mg/g ;Hl1—空称量瓶的质量,g ; m2_称量瓶及样品的质量,g ; m3_吸附后称量瓶及样品的质量,g ; 附2 :甲醛吸附测定与计算方法
(1)用电子天平称量已经干燥且做好编号的称量瓶,记下重量Hl1 ;
(2)将每组样品按照编号放入称量好的称量瓶中,并且用电子天平准确称量重量,记为
m2 ;
(3)将甲醛倒入称量瓶中,将该称量瓶置于干燥器底部,把装有样品的称量瓶放在干燥器的格栅上,密封干燥器,放入恒温的真空干燥箱中;
(4)经过24h吸附后,将干燥器内装有样品的称量瓶取出,迅速盖上盖子,用电子天平准确称量吸附后的重量,记为m3。
[0022] 结果由(式-2)计算:
Figure CN102417329AD00051
式中:A—试样的甲醛吸附值,mg/g ; Hi1—空称量瓶的质量,g ; m2—称量瓶及样品的质量,g ; m3—吸附后称量瓶及样品的质量,g ;
下面结合具体实施例对本发明内容进行具体说明,但是本发明不仅限于此: 实施例1 :
利用市售椰壳活性炭、无机胶凝剂为原料制备无机胶凝炭材料,其原料配方按质量分数如下:椰壳活性炭 50%,无机胶凝剂(CaO 66%,SiO2 24%, Al2O3 6%,Fe2O3 4%) 50% ; 制备步骤:
(1)称量:按配方(CaO 66%,SiO2 24%, Al2O3 6%,Fe2O3 4%)称取Ikg无机胶凝剂原料,粉磨,得混合料。
[0023] (2)煅烧:将混合料放入窑中,1400°C煅烧,保温池后自然冷却。
[0024] (3)粉磨:将煅烧后得到的无机胶凝剂进行球磨,过200目筛,备用。
[0025] (4)混料:按椰壳活性炭材料50%、无机胶凝剂50%的质量比称量Ikg原料,投入球磨机中,球磨0. 5h,混合均勻,得到粉体。
[0026] (5)造粒:将混勻后的粉体加入占粉体质量35%水后、搅拌混合、过10目筛,得到造粒后的团粒。
[0027] (6)成型:将经过造粒后的团粒料置于钢模中,压制成型后,在阴凉处放置一天。
[0028] (7)养护:第二天将样品放在入水中养护,7天后取出,晾干,即得到本发明的产
P
ΡΠ O
[0029] 性能测试:
(1)碘吸附值:451. 17mg/g
(2)甲醛吸附量:279. 6%ig/g(3)苯吸附量:202. 65mg/g
(4)抗压强度:14. 72MPa 实施例2 :
利用市售椰子壳活性炭、无机胶凝剂为原料制备无机胶凝炭材料,其原料配方如下:椰壳活性炭 80%,无机胶凝剂(CaO 62%, SiO2 24%, Al2O3 7%, Fe2O3 5%) 20% ; 制备步骤:
(1)称量:按配方(CaO 62%,SiO2 24%,Al2O3 7%,Fe2O3 5%)称取Ikg无机胶凝剂原料,粉磨,得混合料。
[0030] (2)煅烧:将混合料放入窑中,1550°C煅烧,保温Ih后自然冷却。
[0031] (3)粉磨:将煅烧后得到的无机胶凝剂进行球磨,过筛,备用。
[0032] (4)混料:将椰壳活性炭材料、无机胶凝剂按上述比例称量Ikg原料,投入行星球磨机中,球磨lh,控制混勻程度。
[0033] (5)造粒:将混勻后的粉体加入占粉体质量50%水后、混合、过10目筛。
[0034] (6)成型:将经过造粒后的粉料置于钢模中,压制成型,放置一天。
[0035] (7)养护:将制备好的样品放在水中养护7天后,取出,晾干,即得到本发明的产
P
ΡΠ O
[0036] 性能测试:
(1)碘吸附值:633· 96mg/g
(2)甲醛吸附量:352· 15mg/g
(3)苯吸附量:289. 09mg/g
(4)抗压强度:6. 2IMPa 实施例3 :
利用市售煤质活性炭、无机胶凝剂为原料制备无机胶凝炭材料,其原料配方如下:煤质活性炭 40%,无机胶凝剂(CaO 69%, SiO2 20%, Al2O3 6%, Fe2O3 5%) 60% ; 制备步骤:
(1)称量:按配方(CaO 69%,SiO2 20%, Al2O3 6%,Fe2O3 5%)称取Ikg无机胶凝剂原料,粉磨,得混合料。
[0037] (2)煅烧:将混合料放入窑中,1500°C煅烧,保温1. 5h后自然冷却。
[0038] (3)粉磨:将煅烧后得到的无机胶凝剂进行球磨,过筛,备用。
[0039] (4)混料:将煤质活性炭材料、无机胶凝剂按比例称量,投入行星球磨机中,球磨 lh,控制混勻程度。
[0040] (5)造粒:将混勻后的粉体加入占粉体质量35%水后、混合、过10目筛。
[0041] (6)成型:将经过造粒后的粉料置于钢模中,压制成型,放置一天。
[0042] (7)养护:将制备好的样品放在水中养护7天后,取出,晾干,即得到本发明的产
P
ΡΠ O
[0043] 性能测试:
(1)碘吸附值:347. 52mg/g
(2)甲醛吸附量:167.25mg/g
(3)苯吸附量:127.63mg/g(4)抗压强度:20. 33MPa 实施例4 :
利用市售椰壳活性炭、无机胶凝剂为原料制备无机胶凝炭材料其原料配方如下:椰壳活性炭 10%,特制无机胶凝剂(CaO 68%,SiO2 22%,Al2035%,Fe2O3 5%) 90%,外加水 30% ; 制备步骤:
(1)称量:按配方(CaO 68%,SiO2 22%,Al2O3 5%,Fe2035%)称取Ikg无机胶凝剂原料,粉磨,得混合料。
[0044] (2)煅烧:将混合料放入窑中,1500°C煅烧,保温1. 5h后自然冷却。
[0045] (3)粉磨:将煅烧后得到的无机胶凝剂进行球磨,过筛,备用。
[0046] (4)混料:将椰壳活性炭、无机胶凝剂按比例称量,投入行星球磨机中,球磨0. 5h, 控制混勻程度。
[0047] (5)造粒:将混勻后的粉体加入占粉体质量30%水后、混合、过10目筛。
[0048] (6)成型:将经过造粒后的粉料置于钢模中,压制成型,放置一天。
[0049] (7)养护:将制备好的样品放在水中养护7天后,取出,晾干,即得到本发明的产品。
[0050] 性能测试:
(5)碘吸附值:96. 23mg/g
(6)甲醛吸附量:61. 78mg/g
(7)苯吸附量:38. 3%ig/g
(8)抗压强度:25. 30MPa 实施例5 :
利用市售椰壳活性炭、无机胶凝剂为原料制备无机胶凝炭材料,其原料配方如下:椰壳活性炭 60%,无机胶凝剂(CaO 66%, SiO2 24%, Al2O3 6%, Fe2O3 4%) 40% ; 制备步骤:
(I)称量:按配方(CaO 66%,SiO2 24%, Al2O3 6%,Fe2O3 4%)称取Ikg无机胶凝剂原料,粉磨,得混合料。
[0051] (2)煅烧:将混合料投入回转窑中,1450°C煅烧1. 5h。
[0052] (3)粉磨:将煅烧后得到的无机胶凝剂进行球磨,过筛,备用。
[0053] (4)混料:将椰壳活性炭材料、无机胶凝剂按比例称量,投入行星球磨机中,球磨 0. 5-lh,控制混勻程度。
[0054] (5)加水:将混勻后的粉体加入占粉体质量60%自来水后,搅拌均勻,得到粘稠的浆料。
[0055] (6)成型:把浆料倒入塑料模具中,振实成型,放置一天。
[0056] (7)养护:将从塑料模具中取出的初凝的样品,放在水中养护7天后,取出,晾干, 即得到本发明的产品。
[0057] 性能测试:
(9)碘吸附值:416. 2;3mg/g (10)甲醛吸附量:237. 83mg/g
(II)苯吸附量:148. 36mg/g 抗压强度:8. 77Mpa。

Claims (6)

1. 一种无机胶凝炭材料,其特征在于:所述无机胶凝炭材料的原料按照质量百分比为:无机胶凝剂20-90% ;活性炭粉末80-10%。
2.根据权利要求1所述的无机胶凝炭材料,其特征在于:所述的无机胶凝剂的配方按重量比为 CaO 62-69%, SiO2 20-24%,Al2O3 4-7%, Fe2O3 2-5%„
3.根据权利要求2所述的无机胶凝炭材料,其特征在于:所述的无机胶凝剂的制备方法包括以下步骤:称量、混料、煅烧、磨细、密封保存。
4.根据权利要求3所述的无机胶凝炭材料,其特征在于:所述煅烧的条件为:煅烧温度为1400-1550°C,保温l_2h,自然冷却。
5. 一种如权利要求1-4中任一条中所述的无机胶凝炭材料的制备方法,其特征在于: 所述制备方法包括:原料混和、成型、养护。
6.根据权利要求5所述的无机胶凝炭材料的制备方法,其特征在于:具体制备步骤如下:(1)混料:将原料投入混料机中,搅拌均勻;(2)加水:加水继续搅拌混合均勻,得到粉料或浆料;(3)成型:将加水混勻后的粉料或浆料置于模具中成型,脱模后置阴凉处放置M小时,使其初凝;(4)养护:将步骤(3)制备好的半成品放在水中养护7天以上,取出、晾干,即得到产
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