CN104163426A - 一种活性炭制备方法及芦竹活性炭 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种活性炭的制备方法以及以芦竹为原料制备的活性炭，并利用炉灰作为添加剂，利用炉灰中富含的碱金属盐能够大大加快原料中挥发分的析出速率，从而缩短炭化时间并提高产品品质。制备过程包括碳化、活化、风选分离、酸洗脱灰、漂洗和干燥几个步骤。本发明芦竹活性炭制备方法不仅充分利用了人工湿地废弃的植物资源，提高了湿地植物的附加经济价值，拓宽了活性炭生产的原料来源渠道，而且在一定程度上缩短了制备过程的耗时，提高了产品品质，具有成本低廉、制作工艺简单等优点。

Description

一种活性炭制备方法及芦竹活性炭
技术领域
本发明涉及一种活性炭的制备方法和芦竹活性炭，特别是一种具有较大比表面积和碘吸附值芦竹活性炭，该芦竹活性炭可用于水处理及废气治理技术领域。 
背景技术
活性炭是一种优良的吸附材料，广泛应用于制药、化工、食品、冶金等各个领域。随着人们对环境保护关注度的提高，各行业对活性炭的需求也不断增加。目前，制备活性炭的原料仍然以煤炭、木材、果壳为主，然而受到原料来源的限制，活性炭的供应价格居高不下。于是，开发廉价易得的活性炭原料，降低活性炭生产成本越来越受到重视。 
芦竹为多年生草本植物，不仅能够美化水体景观，还具有较强的水质净化功能，是人工湿地生态修复的常用植物。然而，芦竹繁殖速度快，每年都需要进行收割，收割下来的芦竹茎秆往往作为废弃物处置，不仅占用了土地、增加了人工湿地的运行管理成本、还造成了植物资源的浪费。芦竹单位产量高(年平均亩产量可达3～5吨)，且植株组织中主要为纤维素、半纤维素和木质素，灰分含量仅不到0.5％，使的芦竹成为一种潜在的、优质的活性炭制备原料。因此，开发芦竹制备活性炭技术，不仅是废弃物的再利用，同时能够解决现有活性炭生产资源紧张的状况。 
中国专利申请CN100389063C公开了“活性芦竹炭的炭化及造孔制备方法”，利用芦竹的根和茎进行炭化造孔，制作成活性炭，制备工艺包括粉碎、烘干、炭化和造孔等过程。然而该制备方法耗时较长、生产效率偏低、所得活性炭品质不佳。 
生物质原料中富含K、Na、Ca、Mg等金属元素，通常以氧化物、硅化物、碳酸盐、硫酸盐、氯化物和磷酸盐的形式存在，这些矿物质盐经热化学转化后在灰分中富集，同时也在生物质炭化过程中起着重要的催化作用，对炭化产物分布和产品理化特性产生影响。已有研究表明碱金属盐对生物质的热解有明显地促进作用，能够提高固体碳的产量，并增大其有效比表面积。如果能够充分利用生物质原料自身的矿物质盐作为催化剂，能够提高炭化效率和活性炭的品质。 
发明内容
本发明针对现有活性炭制备技术存在的成本高、原料供应受限、制备过程耗时长等不足，提供一种简单、环保的芦竹制备活性炭的方法。本方法不仅为人工湿地废弃芦竹的综合利用提供了新途径，使之变废为利，而且拓展了活性炭制备的原料来源。 
本发明的技术方案是：以芦竹为原料制备活性炭，并利用炉灰作为添加剂，利用炉灰中富含的碱金属盐能够大大加快原料中挥发分的析出速率，从而缩短炭化时间并提高产品品质。制备过程包括碳化、活化、风选分离、酸洗脱灰、漂洗和干燥几个步骤。 
本发明的优选方式是：采用的炉灰为炭化工序供热的各类生物质燃料燃烧后的底灰；炉灰添加量为10-30％(质量百分比)；炭化温度为400～600℃；炭化时间10～30min；活化温度700～900℃；活化时间30～120min。 
本发明还提供一种芦竹活性炭，具有较大的比表面积和良好的吸附性能。其化学特性如表1所示，主要性能指标均达到GB/T 13803.2-1999中一级品的标准要求。 
表1：芦竹活性炭物理化学特性 
本发明芦竹活性炭制备方法不仅充分利用了人工湿地废弃的植物资源，提高了湿地植物的附加经济价值，拓宽了活性炭生产的原料来源渠道，而且在一定程度上缩短了制备过程的耗时，提高了产品品质，具有成本低廉、制作工艺简单等优点。 
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作较为详细的描述。具体实施方式： 
以下实施例中，生产芦竹活性炭包括以下步骤： 
步骤(1)，预处理。芦竹收割后去叶取茎，自然晾晒1～2天去除水分，然后破碎成粉末，过筛至20目。 
步骤(2)，炭化。将芦竹粉末与炭化炉底灰按一定比例混合，送至炭化炉中进行炭化。所用炭化炉底灰可以是为炭化工序供热的各类生物质燃料(如锯末、废弃湿地植物)燃烧后的底灰。底灰掺入量(质量分数)为10～30％。炭化工序在隔绝空气的条件下进行，炭化炉温为400～600℃，炭化时间10～30min。 
步骤(3)，活化。在炭化炉中继续通入活化剂对炭化产物进行活化，活化剂为空气和水蒸气的混合气体，水蒸气浓度为保持在5～30％，活化温度700～900℃，活化时间30～120min。 
步骤(4)，风选分离。炭化炉自然冷却至室温后，取出炭化料，进行风选分离，去除混合料中大部分底灰。 
步骤(5)，酸洗脱灰。对分离底灰后的活性炭产品，采用质量浓度10～25％的盐酸溶 液浸泡、酸洗15～60min。 
步骤(6)，漂洗。用去离子水对酸洗后的物料进行漂洗，至pH值5～7。 
步骤(7)，干燥。将得到的物料再烘烤2～4h，温度控制为105-135℃，冷却至室温后即制得芦竹活性炭成品。 
实施例1 
自然晒干的芦竹破碎成粉末，过筛至20目，掺入30％的炭化炉底灰后进行炭化，炭化炉温为600℃，炭化时间10min。继续通入空气和水蒸气的混合气体进行活化，水蒸气浓度为15％，活化温度800℃，活化时间30min。炭化炉自然冷却至室温后，取出炭化料，进行风选分离、酸洗脱灰、漂洗、干燥后即制得芦竹活性炭成品。 
实施例2 
自然晒干的芦竹破碎成粉末，过筛至20目，掺入20％的炭化炉底灰后进行炭化，炭化炉温为500℃，炭化时间20min。继续通入空气和水蒸气的混合气体进行活化，水蒸气浓度为10％，活化温度800℃，活化时间60min。炭化炉自然冷却至室温后，取出炭化料，进行风选分离、酸洗脱灰、漂洗、干燥后即制得芦竹活性炭成品。 
实施例3 
自然晒干的芦竹破碎成粉末，过筛至20目，掺入10％的炭化炉底灰后进行炭化，炭化炉温为400℃，炭化时间30min。继续通入空气和水蒸气的混合气体进行活化，水蒸气浓度为20％，活化温度700℃，活化时间60min。炭化炉自然冷却至室温后，取出炭化料，进行风选分离、酸洗脱灰、漂洗、干燥后即制得芦竹活性炭成品。 
实施例4 
自然晒干的芦竹破碎成粉末，过筛至20目，掺入10％的炭化炉底灰后进行炭化，炭化炉温为600℃，炭化时间30min。继续通入空气和水蒸气的混合气体进行活化，水蒸气浓度为30％，活化温度900℃，活化时间60min。炭化炉自然冷却至室温后，取出炭化料，进行风选分离、酸洗脱灰、漂洗、干燥后即制得芦竹活性炭成品。 
实施例5 
自然晒干的芦竹破碎成粉末，过筛至20目，掺入10％的炭化炉底灰后进行炭化，炭化炉温为600℃，炭化时间30min。继续通入空气和水蒸气的混合气体进行活化，水蒸气浓度为30％，活化温度800℃，活化时间40min。炭化炉自然冷却至室温后，取出炭化料，进行风选分离、酸洗脱灰、漂洗、干燥后即制得芦竹活性炭成品。 
  得率(％) 比表面积(m2/g) 碘吸附值(mg/g)
实施例1 30.1 1017.6 875.4
 
实施例2 37.3 858.4 633.2
实施例3 35.4 774.1 532.5
实施例4 26.1 1004.5 859.7
实施例5 28.5 993.6 771.0
本发明芦竹活性炭的得率为26.1～37.3％，比表面积774.1～1017.6m2/g，碘吸附值532.5～875.4mg/L。在最佳条件下制得的活性炭成品的主要物理化学性质如下，比表面积1017.6m2/g，碘吸附值达到875.4mg/L。表观密度、粒度、水分含量、pH值、灰分含量等指标均达到GB/T 13803.2-1999中一级品的标准要求。 

Claims (5)

1.一种活性炭的制备方法，以芦竹为原料制备活性炭，包括碳化、活化、风选分离、酸洗脱灰步骤、漂洗和干燥步骤；其特征在于：在碳化步骤中添加一定量的炉灰与芦竹原料共同炭化制备活性炭。
2.根据权利要求1所述的活性炭的制备方法，其特征在于：炉灰的添加量为10-30%（质量百分比）。
3.根据权利要求1所述的活性炭的制备方法，其特征在于：炭化温度为400~600 ℃，炭化时间20~60 min。
4.根据权利要求1至3中任一所述的活性炭的制备方法，其特征在于：所述的炉灰为炭化工序供热的各类生物质燃料燃烧后的底灰。
5.一种根据权利要求1到4所述的制备方法的芦竹活性炭，其特征在于：所述的活性炭物理化学特性如下表：
表观密度（g/mL） 水分（%） 灰分（%） pH值 比表面积（m2/g） 碘吸附值（mg/g） 0.47 3.7 2.5 6.3 1017.6 875.4
。
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