CN103408006B

CN103408006B - 低硫活性炭制备工艺

Info

Publication number: CN103408006B
Application number: CN201310316075.6A
Authority: CN
Inventors: 姚正飞; 姚海华; 顾永华; 其他发明人请求不公开姓名
Original assignee: NANTONG BINHAI ACTIVE CARBON CO Ltd; SHANGHAI ZHENGHAI ACTIVE CARBON CO Ltd
Current assignee: Nantong Binhai Active Carbon Co., Ltd.; Shanghai Zhenghai Active Carbon Co., Ltd.
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2033-07-26
Also published as: CN103408006A

Abstract

本发明提供了一种低硫活性炭制备工艺，在炭化工序和活化工序中，增加脱硫工序和碱洗工序、干燥工序，即将10%至30%的脱硫剂喷入炭化料中以氧化其中的硫元素，使其成为水溶性的化合物漂洗除去，再采用氨水等碱液调节至中性后干燥处理。炭化工序中，可采用磷酸二氢铵或氯化铵的炭化剂在160-330度的工况下浸泽炭化料进行炭化处理。脱硫剂优选浓度60%~70%的硝酸与浓度为25%-37%的盐酸的共混物。本发明的方法能够有效脱除活性炭中的硫元素，使得活性炭的应用领域更广效果更好，而且活性炭颗粒的孔隙率得以提高，其吸附性能明显改善。

Description

低硫活性炭制备工艺

技术领域

本发明涉及一种工业上使用的活性炭的制备工艺。

背景技术

制备活性炭，需要先制备炭化料中间体。

在制取炭化料的炭化工序和最后制成活性炭的活化工序中，

用于制作炭化料的含炭原料一般为煤炭、木材、果壳或植物根茎等。而硫是植物的必备营养元素中的一种，在植株干重中占有千分之几的含量（硫元素进入植物体内的途径：自土壤中吸收硫酸盐，经生化作用，转化为半胱氨酸、蛋白质等含硫生物质；故来自植物的煤炭、木材果壳等均含有硫元素）。含炭原料经过炭化工序（一般为400度至600度温度的隔绝空气闷烧处理），得到炭化料；炭化料再进行活化（一般是在低氧环境下，通入蒸汽或二氧化碳等活化气，600度至1000度温度的处理），产生发达的孔隙，得到具有很强的物理吸附和化学吸附功能的活性炭。

制成的活性炭中，一部分硫元素会转化为负二价的硫化物，如硫化亚铁、硫化亚汞等等高熔点物质，并残留于活性炭中。

而在一些特殊工业应用中，需要选用含硫量很低的活性炭。例如制作钯炭催化剂，用于对苯二甲酸加氢精制工序中，钯炭正常使用寿命为2年，但含硫元素的活性炭用作该催化剂载体（如载钯）时，会加速催化剂的流失，甚至快速失活，即出现催化剂的硫中毒现象，使用寿命会缩短至一个月。故作为催化剂载体使用的活性炭含硫量越低越好，一般含硫量要求低于0.3mg/kg。

专利申请号为CN200710066064.1的“一种活性炭的制备方法”，特别涉及一种利用核桃果壳为原料制备活性炭的方法。由以下步骤组成：a.备料：将核桃壳筛选、干燥、破碎，得工艺核桃壳后备用；b.配液：将磷酸、丙酮、氯矾和重油化工产品混合，得工艺化学溶液备用；c.混合：工艺核桃壳与化学溶液混合，搅拌，得混合液；d.炭活化：将混合液进行炭活化，得带酸颗粒活性炭；e.漂洗：对带酸颗粒进行漂洗，去酸，同时回收废酸；f.干燥：对经漂洗的颗粒活性炭进行干燥，包装即得。该发明在整个生产过程中，使用了磷酸处理剂和漂洗过程，对活性炭中的硫等其它化学成分没有去除。

专利申请号为CN201010560012.1的发明提供了一种“利用秸秆类木质纤维素降解残渣制备活性炭的方法”，其包括：1)碱法处理秸秆类木质纤维素；2)酶解步骤1)得到的残渣；以及3)在高温条件下利用化学活化剂对2)得到的酶解残渣进行活化，制备活性炭产品。本发明提供的方法中，木质纤维素原料经碱法及酶法预处理后，得到的糖液可用于制备酒精、柠檬酸、木糖醇等生物发酵产品，酶解残渣用于制备活性炭。该发明仅采用碱发处理，虽提高了原料的利用率，但对改善活性炭的化学成分和吸附性能缺少作用。

专利申请号为CN201210171210.8的发明公开一种“活性炭的制备方法”，包括以下步骤：1）将龙眼壳和/或龙眼核粉碎，得原料粉末；2）将原料粉末与质量浓度为30%～60%的磷酸以2.5～3.5∶1（w/v）的浸渍比混合浸泡，浸泡时间为3～6小时；3）将浸泡后的原料粉末进行炭化和活化；4）将进行炭化和活化后的原料粉末用水洗涤至pH为5.5～6.5，烘干即得活性炭。所述的炭化和活化的过程为：在550℃～650℃的条件下，以氮气为保护气加热70～110分钟；或是在微波炉功率700～1000W的条件下，以氮气为保护气辐射10～30分钟。该制作方法所得活性炭吸附性能虽好，但是也不能去除其中有害的硫元素。

专利申请号为CN02117819.4的发明提供了一种产率较高，得到的产品在强度、气体分离性能和吸附性能均较好的“活性炭生产方法”。包括对含炭原料的预处理，炭化和在活化剂存在下的活化步骤，最后得到活性炭，所述炭化和活化过程至少有一个是在加压条件下进行的。炭化过程的压力范围是0.2－15Mpa，其炭化升温速度为2－8℃，终止温度为400 －650℃。活化过程的压力范围是0.2－10Mpa，其温度为650 －1000℃。该发明的虽有提及得到高档的烟气脱硫活性炭，但是技术公开不充分，其工艺过程与得到的脱硫产物缺少有机的联系，缺少符合化学原理的分析和说明，缺少实用性。

在中国百科网http://www.chinabaike.com/article/316/327/2007/2007022156712.html的网页，介绍了可用硫酸液或盐酸蒸气作为碎呢炭化剂，以去除羊毛中植物性纤维素物质的工艺，虽能去除掉其中微量的硫元素，但是其技术目的不是去除硫元素，也去除不彻底。

发明内容

发明目的：克服原有活性炭中硫元素含量较高，降低活性炭性能的缺陷，提供一种能够大幅度降低甚或彻底去除硫元素的活性炭制备工艺方法。

技术方案：本发明提供的低硫活性炭制备工艺，用含炭原料制备活性炭，在炭化工序和活化工序之间，还具有脱硫工序、碱洗工序、干燥工序；即包括如下具体工艺过程：

一、炭化工序：用煤炭、木材、果壳或植物根茎等含炭原料，制成炭化料；可以采用传统的闷烧炭化法或化学炭化法的炭化工序制取。

二、脱硫工序：在耐酸不锈钢、钛合金、耐酸玻璃钢或耐酸工程塑料（优选氟塑料或内衬氟塑料）的容器中，盛放炭化料。接着，在搅动炭化料的同时，将重量比（与炭化料的重量比较）为10%至30%的脱硫剂喷入炭化料中浸泡，以还原其中的硫元素（虽然硫元素在炭化料中含量低于1%，使用过量比例的脱硫剂的使用，可以使得负二价的硫化物先氧化成硫单质，再进一步氧化成硫酸根）；所述的脱硫剂为浓度50%~70%的硝酸（由于浓度过低的硝酸常温下难以与硫单质起化学反应，脱除硫元素不彻底，所以硝酸的浓度不易过低；浓度过高的硝酸与硫、碳均起过于强烈的化学反应，降低活性炭的成品率，所以硝酸的浓度也不易过高）。

硝酸、硫元素的反应方程式：

3S^2-+8HNO₃=3SO₄ ^2-+8NO+4 H₂O

经脱硫剂浸泡后的炭化料，其中硫元素经氧化成为水溶性的化合物，如硫酸、硫酸盐，用软水、蒸馏水或无离子水漂洗1至4次，洗脱该水溶性的化合物。

三、碱洗工序：采用氢氧化钠、氢氧化钾、氨气或氨水后，将炭化料调节至中性并干燥。

四、干燥工序：将炭化料干燥处理。

五、将干燥的炭化料送入活化工序；活化工序可以是采用磷酸或氯化钾的低温（400℃至600℃）活化法，也可以是采用高温（800℃至1200℃）氧化性气体（如蒸汽、二氧化碳气体）活化法，制备低含硫量的活性炭。

本发明的工艺过程一中，可以先将含炭原料浸泽于炭化剂；所述的炭化剂为磷酸、磷酸二氢铵、氯化铵溶液，在150度至400度温度下进行闷烧处理的炭化工序，得到粉状、无定型颗粒或成型颗粒状的炭化料。粉状炭粒径从10目至500目，颗粒炭粒径自0.5毫米至10毫米。

优选炭化剂为磷酸二氢铵、氯化铵，优选在160-330度的工况下进行闷烧处理的炭化工序。

而已有的研究表明：磷酸对活性炭的孔结构有强烈的影响，高浓度磷酸浸渍有利于活性炭孔隙的发展，但是高温浸渍会促进原料对磷酸分子的吸收，加速浸渍过程中过度腐蚀反应的进行。比如，磷酸浸毛竹，使得毛竹的质量不断减少，其质量损失主要集中在100℃左右以及500-700℃的温度区间。

本发明的研究表明：相比于磷酸的强烈影响、难以控制对炭化料产生的不良影响，磷酸二氢铵、氯化铵具有微酸性（因为硝酸铵虽也具有微酸性，但是加温到110度时，即分解，甚至爆炸，不适合与能燃的炭化料反应；而氯化铵在337度内不会全部分解，比较稳定；磷酸二氢铵在空气中稳定，温度高于熔点190℃时分解失去氨和水，形成偏磷酸铵和磷酸和混合物，分解后对炭化料仍然起作用。而且磷酸二氢铵、氯化铵可具有防火剂作用，使得与炭化料的反应体系安全），对炭化料有加速炭化反应，加速活化（或在炭化阶段即开始部分活化反应）的作用，而且反应程度又不过于强烈。

工艺过程二中，优选脱硫剂为浓度60%~70%的硝酸与浓度为25%-37%的盐酸的共混物，硝酸与盐酸的摩尔比为1-4：1；盐酸的存在加快脱硫反应过程。

盐酸的存在强化硝酸的氧化性，可加快将硫化铁、硫化汞等无机硫化物氧化成硫酸或硫酸盐的速度，其原理类似于王水对金、银、铂等贵金属的化学反应，减低阳极的电极电位，加速溶解和反应过程。但是，本发明与王水（硝酸与盐酸的摩尔比为1：3）不同的是盐酸与硝酸的比例（本发明的比例保证溶液的氧化性不会过强，免得活性炭的有效成分碳元素被大量氧化消耗，免得反应容器被腐蚀。同时，该比例保证硫元素被氧化的同时，有少量的碳元素被氧化，这样的氧化使得炭化料中形成大量的微孔结构，有助于提高活性炭的吸附性能）。

工艺过程四中，优选氨水碱洗作业，使得水溶性的化合物变为硫酸铵，无须处理直接排放至农田，做为含氮肥料使用。

有益效果：

本发明能够提供了一种有效的活性炭中脱除硫元素的方法，脱除硫元素干净、彻底，所得活性炭可以用作其它多种化学反应的催化剂载体；活性炭颗粒中微孔孔隙率提高，吸附性能明显改善。相比于传统炭化料的制备工艺，本发明还可以采用磷酸二氢铵、氯化铵作炭化料的炭化剂，使得炭化工序需要的温度减低，节能降耗。反应体系安全性高，反应中基本没有三废的排放，本工艺可以满足大规模的活性炭工业化生产使用。

附图说明

图1是本发明的一个工艺流程图。

具体实施方式

实施例：

如图1所示的低硫活性炭制备工艺，具体工艺过程如下：

一、先将含炭原料浸泽于磷酸二氢铵溶液；在180度至360度温度下进行闷烧处理的炭化工序。

二、脱硫工序：在氟塑料的容器中，盛放炭化料；接着，在搅动炭化料的同时，将重量比为20%、浓度为60%的硝酸与浓度为30%的盐酸的共混物（硝酸与盐酸的摩尔比为2:1）作为脱硫剂喷入炭化料中浸泡，以氧化其中的硫元素；经脱硫剂浸泡后的炭化料，其中硫元素经氧化成为水溶性的化合物，如硫酸、硫酸盐，用软水、蒸馏水或无离子水漂洗2次，洗脱该水溶性的化合物。

三、采用氨水碱洗工序后，将炭化料调节至中性。

四、将炭化料干燥工序的处理。

五、将干燥的炭化料送入活化工序。

Claims

1.一种低硫活性炭制备工艺，用于含炭原料制备活性炭，具有炭化工序和活化工序，其特征在于：在炭化工序和活化工序之间，还具有脱硫工序、碱洗工序、干燥工序，具体工艺过程如下：

一、炭化工序：先将含炭原料浸泽于磷酸二氢铵溶液；在180℃至360℃温度下进行闷烧处理；

二、脱硫工序：在氟塑料的容器中，盛放炭化料；接着，在搅动炭化料的同时，将重量比为20%、浓度为60%的硝酸与浓度为30%、硝酸与其摩尔比为2:1的盐酸的共混物作为脱硫剂喷入炭化料中浸泡，以氧化其中的硫元素；经脱硫剂浸泡后的炭化料，其中硫元素经氧化成为水溶性的化合物硫酸、硫酸盐，用软水、蒸馏水或无离子水漂洗2次，洗脱该水溶性的化合物；

三、碱洗工序：采用氨水碱洗工序后，将炭化料调节至中性；

四、干燥工序：将炭化料干燥处理；

五、活化工序：将干燥的炭化料送入活化工序。

2.如权利要求1所述的低硫活性炭制备工艺，其特征在于：所述的炭化工序中，在330℃的工况下进行闷烧处理。