CN104445183A - 木质粉状原料制光再生型中孔颗粒活性炭的方法及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明的内容是以木质粉状原料制备紫外光再生型颗粒活性炭的方法与工艺。将竹屑或木屑烘干到合适的含水量，将适当含水量的竹屑或木屑与一定浓度的磷酸溶液按适当屑酸比混合均匀，在适当温度下使木质原料中的木质素和纤维素进行低温热解塑化产生焦油，使塑化料更易粘结成型，用成型机制成柱状或球形颗粒，将颗粒物料在180～200℃的温度下进行干燥硬化，再在300～350℃下炭化适当时间，在450～500℃温度下活化适当时间，然后将活化炭经多次浸洗回收磷酸，用水漂洗活化炭直至其PH值≥3。最后用溶胶凝胶法在活化炭表面附载纳米二氧化钛TiO2催化剂，制成具有自身光照再生功能的中孔颗粒活性炭。
Description
一、技术领域
本发明涉及颗粒活性炭的制备方法，尤其是用木质粉状原料制备光再生型中孔颗粒活性炭的方法与工艺。
二、背景技术
活性炭广泛应用于液相脱色、有机废气的吸附、废水处理、饮用水净化等领域，而这些领域主要是利用活性炭吸附有机物的性能。活性炭在使用一段时间后达到吸附饱和就丧失其吸附性能，必须更换新的活性炭，活性炭的用量较大，使用成本较高。对于液相脱色、废水处理用的活性炭，要求中孔结构发达，目前主要是化学法制的粉状活性炭，在脱色后的固液分离过滤速度较慢，使用起来不方便，而活性炭在使用后的再生较麻烦。如果用中孔结构较发达、适合液相脱色和废水处理等应用，又能方便再生的颗粒活性炭，不仅使用后固液分离过滤速度较快，又能使用后方便再生，这将大大节省活性炭的用量，降低使用成本。因此，很有必要开发能胜任液相脱色、有机废气吸附、废水处理等应用的光照射即可再生的中孔型颗粒活性炭。目前，类似的紫外光再生型颗粒活性炭是以水蒸汽活化工艺制的煤质颗粒活性炭为原料，采用溶胶凝胶法在其表面附载二氧化钛TiO2催化剂，如刘守新撰写发表在《炭素》2004年第4期的文章“光催化再生型活性炭的研制”，其所用的原料是煤质颗粒活性炭，以微孔为主，不能胜任脱除有机物色素为主的液相脱色和废水处理等用途；类似的报导还有崔丹丹、蒋剑春等人发表在《生物质化学工程》上的文章“负载二氧化钛竹活性炭的制备及其性能的研究”，它是竹块为原料采用磷酸活化法制成活性炭后，再用溶胶凝胶法在其表面附载二氧化钛TiO2催化剂；申请号为200810115523.5的发明专利一种制备光催化活性炭的方法，它是以高硫石油焦和高硫煤等为原料，用氯化锌活化法制备成不定形颗粒活性炭，再采用溶胶凝胶法附载二氧化钛TiO2催化剂。未查到利用木质粉状原料制备光再生型中孔颗粒活性炭的报导。
三、发明内容
本发明的内容是以木质粉状原料制备紫外光再生型颗粒活性炭的方法与工艺。本发明的制备方法是这样的：将竹屑或木屑用筛选机去除泥沙和块状物及枝条，并用烘干设备烘干到合适的含水量，将适当含水量的竹屑或木屑与一定浓度的磷酸溶液按适当混合比搅拌捏和均匀，将混合料置于塑化设备中，使木质原料中的木质素和纤维素在100～110℃的温度下进行低温热解塑化产生焦油，再将塑化后的物料在螺旋挤出机中搅拌揉捏，使塑化料更易粘结成型，用成型机进行造粒，制成柱状或球形颗粒，然后将颗粒物料在180～200℃的温度下进行干燥和硬化处理。将干燥硬化后的颗粒物料在300～350℃下炭化适当时间，再在450～500℃温度下活化适当时间后倒入水中，经多次浸洗活化炭以回收磷酸再利用，最后用水漂洗活化炭直至其PH值≥3。
将钛酸四丁酯与浓度为1.0摩尔/升的硝酸溶液按1∶4的比例混合，在室温下搅拌适当时间制成TiO2溶胶，再用水稀释一倍，用浓度为1.0摩尔/升的氢氧化钠溶液调节稀释后溶胶的PH值为3，制得混浊溶胶，然后在此溶胶中加入适量上述方法制得的漂洗活化炭，加入的活化炭的干基量以钛酸四丁酯质量的4.5～5.5倍为宜，搅拌适当时间后将活性炭滤干，再用水清洗至洗出液呈中性。将清洗后的活化炭在110～130℃烘干，在氮气保护下450～500℃温度焖烧适当时间，经冷却即制得了本发明所述的光再生型中孔颗粒活性炭。制备工艺流程示意图如图1所示。
本发明的创新之处在于：以木质粉状原料与低于85％的磷酸溶液搅拌捏和、塑化、成型、炭化和活化制成活化炭，并在其表面附载纳米二氧化钛TiO2催化剂，制成的颗粒活性炭具有自身光照再生的功能。
四、附图说明
图1为本发明所述的制备光再生型中孔颗粒活性炭的工艺流程示意图。
五、具体实施方式
实例1
将500克松木屑在烘箱中105℃烘干，按料酸比1∶2称取1000克65％的磷酸溶液，将松木屑与磷酸溶液搅拌混合均匀，将混合料放置24小时。将该混合料在烘箱中110℃下塑化4小时，期间每隔1小时拌料一次，直至用手使劲捏物料有一定的粘结性，但不易捏成团的状态。将塑化后的物料用螺旋挤出机搅拌捏和数次，然后用成型机制成柱状或球状的颗粒，并在烘箱中200℃下干燥硬化。将硬化后的物料在300℃下炭化1小时，再升高温度至480℃继续活化2小时，然后将活化炭倒入水中，用水浸洗活化炭7次，每次浸泡15分钟，最后，用水漂洗活化炭至PH值不小于3备用。
称取浓度为1.0摩尔/升的硝酸溶液200克加入到1000毫升的烧杯中，在电动搅拌器的搅拌下滴加50克钛酸四丁酯到烧杯中，持续搅拌2小时，再加入250克水并搅拌均匀，用浓度为1.0摩尔/升的氢氧化钠溶液调节稀释后溶胶的PH值为3。称取折合干炭为250克的上述漂洗活化炭加入到烧杯中，并搅拌1小时，然后将活化炭滤干，并用清水至洗出液呈中性。将清洗后的活化炭在120℃烘干，在氮气保护下480℃温度焖烧2小时，经冷却即制得本发明所述的光再生型中孔颗粒活性炭。经检测该活性炭的比表面积为1845.35m2/g，亚甲基蓝吸附值为210mg/g。
实例2
将500克竹屑在烘箱中105℃烘干，按料酸比1∶2称取1000克75％的磷酸溶液，将烘干后的竹屑与磷酸溶液搅拌混合均匀，将混合料放置24小时。将该混合料在烘箱中110℃下塑化4小时，期间每隔1小时拌料一次，直至用手使劲捏物料有一定的粘结性，但不易捏成团的状态。将塑化后的物料用螺旋挤出机搅拌捏和数次，然后用成型机制成柱状或球状的颗粒，并在烘箱中200℃下干燥硬化。将硬化后的物料在300℃下炭化1小时，再升高温度至480℃继续活化2小时，然后将活化炭倒入水中，用水浸洗活化料7次，每次浸泡15分钟，最后，用水漂洗活化炭至PH值不小于3备用。
称取浓度为1.0摩尔/升的硝酸溶液200克加入到1000毫升的烧杯中，在电动搅拌器的搅拌下滴加50克钛酸四丁酯到烧杯，持续搅拌2小时，再加入250克水并搅拌均匀，用浓度为1.0摩尔/升的氢氧化钠溶液调节稀释后溶胶的PH值为3。称取折合干炭为250克的上述漂洗活化炭倒入烧杯中，并搅拌1小时，然后将活化炭滤干，并用清水至洗出液呈中性。将清洗后的活化炭在120℃烘干，在氮气保护下480℃温度焖烧2小时，经冷却即制得了本发明所述的光再生型中孔颗粒活性炭。经检测该活性炭的比表面积为1955.12m2/g，亚甲基蓝吸附值为225mg/g。
Claims (2)
1.木质粉状原料制光再生型中孔颗粒活性炭的方法及工艺，其特征为：木质粉状原料在磷酸作用于100～110℃的低温下热解塑化产生焦油，使塑化料更易粘结成型，用成型机制成柱状或球形颗粒，并经180～200℃的干燥硬化和300～350℃的炭化及450～500℃温度的活化制成活化炭，并用水浸洗至PH值不小于3。
2.根据要求1所述的木质粉状原料制光再生型中孔颗粒活性炭的方法及工艺，其特征是：用胶凝胶法在活化炭的表面附载纳米二氧化钛TiO2催化剂，并经450～500℃温度隔氧焖烧制得的颗粒活性炭具有在紫外光照射下能自行再生的功能。
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