CN102430385A

CN102430385A - 利用粉煤灰制备碳吸附板的工艺及其制备的碳吸附板

Info

Publication number: CN102430385A
Application number: CN2011102694371A
Authority: CN
Inventors: 许闽清
Original assignee: FUJIAN LONGYAN LONGNENG FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATION Co Ltd
Current assignee: FUJIAN LONGYAN LONGNENG FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATION Co Ltd
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2012-05-02
Anticipated expiration: 2031-09-13
Also published as: CN102430385B

Abstract

本发明公开了一种利用粉煤灰制备碳吸附板的工艺，其包括如下步骤：①按重量计，将35％-60％的絮状循环流化床锅炉粉煤灰、35％-60％的竹屑、5％-20％的酚醛树脂粘合剂混合；②搅拌步骤①中所得的混合物；③将步骤②中搅拌后的混合物铺装后预压；④将步骤③中预压后的混合物热压成母板；⑤烧结步骤④中得到的母板，生成碳吸附板。本发明的工艺充分利用了各原料的特性，最终生成的高碳、高强度、可重复再生使用的吸附板。本发明优选采用循环流化床锅炉的粉煤灰作为原料，利用其自身的多孔结构，便于造孔；同时该多孔结构对粘合剂具有较强的吸附作用，从而使各原料颗粒之间能更好地结合，使制得的碳吸附板具有更高的强度。

Description

利用粉煤灰制备碳吸附板的工艺及其制备的碳吸附板

技术领域

本发明涉及利用粉煤灰的循环利用，更具体地讲，本发明涉及一种利用粉煤灰制备碳吸附板的工艺及其制备的碳吸附板。

背景技术

许多工业废水，虽然采用了预处理和生化处理，某些污染物如COD、色度等含量仍居高不下，难以达到外排标准，因此需做进一步处理。活性炭吸附法可有效去除COD和色度，广泛用于废水的深度处理中。但对于像焦化、印染等行业废水，难以实际应用，原因是此类废水污染物浓度较高，吸附、再生操作频繁，导致运行费用太高，企业难以承受。

粉煤灰是一种工业废渣，来源广泛，价格极其低廉(仅为运费)。由于粉煤灰的化学组成和多孔性结构，使其具有一定的吸附能力，可有效地去除废水中的COD和色度等化学物质。粉煤灰在水处理中的应用形式有两种：(1)作为混凝剂，将粉煤灰用酸浸渍(大多数呈液态)或与其他混凝剂一起使用；其优点是费用低，效果好；其缺点是不易操作，所用剂量不易控制，容易造成浪费；(2)作为吸附剂，直接用于水处理中。其优点是成本低，其缺点是粉煤灰吸附量较小，吸附剂用量大。

中国专利200510043011.9公开了一种废水处理用粉煤灰复合吸附剂的制备方法，其制备过程如下：取160g粉煤灰，在行星球磨机上300r/min球磨5H得超细粉煤灰。称取20g超细粉煤灰，加入15％NaOH溶液80ml，置于恒温磁力搅拌器上80-100℃搅拌至反应物呈沥青状。加入10％H₂SO₄溶液5～15ml反应，搅拌均匀，用5～15ml浓度0.15％～0.18％氨水处理6H以上，烘干后破碎得产品。该专利的粉煤灰复合吸附剂具有良好的机械强度，对水溶液中的有机和无机污染物有较好的吸附、混凝效果。然而，制备该吸附剂需要多种化学试剂，其制备工艺复杂，生产成本高，且易造成环境污染；另外，对孔隙有贡献的碳仅来自粉煤灰，其最终产品的碳含量低。

中国专利申请200910021085.0公开了一种将粉煤灰水热合成高纯沸石和粉煤灰沸石吸附剂的工艺。工艺过程为：在粉煤灰中加入碱溶液，在水热条件下得到含硅元素和铝元素的溶液，在含铝和硅的溶液中加入一定量的可碱溶性Al₂O₃或SiO₂，水热反应一定时间制备高纯沸石。将粉煤灰或在水热条件下未溶解的粉煤灰，加入氢氧化钠或碳酸钠混合均匀(或在一定温度煅烧后)，水热反应，得到粉煤灰沸石吸附剂。该专利申请制备的高纯沸石纯度可达90％以上，制备的粉煤灰沸石吸附剂对重金属离子或有机废水有较强的吸附能力。

中国专利200910237024.8公开了一种对废弃物粉煤灰进行表面改性使其成为高吸附容量并具有杀菌性能的吸附材料的方法，其将20目的粉煤灰与无机酸改性剂溶液(HCl∶H₂SO₄＝1∶3的混合液)以液灰比为3∶1混合，在超声波作用下得到部分改性粉煤灰；以硅烷偶联剂处理粉煤灰表面，再利用硅烷偶联剂的反应活性进一步接枝反应，制得具有固定化聚季胺盐杀菌性能且吸附容量较高的吸附材料。该专利的生产方法需要大量的盐酸和硫酸，导致其生产成本高、污染环境。

中国专利03110906.3公开了一种改性粉煤灰吸附剂及应用其吸附剂处理废水的方法，选取粒度符合GB1596-91的粉煤灰35～70重量份，加入0.5～3M的硫酸30～60重量份，混合搅拌均匀；然后于62～90℃活化1～3小时；废水按0.5～2％重量百分比的比例加入上述吸附剂，搅拌2～30分钟，沉淀分离。处理后的废水中，CODCr＜100，去除率达到78％以上，色度＜20，去除率达到95％以上。该专利中以硫酸进行活化造孔，其生产成本高且污染环境。

中国专利200610134829.6公开了一种改性粉煤灰吸附剂的制备及将其用于处理2-仲丁基-4，6-二硝基苯酚生产废水的方法。选取160目粒度的粉煤灰，在30～40℃的温度下用双氧水溶液中浸渍，去离子水洗涤、过滤、烘干。然后加入0.1～1mol/L的盐酸溶液，混合搅拌均匀后，浸泡、活化，用去离子水洗涤、过滤、烘干。最后，用95％的乙醇溶液洗涤、烘干，制得改性粉煤灰吸附剂。在2-仲丁基-4，6-二硝基苯酚生产废水中，按照0.2％～2％重量百分含量的比例加入上述吸附剂，搅拌振荡10～40分钟，沉淀分离。处理后的废水CODCR小于7000MG/L，去除率可达75％以上，废水脱色率达60％以上。该吸附剂适用于高COD、高色度、强酸性的硝基酚类有机废水处理。

上述方案均以化学试剂对粉煤灰进行活化造孔处理，其生产成本高、污染环境且碳含量低。因此，提供一种制造成本低、无污染、碳含量高的利用粉煤灰制备碳吸附板的工艺及其制备的碳吸附板成为了业界需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种制造成本低、无污染、碳含量高的利用粉煤灰制备碳吸附板的工艺及其制备的碳吸附板。

一方面，为了实现上述目的，本发明提供了一种利用粉煤灰制备碳吸附板的工艺，其包括如下步骤：

①按重量计，将35％-60％的粉煤灰、35％-60％的竹屑和/或木屑、5％-20％的酚醛树脂粘合剂混合；

②搅拌步骤①中所得的混合物；

③将步骤②中搅拌后的混合物铺装后预压；

④将步骤③中预压后的混合物热压成母板；

⑤烧结步骤④中得到的母板，生成碳吸附板。

在上述本发明的工艺中，步骤④中所制备的母板的密度优选控制在1.0g/cm³-1.3g/cm³之间，更优选控制在1.0g/cm³-1.2g/cm³之间。根据本发明之发明人的实验观察，制备本发明之碳吸附板的母板，其密度最好高于由粉煤灰和竹屑制备的建筑模板或建筑型材的密度，因为相对高密度的母板在其烧结后更有利于形成致密的、高强度的碳吸附板。

在上述本发明的工艺中，步骤⑤中烧结母板的温度优选控制500℃-1000℃之间，更优选控制500℃-900℃之间，最优选控制在500℃-850℃之间。步骤⑤中烧结母板的温度即炭化温度越高，所造的孔隙越发达，所制备的碳吸附板的吸附能力越强，但是温度过高，也容易导致碳损失。

在上述本发明的工艺中，步骤①中所使用的粉煤灰优选为来自循环流化床锅炉的、絮状的粉煤灰。因为循环流化床锅炉的粉煤灰呈碱性，其碳含量通常为10％-12％，为海绵絮状，具有多孔结构，孔隙率一般在60％-78％，比表面积较大，具有较强的吸附能力，适于炭化及活化造孔；同时，其对粘合剂具有较强的吸附作用，从而使各原料颗粒之间能更好地结合，使制得的碳吸附板具有更高的强度；而来自煤粉炉的粉煤灰一般为玻璃球状。因而，本发明优选采用循环流化床锅炉的粉煤灰作为制造碳吸附板的原料。

在上述本发明的工艺中，步骤①中优选采用竹屑，因为竹屑中的竹纤维可以形成母板中的骨架，且容易与粘合剂结合，使制得的建筑母板具有较好的力学性能；另外，竹纤维在步骤⑤烧结的温度下炭化，形成较长的碳纤维骨架，同时产生竹醋液和竹焦油；其中，酸性的竹醋液和碱性的粉煤灰中和，竹焦油则进一步起粘合作用，使得最终形成的碳吸附板具有理想的强度，可以反复再生使用。但此处需要强调的是，采用木屑或者木屑与竹屑的混合物仍可制备出本发明的碳吸附板。

在上述本发明的工艺中，步骤①中之所以使用酚醛树脂粘合剂而不使用其它的粘合剂，是因为酚醛树脂能在步骤⑤烧结的温度下碳化，形成碳纤维，进而提高碳吸附板的碳含量和吸附能力。

优选地，根据本发明一实施方式，在本发明工艺步骤①中的各原料中，粉煤灰的含量为36％-50％，竹屑和/或木屑的含量为42％-55％，酚醛树脂粘合剂的含量为8％-15％；或者优选地，粉煤灰的含量为36％-46％，竹屑和/或木屑的含量为45％-55％，粘合剂的含量为8％-12％。

根据本发明一实施方式，按重量计，除所含的炭之外，步骤①中所使用的原料粉煤灰还包括：48％-52％的二氧化硅、6％-7％的氧化钙、20％-28％的三氧化二铝、5％-7.2％的三氧化二铁、1.8％-2.1％的氧化镁、1％-1.25％的三氧化硫。

根据本发明另一实施方式，在步骤①中，絮状循环流化床锅炉粉煤灰粉碎至粒度为260目-360目。

根据本发明又一实施方式，在步骤①中，竹屑粉碎至粒度为30-60目。

根据本发明一实施方式，步骤③中预压的压力控制在0.2MPa-2.0MPa之间，优选为0.4MPa-1.8MPa。

根据本发明一实施方式，步骤④中热压的温度控制在195℃-220℃之间。

根据本发明一实施方式，步骤④中热压的压力控制在1.2MPa-1.4MPa之间。

在本发明的工艺中，当步骤①中使用竹屑或者竹屑与木屑的混合物时，在步骤⑤中母板的烧结过程中，竹纤维在炭化的同时产生竹醋液，酸性的竹醋液和碱性的粉煤灰中和，形成类似莫来石的结构(3Al₂O₃-2SiO₂)，其具有耐高温、强度高、导热系数小的特点，使制得的碳吸附板形成所谓的“炭陶”结构，从而具有更高的强度。

根据本发明工艺所制得的碳吸附板的碳含量一般在30％-60％之间。

本发明中，各原料均含碳，均对最终生成的碳吸附板的碳含量有贡献；其充分利用了各原料的特性，使各原料在烧结时的反应产物进一步反应，没有反应副产物；其原料、工艺简单，成本低廉，无污染。本发明以循环流化床锅炉的粉煤灰作为原料，其自身即为多孔结构，更易造孔；另外该多孔结构对粘合剂具有较强的吸附作用，从而使各原料颗粒之间能更好地结合，使制得的碳吸附板具有更高的强度。

另一方面，为了实现本发明的目的，本发明还提供了一种根据上述本发明工艺所制备的碳吸附板。

优选地，本发明的碳吸附板具有类似莫来石的结构。

优选地，本发明的碳吸附板的碳含量在30％-60％之间(重量比)。

由于各原料均含碳，因而本发明的碳吸附板具有较高的碳含量；同时循环流化床锅炉粉煤灰自身便为多孔结构，因而该制得的碳吸附板具有充分的孔隙结构和较强的吸附能力。

与现有技术相比，本发明的工艺中充分利用了各原料的特性。其中，利用循环流化床锅炉的海绵絮状的粉煤灰的多孔结构，使烧结过程更易造孔，同时该多孔结构对粘合剂具有较强的吸附作用，从而使各原料颗粒之间能更好地结合，以提高碳吸附板的强度；利用竹纤维在炭化的同时产生竹醋液，酸性的竹醋液和碱性的粉煤灰中和，形成类似莫来石的结构，以进一步提高碳吸附板的强度；利用酚醛树脂粘合剂在烧结温度下的碳化，形成碳纤维，以提高碳吸附板的碳含量和吸附能力。

下面结合附图，利用具体的实施方式来对本发明作进一步的详细说明。需要说明的是，这些具体的实施方式并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的宗旨的前提下，都可进行适当地变动或改变，但这些变动或改变，属于本发明的等同替换，仍然在本发明之权利要求的保护范围内。

附图说明

图1是本发明利用粉煤灰制备碳吸附板的流程图。

具体实施方式

实施例1

本实施例利用粉煤灰制造碳吸附板，其所用的粉煤灰为循环流化床锅炉的粉煤灰，其为海绵絮状。该粉煤灰包括：48％-52％的二氧化硅、6％-7％的氧化钙、20％-28％的三氧化二铝、5％-7.2％的三氧化二铁、1.8％-2.1％的氧化镁、1％-1.25％的三氧化硫、10％-12％的炭(碳颗粒)。

如图1所示，本实施例利用粉煤灰制备碳吸附板的工艺，包括如下步骤：

①按重量计，将36％的絮状循环流化床锅炉粉煤灰、54％的竹屑、10％的酚醛树脂粘合剂混合；其中粉煤灰粉碎至粒度为280目，竹屑粉碎至粒度为60目；

②搅拌步骤①中所得的混合物；

③将步骤②中搅拌后的混合物铺装后，以0.8MPa的压力进行预压；

④将步骤③中预压后的混合物200℃下以1.4MPa的压力热压成密度为1.10g/cm³的母板。

⑤在500℃的温度下烧结步骤④中得到的母板，生成碳含量为50.88％的碳吸附板。

步骤④中，热压得到的母板的物理力学性能如下表：

密度g/cm³	含水率％	静曲强度MPa	弹性模量MPa
				1.10	5.8	8.8	1000

步骤⑤中，母板在烧结的过程中形成类似莫来石的结构。

制得的碳吸附板按重量计，包括36％絮状循环流化床锅炉粉煤灰、54％的竹屑、10％的酚醛树脂粘合剂；其碳含量为50.88％。其性能如下表：

实施例2

本实施例所用的粉煤灰原料与实施例1相同，其利用粉煤灰制备碳吸附板的工艺，包括如下步骤：

①按重量计，将45％的絮状循环流化床锅炉粉煤灰、45％的竹屑、10％的酚醛树脂粘合剂混合；其中粉煤灰粉碎至粒度为340目，竹屑粉碎至粒度为80目；

②搅拌步骤①中所得的混合物；

③将步骤②中搅拌后的混合物铺装后，以1.6MPa的压力进行预压；

④将步骤③中预压后的混合物210℃下以1.3MPa的压力热压成密度为1.08g/cm³的母板。

⑤在800℃的温度下烧结步骤④中得到的母板，生成碳含量为40.38％的碳吸附板。

步骤④中，热压得到的母板的物理力学性能如下表：

密度g/cm³	含水率％	静曲强度MPa	弹性模量MPa
				1.12	5.2	9.8	1010

步骤⑤中，母板在烧结的过程中形成类似莫来石的结构。

制得的碳吸附板按重量计，包括45％絮状循环流化床锅炉粉煤灰、45％的竹屑、10％的酚醛树脂粘合剂；其碳含量为50.88％。其性能如下表：

实施例3

本实施例与实施例1基本相同，但存在如下变化：用木屑代替了竹屑；步骤③中预压的压力为0.4MPa；步骤④中热压的温度为195℃；步骤⑤中的烧结温度为600℃。

实施例4

本实施例与实施例1基本相同，但存在如下变化：用木屑和竹屑1∶1的混合物代替了竹屑；步骤③中预压的压力为1.8MPa；步骤④中热压的温度为220℃；步骤⑤中的烧结温度为900℃。

Claims

1.一种利用粉煤灰制备碳吸附板的工艺，其包括如下步骤：

②搅拌步骤①中所得的混合物；

③将步骤②中搅拌后的混合物铺装后预压；

④将步骤③中预压后的混合物热压成母板；

⑤烧结步骤④中得到的母板，生成碳吸附板。

2.如权利要求1所述的工艺，其中，步骤④中所制备的母板的密度控制在1.0g/cm³-1.3g/cm³之间。

3.如权利要求1所述的工艺，其中，步骤⑤中烧结母板的温度控制500℃-1000℃之间。

4.如权利要求1所述的工艺，其中，步骤①中所使用的粉煤灰为絮状的循环流化床锅炉粉煤灰。

5.如权利要求4所述的工艺，其中，步骤①中所使用的粉煤灰为粉碎至粒度为260目-360目的、絮状的循环流化床锅炉粉煤灰。

6.如权利要求1-5之一所述的工艺，其中，步骤①中所使用的竹屑或木屑粉碎至粒度为30-60目。

7.如权利要求1所述的工艺，其中，步骤③中预压的压力在0.2MPa-2.0Mpa之间；步骤④中热压的温度在195℃-220℃之间，热压的压力在1.2MPa-1.4MPa之间。

8.一种按照权利要求1-7之一所述工艺制备的碳吸附板。

9.如权利要求8所述的碳吸附板，其中，所述的碳吸附板具有类似莫来石的结构。

10.如权利要求8或9所述的碳吸附板，其中，所述碳吸附板的碳含量为30％一60％。