CN104211061A

CN104211061A - 一种柱状竹质活性炭的制备方法

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Publication number: CN104211061A
Application number: CN201410422905.8A
Authority: CN
Inventors: 王学忠; 赵乾; 刘培成; 张小宁; 李小明
Original assignee: NINGXIA HUAHUI ACTIVATED CARBON CO Ltd
Current assignee: Ningxia Huahui Environmental Protection Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2034-08-26
Also published as: CN104211061B

Abstract

本发明属于活性炭生产领域，特别涉及一种柱状竹质活性炭的制备方法，它包括如下步骤：一次绝氧干馏工艺、干燥磨粉、捏合、挤压成型、养护定型、二次绝氧干馏工艺、活化；本发明在生产过程中采用两次绝氧干馏工艺，竹材料一次绝氧干馏工艺为柱状竹炭塑形提供基础保证，二次绝氧干馏工艺通过控制投料量和炉窑转速保证了柱状成型产品的强度；同时，本发明在活化时掺配0.5～5%的颗粒煤，改善了活化炉内气体氛围，使柱状竹质活性炭的基本结构产出了不饱和价，提高了柱状竹质活性炭的强度和吸附性能；且制备工艺简单，成品炭不需要清洗处理，减少了环境污染和设备的腐蚀，降低了反应能耗。

Description

一种柱状竹质活性炭的制备方法

技术领域

本发明属于活性炭生产领域，特别涉及一种柱状竹质活性炭的制备方法。

背景技术

竹炭一般是3-5年以上的竹子或竹材加工剩余物高温绝氧干馏而成，竹炭固定碳含量大于85％、灰分含量2％-4％，炭质致密、比重较大、空隙多，比表面积可在500m²/g以上。竹质活性炭则是在竹炭的基础上进行深度活化，使其吸附性能得到极大地提高，比表面积可达1100m²/g以上，因其具有特殊的微孔结构和发达的比表面积，是一种很好的负载体，被广泛应用在各种工业应用领域中。同时，竹质活性炭在使用中还有较多不足之处，一是：由于受现有活化设备工艺的制约，竹质活性炭在力学强度上较差，影响了竹质活性炭的使用；二是：化学活化法制备的竹质活性炭与气体活化法相比，制备工艺冗繁、设备腐蚀严重、环境污染严重，成品炭须清洗处理才可使用。中国专利公开号为CN1128100C、CN101195485A、CN102502626A都公开了一种由竹质活性炭的制备方法，但其活化后成品炭都须经化学清洗处理才可使用，且制备工艺复杂，反应能耗较大。因此如何改进制造工艺，提高产品强度和吸附性能是开发竹质活性炭活化工艺的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种柱状竹质活性炭的制备方法。为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：

一种柱状竹质活性炭的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

(1)一次绝氧干馏工艺：将选用的竹子或竹加工废料、碎料通过干馏釜在270～350℃下绝氧干馏16小时制得竹炭原料；

(2)干燥磨粉：将一次绝氧干馏工艺制得的竹炭原料干燥至水分为1～5％后磨粉，磨粉细度200目通过率大于95％时得到竹炭粉；

(3)捏合：选择煤焦油，脱水至水分为0.5～4％，将步骤(2)制得的竹炭粉与煤焦油按10:3的比例在捏合成型搅拌锅里75～85℃保温混合搅拌20min；

(4)挤压成型：选用开孔径2～6mm的模具，将步骤(3)所得产品用14～16KG的压力通过液压机挤压成直径为2～6mm的柱形条；

(5)养护定型：挤压过的柱形条经养护机养护，干燥8～10小时，使柱形条定型；

(6)二次绝氧干馏工艺：定型后的柱形条转入炭化炉中在250～450℃的温度梯度内进行二次绝氧干馏30分钟，得到柱状竹炭半成品；

(7)活化：在850～880℃的活化温度下将柱状竹炭半成品掺配0.5～5％的颗粒煤一同投入活化炉，用水蒸气进行活化，至堆积比重达到300-350g/l后停止活化，经筛分得到柱状竹质活性炭；

所述捏合过程中加入的煤焦油为1000℃煤干馏所得的产品，其沥青含量≥50％；

所述二次绝氧干馏工艺炭化炉内的加料量为2kg，转速为15转/min；

所述活化过程中加入的颗粒煤种类为烟煤或无烟煤；

所述活化过程中加入的颗粒煤粒径为8～12mm；

所述一次绝氧干馏工艺制得的竹炭粉技术指标要求如下：挥发份10～16％、灰份1.5～4％、水份0.5～2％、固定碳75～86％；

所述二次绝氧干馏工艺制得的柱状竹炭半成品技术指标要求如下：挥发份6～9％、灰分6～10％、强度90～95％；

所述活化过程制得的柱状竹质活性炭技术指标要求如下：堆比重300～350g/l、碘值1100～1200mg/g、亚甲蓝250～330mg/g、CTC84～92％；

该制备方法改变原材料可用于生产木质、椰壳、果核类别的柱状活性炭。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)发明采用竹子或竹制品废料、碎料为原材料制备柱状活性炭，成品的外型尺寸可通过成型工艺在1-5mm柱径范围内随意控制，更好地满足使用环境对活性炭尺寸的要求。

(2)本发明在生产过程中采用两次绝氧干馏工艺，竹材料一次绝氧干馏工艺主要目的是脱氢氧及原材料中不稳定的组分，同时使原材料缓慢地进行热分解，阻止原材料中木焦油的产生，为柱状竹炭塑形提供基础保证；二次绝氧干馏工艺通过控制投料量和炉窑转速减少了成型条内含碳物质的无效挥发，实现了物料中固定碳含量的最大化，保证了柱状成型产品的强度。

(3)本发明在活化时掺配0.5～5％的颗粒煤，目的是在水蒸汽活化反应过程中使颗粒煤分解出多元组分，改善活化炉内气体氛围，构建柱状竹质活性炭特殊改性的条件，通过高温烧制，竹炭形成吸附所需要的微观孔隙结构，且表面结构出现不完整，加之灰分和其他杂原子的存在，使柱状竹质活性炭的基本结构产出了不饱和价，因而能够产生更强的吸附作用。本发明通过在活化时掺配不同比例颗粒煤，活性炭可达到如表1所示性能：

表1颗粒煤与竹炭按不同比例掺混活化6小时吸附指标

由表1可以看出，柱状竹质活性炭活化时掺配颗粒煤后，各吸附指标普遍增加，掺配2％颗粒煤与掺配5％颗粒煤相比较，各吸附指标变化不明显。因此，在柱状竹质活性炭的制备活化中掺配0.5～5％的无烟煤或烟煤组分后可实现本发明的目的，与引进的煤种、组分量关联不大。煤种的选择上应选择无烟煤或烟煤，也可根据工艺要求选用挥发份相对较高的其它煤种来增加活化组分。

(4)本发明的制备工艺简单，成品炭不需要清洗处理，减少了环境污染和设备的腐蚀，降低了反应能耗。

(5)本发明的制备工艺改变原材料可用于生产木质、椰壳、果核等类别的柱状活性炭。

具体实施方式

实施例一：

将选用的竹子或竹加工废料、碎料通过干馏釜在270℃下绝氧干馏16小时制得竹炭原料，将一次绝氧干馏工艺制得的竹炭原料干燥至水分为1％后磨粉，准确称量10g竹炭粉，选用200目国标筛筛分3min，准确称量筛下竹炭粉重，筛下重量占总重的百分比为96.7％，即200目通过率为96.7％，停止磨粉，得到竹炭粉，测定一次绝氧干馏工艺制得的竹炭粉技术参数为挥发份16.67％、灰份1.87％、水份1.15％、固定碳80.31％；选择1000℃煤干馏所得到的产品煤焦油，其沥青含量为60％，脱水至水分为0.6％，准确称量脱水后的煤焦油30kg、200目通过率为96.7％的竹炭粉100kg，在捏合成型搅拌锅里通入蒸汽加热到75℃保温混合搅拌20min；选用开孔径2mm的模具，将捏合成型所得产品用16kg的压力通过液压机挤压成直径为2mm的柱形条；挤压过的柱形条经养护机养护，干燥8小时，使柱形条定型；定型后的柱形条转入炭化炉中在250℃内进行二次绝氧干馏30分钟，炭化炉内的加料量为2kg，转速为15转/min，得到柱状竹炭半成品，测定二次绝氧干馏工艺制得的柱状竹炭半成品技术参数为挥发份8.23％、灰份6.75％、强度93％；在840℃的活化温度下将柱状竹炭半成品掺配粒径为8～12mm的0.5％烟煤一同投入活化炉中，用水蒸气进行活化，至堆积比重达到300g/l后停止活化，经12-30目国标筛筛分得到粒径为1mm的柱状竹质活性炭成品，测定成品的技术参数为堆积比重350g/l、碘值1128mg/g、亚甲蓝250mg/g、CTC84.74％。

实施例二：

将选用的竹子或竹加工废料、碎料通过干馏釜在310℃下绝氧干馏16小时制得竹炭原料，将一次绝氧干馏工艺制得的竹炭原料干燥至水分为3％后磨粉，准确称量10g竹炭粉，选用200目国标筛筛分3min，准确称量筛下竹炭粉重，筛下重量占总重的百分比为96.2％，即200目通过率为96.2％，停止磨粉，得到竹炭粉，测定一次绝氧干馏工艺制得的竹炭粉技术参数为挥发份11.63％、灰份2.92％、水份0.8％、固定碳85.3％；选择1000℃煤干馏所得到的产品煤焦油，其沥青含量为56％，脱水至水分为2.5％，准确称量脱水后的煤焦油30kg、200目通过率为96.2％的竹炭粉100kg，在捏合成型搅拌锅里通入蒸汽加热到80℃保温混合搅拌20min；选用开孔径4mm的模具，将捏合成型所得产品用15kg的压力通过液压机挤压成直径为4mm的柱形条；挤压过的柱形条经养护机养护，干燥9小时，使柱形条定型；定型后的柱形条转入炭化炉中在350℃内进行二次绝氧干馏30分钟，炭化炉内的加料量为2kg，转速为15转/min，得到柱状竹炭半成品，测定二次绝氧干馏工艺制得的柱状竹炭半成品技术参数为挥发份7.61％、灰份8.43％、强度94％；在860℃的活化温度下将柱状竹炭半成品掺配粒径为8～12mm的2％无烟煤一同投入活化炉中，用水蒸气进行活化，至堆积比重达到320g/l后停止活化，经6-8目国标筛筛分得到粒径为3mm的柱状竹质活性炭成品，测定成品的技术参数为堆积比重330g/l、碘值1189mg/g、亚甲蓝323mg/g、CTC92％。

实施例三：

将选用的竹子或竹加工废料、碎料通过干馏釜在350℃下绝氧干馏16小时制得竹炭原料，将一次绝氧干馏工艺制得的竹炭原料干燥至水分为5％后磨粉，准确称量10g竹炭粉，选用200目国标筛筛分3min，准确称量筛下竹炭粉重，筛下重量占总重的百分比为95.1％，即200目通过率为95.1％，停止磨粉，得到竹炭粉，测定一次绝氧干馏工艺制得的竹炭粉技术参数为挥发份13.65％、灰份3.91％、水份1.8％、固定碳75.27％；选择1000℃煤干馏所得到的产品煤焦油，其沥青含量为54％，脱水至水分为4％，准确称量脱水后的煤焦油30kg、200目通过率为95.1％的竹炭粉100kg，在捏合成型搅拌锅里通入蒸汽加热到85℃保温混合搅拌20min；选用开孔径6mm的模具，将捏合成型所得产品用14kg的压力通过液压机挤压成直径为6mm的柱形条；挤压过的柱形条经养护机养护，干燥10小时，使柱形条定型；定型后的柱形条转入炭化炉中在450℃内进行二次绝氧干馏30分钟，炭化炉内的加料量为2kg，转速为15转/min，得到柱状竹炭半成品，测定二次绝氧干馏工艺制得的柱状竹炭半成品技术参数为挥发份6.85％、灰份9.31％、强度95％；在880℃的活化温度下将柱状竹炭半成品掺配粒径为8～12mm的5％烟煤一同投入活化炉中，用水蒸气进行活化，至堆积比重达到350g/l后停止活化，经3-5目国标筛筛分得到粒径为5mm的柱状竹质活性炭成品，测定成品的技术参数为堆积比重300g/l、碘值1192mg/g、亚甲蓝320mg/g、CTC87.45％。

Claims

1.一种柱状竹质活性炭的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：

（1）一次绝氧干馏工艺：将选用的竹子或竹加工废料、碎料通过干馏釜在270～350℃下绝氧干馏16小时制得竹炭原料；

（2）干燥磨粉：将一次绝氧干馏工艺制得的竹炭原料干燥至水分为1～5%后磨粉，磨粉细度200目通过率大于95%时得到竹炭粉；

（3）捏合：选择煤焦油，脱水至水分为0.5～4%，将步骤（2）制得的竹炭粉与煤焦油按10:3的比例在捏合成型搅拌锅里75～85℃保温混合搅拌20min；

（4）挤压成型：选用开孔径2～6mm的模具，将步骤（3）所得产品用14～16kg的压力通过液压机挤压成直径为2～6mm的柱形条；

（5）养护定型：挤压过的柱形条经养护机养护，干燥8～10小时，使柱形条定型；

（6）二次绝氧干馏工艺：定型后的柱形条转入炭化炉中在250～450℃的温度梯度内进行二次绝氧干馏30分钟，得到柱状竹炭半成品；

（7）活化：在850～880℃的活化温度下将柱状竹炭半成品掺配0.5～5%的颗粒煤一同投入活化炉，用水蒸气进行活化，至堆积比重达到300-350g/l后停止活化，经筛分得到柱状竹质活性炭。

2.根据权利要求1所述的柱状竹质活性炭的制备方法，其特征在于：所述捏合过程中加入的煤焦油为1000℃煤干馏所得的产品，其沥青含量≥50%。

3.根据权利要求1所述的柱状竹质活性炭的制备方法，其特征在于：所述二次绝氧干馏工艺炭化炉内的加料量为2kg，转速为15转/ min。

4.根据权利要求1所述的柱状竹质活性炭的制备方法，其特征在于：所述活化过程中加入的颗粒煤种类为烟煤或无烟煤。

5.根据权利要求1所述的柱状竹质活性炭的制备方法，其特征在于：所述活化过程中加入的颗粒煤粒径为8～12mm。

6. 根据权利要求1所述的柱状竹质活性炭的制备方法，其特征在于：所述一次绝氧干馏工艺制得的竹炭粉技术指标要求如下：挥发份10～16%、灰份1.5～4%、水份0.5～2%、固定碳75～86%。

7. 根据权利要求1所述的柱状竹质活性炭的制备方法，其特征在于：所述二次绝氧干馏工艺制得的柱状竹炭半成品技术指标要求如下：挥发份6～9%、灰分6～10%、强度90～95%。

8. 根据权利要求1所述的柱状竹质活性炭的制备方法，其特征在于：所述活化过程制得的柱状竹质活性炭技术指标要求如下：堆比重300～350g/l、碘值1100～1200 mg/g、亚甲蓝250～330 mg/g、CTC 84～92%。

9. 根据权利要求1所述的柱状竹质活性炭的制备方法，其特征在于：该制备方法改变原材料可用于生产木质、椰壳、果核类别的柱状活性炭。