CN104628000A

CN104628000A - 一种柱状椰壳活性炭及其制备方法

Info

Publication number: CN104628000A
Application number: CN201510064269.0A
Authority: CN
Inventors: 倪军; 詹勇; 林建新; 林炳裕; 江莉龙
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2015-02-09
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2035-02-09
Also published as: CN104628000B

Abstract

本发明提供了一种高强度、高介孔率的柱状椰壳活性炭及其制备方法，其侧压强度可达210 N/cm，强度≥95%，介孔率介于70%~90%。其制备方法为：将预处理的椰壳破碎筛分，将一定粒度的木粉与特定的有机粘结剂混合均匀，在一定的磷木比下加入磷酸与适量的水，并依次进行浸渍、捏合、挤条成型、固化、炭化活化、洗涤、干燥后得到产物。在一定的高强度区间内，通过控制条件，比表面可达900~1600 m²/g，孔容0.4~0.8 cm³/g，介孔率介于70%~90%，可控性也是其优势之一。因其高强度及高介孔率的孔结构，可作为固定床反应器中的固体催化剂，在催化领域应用前景广阔。

Description

一种柱状椰壳活性炭及其制备方法

技术领域

本发明属于活性炭材料的制备领域，具体涉及一种柱状椰壳活性炭及其制备方法。

背景技术

活性炭由于其碳原子平面层杂乱且无规律地排列成“螺层状结构”，且都是以分子间力相互结合，因此，活性炭的耐磨损度、耐压强度都很差。同时，活性炭作为催化剂载体，越来越多的被运用到催化领域，具有一定强度及孔结构的成型活性炭日益受到人们的重视。

成型活性炭的制备通常可以分为两类：一类是以碳质前驱体为原料制备成型活性炭，另一类是直接以粉状活性炭为原料制备成型活性炭。通常对于粉状活性炭而言，其异常发达的孔隙结构，加大了成型的难度，同时，粘结剂的加入，也会对空隙结构进行堵塞、破坏，因此，要同时提高吸附性能与机械强度是十分困难的。而对于第一种制备方法，技术相对比较成熟，在工业中运用较为广泛，技术路线大体如下：碳质前驱体与活化剂、粘结剂混合→捏合→成型→炭化活化→洗涤→筛选。通常制备工艺对成型活性炭的性能具有很大的影响，尤其粘结剂的选择以及在炭化活化过程中温度和时间的控制。在传统的制备方法中，相关专利也涉及较多，专利CN 1528510A公开了一种木质车用颗粒活性炭及其制备方法，该方法并没有添加粘结剂，中孔率能达60%以上，柱状炭的强度达到85%，专利CN103058186A公开了一种以木屑为原料制备颗粒活性炭的方法，同样没有添加粘结剂，所得的颗粒炭具有较高的强度以及比表面，但介孔率并不高，而在催化领域，对成型活性炭的强度有更高的要求，同时，较高的微孔率并不适合作为催化剂载体，较高的介孔率才能进一步促进催化的进行，因此，发明一种具有高强度、并且具有较高介孔率的成型活性炭显得尤为重要。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术不足，提供一种具有高强度、较高介孔率的椰壳柱状活性炭。通过在活性炭制备过程中加入有机粘结剂，以及适当的工艺调节，实现比表面以及孔结构的调控，并达到较高的介孔率、高强度。

为了实现发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种柱状椰壳活性炭为椰壳经破碎、筛分后，加入有机粘结剂进行浸渍处理，再经成型、活化后制得的柱状活性炭；其侧压强度≥210 N/cm，介孔率在70%~90%。

一种制备如上所述的柱状椰壳活性炭的方法：包括以下步骤：

（1）椰壳的预处理：将干净的椰壳在1~10 wt%的强酸溶液中浸泡10~20h后，清洗烘干；

（2）破碎、筛分：经烘干的椰壳，经破碎磨粉，过100目~200目筛，烘干备用；

（3）浸渍处理：将步骤（2）制得的椰壳粉与有机粘结剂混合均匀，再加入活化剂、水，在30~50℃浸渍1~3h；

（4）炭化活化：将经挤压成型、固化成型处理的椰壳料置于气氛炉中炭化、活化，活化后的椰壳柱状炭，置于去离子水中洗涤至中性，烘干，得到柱状椰壳活性炭。

步骤（3）所述的有机粘结剂为田菁粉、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、淀粉中的一种或者两种混合，添加量为椰壳粉质量的1%~15%。

步骤（3）所述的活化剂为磷酸，磷酸与椰壳粉的质量比为0.25~2.0:1，水的加入量为椰壳粉质量的20%~60%。

步骤（4）所述的固化成型处理为：经挤压成型的椰壳料置于50~150℃的烘箱中固化定型，固化时间1~5h。

步骤（4）所述的炭化活化为：将柱状椰壳料置于气氛炉中炭化、活化，采用Ar氛围，流量控制在100~400 mL/min，终温控制在450~1100℃，维持1 h，升温速率控制为5 ℃/min。

本发明的显著优点在于：

1）本发明制得的柱状椰壳活性炭具有高强度，其侧压强度可达到210 N/cm，强度≥95%，高于实验室购买的商用椰壳柱状活性炭；介孔率介于70%~90%；

2）本发明通过对工艺进行适当的调节，可对比表面积、孔结构进行调控，同时满足高强度的要求，也能够得到较高的介孔率，更加适合于催化领域；

3）本发明选用有机粘结剂，只需少量添加，再通过对炭化活化温度与时间的调控，即可制备高强度、高介孔率的椰壳柱状活性炭。

具体实施方式

以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的包括范围不仅限于此。

实施例1

将干净的椰壳在5 wt%的硫酸溶液中浸泡15 h后，清洗烘干；然后将椰壳用粉碎机粉碎，过150目筛；取50 g椰壳粉备用，有机粘结剂选用田菁粉，添加量为4 g，加入磷酸，磷酸与椰壳粉的质量比选取1.5:1，水量控制为15 g，在40℃浸渍2h；混合均匀后，开始捏合，时间设置30min，然后置于挤条机中进行成型，随后柱状物料在150℃的烘箱中固化定型1h，接着将物料放入气氛炉中进行炭化活化，采用Ar气氛围，流量控制在300 mL/min，终温温度设定为500℃，恒温活化1h。活化好的柱状炭，经过漂洗，pH值至6~7，烘干即得样品，参数见下表。

实施例2

将干净的椰壳在10 wt%的盐酸溶液中浸泡10 h后，清洗烘干；然后用粉碎机粉碎，过150目筛；取50 g备用，有机粘结剂选用聚乙烯醇，添加量为4 g，加入磷酸，磷酸与椰壳粉的质量比为1:1，水量控制为15 g，在30℃浸渍3h，混合均匀后，开始捏合，时间设置30min，然后置于挤条机中进行成型，随后柱状物料在130℃的烘箱中固化定型3h，接着将物料放入气氛炉中进行炭化活化，采用Ar气氛围，流量控制在400 mL/min，终温温度设定为700℃，恒温活化1h。活化好的柱状炭，经过漂洗，pH值至6~7，烘干即得样品，参数见下表。

实施例3

将干净的椰壳在1wt%的强酸溶液中浸泡20h后，清洗烘干；然后用粉碎机粉碎，然后过150目筛；取50 g备用，有机粘结剂选用田菁粉与聚乙烯醇，混合质量比例为1:1，添加量为4g；然后加入磷酸，磷酸与椰壳分的质量比选取1:1，水量控制为15 g，在50℃浸渍1h；混合均匀后，开始捏合，时间设置30min，然后置于挤条机中进行成型，随后柱状物料在50℃的烘箱中固化定型3h，接着将物料放入气氛炉中进行炭化活化，采用Ar气氛围，流量控制在300 mL/min，终温温度设定为1100℃，恒温活化1h。活化好的柱状炭，经过漂洗，pH值至6~7，烘干即得样品，参数见下表。

实施例4

将干净的椰壳在7wt%的强酸溶液中浸泡13 h后，清洗烘干；然后用粉碎机粉碎，过150目筛，取50 g备用，有机粘结剂选用田菁粉与聚乙烯醇，混合质量比例为1:1，添加量为4 g；加入磷酸，磷酸与椰壳粉的质量比选取0.75:1，水量控制为25 g，在40℃浸渍2h；混合均匀后，开始捏合，时间设置30min，然后置于挤条机中进行成型，随后柱状物料在130℃的烘箱中固化定型1h，接着将物料放入气氛炉中进行炭化活化，采用Ar气氛围，流量控制在300 mL/min，终温温度设定为800℃，恒温活化1h。活化好的柱状炭，经过漂洗，pH值至6~7，烘干即得样品，参数见下表。

实施例5

将干净的椰壳在80 wt%的强酸溶液中浸泡15h后，清洗烘干；然后用粉碎机粉碎，过150目筛，取50g备用，有机粘结剂选用田菁粉与羧甲基纤维素钠，质量比例为1:1，添加量为4 g；然后加入磷酸，磷酸与椰壳粉的质量比选取1:1，水量控制为30 g，在30℃浸渍3h；混合均匀后，开始捏合，时间设置30min，然后置于挤条机中进行成型，随后柱状物料在130℃的烘箱中固化定型1h，接着将物料放入气氛炉中进行炭化活化，采用Ar气氛围，流量控制在300 mL/min，终温温度设定为900℃，恒温活化1h；活化好的柱状炭，经过漂洗，pH值至6~7，烘干即得样品，参数见下表。

实施例6

将干净的椰壳在7wt%的强酸溶液中浸泡13h后，清洗烘干；将预处理后的椰壳用粉碎机粉碎，然后过150目筛，取50 g备用，不添加粘结剂，加入磷酸，磷酸与椰壳粉的质量比选取1:1，水量控制为15g，在40℃浸渍1h；混合均匀后，开始捏合，时间设置30min，然后置于挤条机中进行成型，随后柱状物料在130℃的烘箱中固化定型1h，接着将物料放入气氛炉中进行炭化活化，采用Ar气氛围，流量控制在300 mL/min，终温温度设定为1100℃，恒温活化1h；活化好的柱状炭，经过漂洗，pH值至6~7，烘干即得样品，参数见下表。

性能检测：

现将实施例1~6得到的椰壳柱状活性炭的性能测定结果呈现在表1中，从表1可以看出本发明得到的活性炭中孔率较高，强度普遍高于购买的商业化椰壳柱状活性炭，以及未经有机粘结剂处理的活性炭。

表1 本发明处理得到的活性炭的性质

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利所做的均等变化与修饰，皆应属于本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种柱状椰壳活性炭，其特征在于：所述的活性炭为椰壳经破碎、筛分后，加入有机粘结剂进行浸渍处理，再经成型、活化后制得的柱状活性炭；其侧压强度≥210 N/cm，强度≥95%，介孔率在70%~90%。

2.一种制备如权利要求1所述的柱状椰壳活性炭的方法，其特征在于：包括以下步骤：

（4）椰壳粉经挤压成型、固化成型、炭化活化处理后，得到柱状椰壳活性炭。

3.根据权利要求2所述的柱状椰壳活性炭的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的有机粘结剂为田菁粉、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、淀粉中的一种或者两种混合，添加量为椰壳粉质量的1%~15%。

4.根据权利要求2所述的柱状椰壳活性炭的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的活化剂为磷酸，磷酸与椰壳粉的质量比为0.25~2.0:1，水的加入量为椰壳粉质量的20%~60%。

5.根据权利要求2所述的柱状椰壳活性炭的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的固化成型处理为：经挤压成型的椰壳料置于50~150℃的烘箱中固化定型，固化时间1~5h。

6.根据权利要求2所述的柱状椰壳活性炭的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的炭化活化为：将柱状椰壳料置于气氛炉中炭化、活化，采用Ar氛围，流量控制在100~400 mL/min，终温控制在450~1100℃，维持1 h，升温速率控制为5 ℃/min。