CN104941579B - 一种表面陶化炭吸附材料的制备方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表面陶化炭吸附材料的制备方法及设备。活性炭粉末与粘结剂混合成型制备活性炭芯颗粒；再将无机混合料与调孔剂混合研磨制成陶化料；将所述活性炭芯颗粒作为母球，将所述陶化料均匀粘附在炭芯颗粒表面，得到外表覆盖陶化生料壳的炭颗粒；干燥；中温预热及高温烧结；通氮气冷却至室温后出料，即得到表面陶化活性炭颗粒。其具有活性炭与陶质多孔材料综合吸附性能，可吸附极性或非极性污染物，尤其是重金属、有机污染物等复合污染物，净化烟气中PM2.5复合污染物，可进一步拓展用于废水中重金属、N、P以及有机物等复合污染物的循环吸附与去除，工艺简单实用，投资少，成本低，具有良好的经济效益与环境效益。

Description

一种表面陶化炭吸附材料的制备方法及设备

技术领域

本发明涉及炭材料制备领域，尤其涉及一种表面陶化炭吸附材料的制备方法及设备。

背景技术

近年来，我国大气灰霾污染日趋严重，如何治霾已经成为人们关注的焦点问题。城市灰霾的元凶是PM2.5，是严重危害人体健康的污染物，其主要化学成分有水溶性无机盐、不溶性矿物质和含碳物质等，其中含碳物质又包括水溶性和非水溶性有机化合物及元素碳。活性炭材料从原理上可吸附去除包括SO2、氮氧化物、烟尘粒子、汞、二恶英、呋喃、重金属、挥发性有机物及其他微量元素等在内的污染物，这些污染物与PM2.5主要污染物组分有机碳（OC）、元素碳（EC）、硝酸盐、硫酸盐、铵盐、钠盐（Na+）以及易产生PM2.5污染物的前驱物SO2和NOx等相对应。因此，利用活性炭不同的结构与化学特征，实现不同物质的吸附降解功能，对于治理大气灰霾中的PM2.5污染物具有良好的潜力。

虽然活性炭具备净化吸附气相中存在的各类污染物的潜力，但是在工业烟气尾气净化应用领域多数集中在基础实验阶段。究其原因，主要在于：实际工业烟气体积流量大，PM2.5污染物成分比较复杂、含量低且总量大等特点，使活性炭的应用必须同时解决以下三个问题：1）良好的多样吸附性，同时具备吸附PM2.5污染物中极性与非极性物质的良好潜力；2）良好成型强度，较高的抗压耐磨性能，使用过程损耗低，不造成新的炭粉尘污染；3）良好的热再生性能，脱附便捷，循环利用率高。显然，活性炭的物理化学性质决定自身不容易解决上述问题，尤其活性炭成型与加热法再生均会不同程度降低活性炭吸附性能，循环使用过程中挤压、冲刷与磨损也不可避免造成细颗粒炭粉尘次生污染。民用活性炭类空气净化材料因采用不同有机材质滤布作为炭载体而得到了广泛使用，但其不可再生脱附、循环使用困难以及制造成本高等特点无法直接移槙到大规模的工业烟气尾气深度净化场合中使用。因此，将无机多孔材料作为活性炭载体，在工业应用中表现出极大的优势。

活性炭易吸附非极性分子，对极性有机物特别是危害较大的卤代烃等吸附效果一般；无机陶质多孔材料如陶粒等也具有良好的吸附特性，其带有金属离子、不饱和电荷，表面呈强极性，对极性分子和不饱和分子有很强亲和力，对极化率大的非极性分子也有较高选择吸附优势，这在水质净化领域污染物去除方面已经得到应用。结合国内外的研究，可以发现：将活性炭与陶粒材料有机组合，利用无机陶质多孔材料作为外壳，包裹内部活性炭芯，制备表面陶化活性炭材料，可以明显提高成型活性炭机械强度，同时相对独立地保持陶粒与活性炭各自良好的吸附特性，实现吸附功能互补，大大降低了成型活性炭的成本，扩展了活性炭的功能。制备表面陶化活性炭材料用于净化烟气中PM2.5污染物，需要着重解决以下两个方面的科学问题：一、实现在活性炭颗粒表面包裹高强度的陶质外壳，并合理控制陶炭界面反应，使内部活性炭颗粒在经历高温烧成后，依然保持良好强度与吸附性能；二、调控陶化表面的孔结构，使PM2.5污染物中的极性分子优先被陶化表层吸附，而非极性分子能够顺利透过表面陶层进入内部并被活性炭吸附，从而充分发挥组合优势。有关上述研究，国内外未见相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度、高吸附、多功能、低成本”表面陶化活性炭材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供一种表面陶化炭吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤为，

活性炭芯颗粒的制备：将活性炭粉末与粘结剂混合成型制备活性炭芯颗粒；

陶化料的制备：将无机混合料与调孔剂按一定比例混合研磨制成陶化料；

外表覆盖陶化生料壳的炭颗粒的制备：将所述活性炭芯颗粒作为母球，利用表面粘附造粒装置将所述陶化料均匀粘附在炭芯颗粒表面，得到外表覆盖陶化生料壳的炭颗粒；

干燥：对所述外表覆盖陶化生料壳的炭颗粒进行干燥；

预热及高温烧结处理：对干燥后的物料进行中温预热及高温烧结处理；

冷却：烧结后的产品通氮气冷却至室温后出料，得到表面陶化活性炭颗粒。

进一步，所述活性炭粉末是成型难度高的木质物理法粉末活性炭。

任选的，所述的粘结剂为用于活性炭成型的普通无机粘结剂或有机粘结剂，成型粒度>5mm，成型颗粒强度满足粘附造粒时不粉碎即可；重量添加比例为小于30%。

进一步，所述调孔剂为碳酸钙、可溶性淀粉或明胶；重量添加比例小于10%。

进一步，所述无机混合料由膨润土、硅藻土、高岭土、页岩、河沙、玻璃粉、粉煤灰、城市污水厂污泥或河床底泥中的一种或一种以上混合配制；混合后主要化学成分控制在如下重量范围内：SiO₂:48%-68%；A1₂O₃:15%-20%；Fe₂O₃:3%-8%; CaO+MgO:2%-8%；K₂O+Na₂O:4%-10%，C：3%-6%，粒度控制为100目以下。其中，CaO+MgO为一类物质，在生成陶化壳层的作用相似，两者占总物料比的和在控制范围内即可；同理，K₂O+Na₂O也是归为碱金属类，为一类物质，两者占总物料比的和在控制范围内即可。

进一步，所述外表覆盖陶化生料壳的炭颗粒的制备步骤为，将所述活性炭芯颗粒作为母球，放在表面粘附造粒装置中，喷入硅酸钠溶液搅拌；优选搅拌20分钟，让活性炭颗粒充分浸润硅酸钠溶液；再将所制备的陶化料倒入表面粘附造粒装置中，继续搅拌10～30min，待活性炭颗粒表面已被陶化料粉末完全包裹后，即得到外表覆盖陶化生料壳的炭颗粒；

优选的，所述喷入硅酸钠溶液的质量分数为10-20%，所述硅酸钠溶液制备方法为将硅酸钠粉末与水按1：4～8质量比混合，添加0.1%醋酸，在80-90℃条件下搅拌加热均匀。

进一步，所述干燥步骤中，干燥温度小于等于105℃，干燥后含水率降至2%以下；

任选的，所述预热及高温烧结处理步骤中，预热温度为400-600℃，预热时间为10-20分钟；高温烧结温度为1150-1400℃，烧结终恒温时间为10-15分钟；

任选的，所述冷却步骤中，冷却速度控制在<20℃/min。

另一方面，本发明还保护所述表面陶化炭吸附材料的制备方法制备得到的表面陶化炭吸附材料。

所述制备得到的表面陶化炭吸附材料用于吸附极性或非极性污染物，优选的，吸附去除重金属或有机污染物。

另一方面，本发明还保护所述制备得到的表面陶化炭吸附材料用于废水、废气或废泥中污染物处理的用途。

另一方面，本发明还提供一种所述表面陶化炭吸附材料的制备方法的设备，其特征在于，由定量给料装置（1、2、8和9），混合装置（3）、成型装置（4）、输送装置（5、11、13、14和16）、表面粘附造粒装置（6）、雾化喷射加湿装置（7）、混合细磨装置（10）、筛分装置（12）、干燥装置（15）、中温预热装置（17）、高温烧结装置（18）和冷却装置（19）组成；

其中1#定量给料装置（1）出口与混合装置（3）入口相连； 2#定量给料装置（2）出口与混合装置（3）入口相连；混合装置（3）出口与成型装置（4）相连；成型装置（4）出口与1#输送装置（5）相连；1#输送装置（5）出口与表面粘附造粒装置（6）入口相连；表面粘附造粒装置（6）配有雾化喷射加湿装置7；

3#定量给料装置（8）出口与混合细磨装置（10）入口相连； 4#定量给料装置（9）出口与混合细磨装置（10）入口相连；混合细磨装置（10）出口与2#输送装置（11）入口相连；2#输送装置（11）出口表面粘附造粒装置（6）入口相连；表面粘附造粒装置（6）出口与筛分装置（12）相连；筛分装置（12）筛下物出口经3#输送装置（13）与表面粘附造粒装置（6）入口相连；筛分装置（12）筛上物出口经4#输送装置（14）入口相连；4#输送装置（14）出口与干燥装置（15）相连；干燥装置（15）出口经5#输送装置与中温预热装置（17）入口相连；中温预热装置（17）出口与高温烧结装置（18）入口相连；高温烧结装置（18）出口与冷却装置（19）相连；

优选的，1#定量给料装置（1），2#定量给料装置（2），3#定量给料装置（8），4#定量给料装置（9）是螺旋称或星形给料器。

混合装置（3）为混碾机、螺带混合机或双轴混合机；

成型装置（4）为对辊成型机、冲压成型机或挤塑成型机；

1#输送装置（5）为皮带输送机或斗提输送机；

表面粘附造粒装置（6）为圆盘造粒机或滚筒造粒机；

雾化喷射加湿装置（7）为常规雾化喷水装置；

混合细磨装置（10）为球磨机；

2#输送装置（11）为埋刮板输送机或气力输送机；

筛分装置（12）为普通振动网格筛；

3#输送装置（13）、4#输送装置（14）与5#输送装置（16）为皮带输送机或斗提输送机；

干燥装置（15）为滚筒干燥机或普通烘箱；

中温预热装置（17）为中温电阻炉、竖炉、回转窑或带式焙烧炉；

高温烧结装置（18）为高温电阻炉、回转窑或带式焙烧炉；

冷却装置（19）为滚筒冷却机或带式冷却机。

本发明制备的表面覆盖多孔陶层的活性炭颗粒，具有活性炭与陶质多孔材料综合吸附性能，可用于吸附极性或非极性污染物，尤其适用于吸附去除重金属、有机污染物等复合污染物。可用于净化烟气中PM2.5复合污染物，也可以进一步拓展用于废水中重金属、N、P以及有机物等复合污染物的循环吸附与去除。

本发明的优点在于：制备的表面陶化活性炭不但具有良好开孔结构的高强度陶质表层，而且内部活性炭颗粒保持良好活性，使极性分子优先由表面陶层吸附，非极性分子能够顺利渗透进入内部由活性炭吸附，实现无机陶质多孔材料与活性炭材料的吸附能力优势互补,可同时吸附去除极性与非极性复合污染物；此外，通过对活性炭吸附材料表面陶化处理，充分发挥陶质表层的强度优势，能明显提高成型活性炭机械强度，大幅度降低成型活性炭的成本，避免活性炭在成型与加热法再生过程中出现的吸附能力降低的问题，而且循环使用过程中也可避免因挤压、冲刷与磨损也不可避免造成细颗粒炭粉尘次生污染，减少使用过程中的磨损，便于循环利用，拓展了应用范围，为废水、废气中污染物的吸附处理提供良好材料。与单独使用活性炭相比，更利于回收、活化与利用。该方法相对独立地保持陶粒与活性炭各自良好的吸附特性，提高成型活性炭吸附能力，大大拓展了成型活性炭的应用范围，具有良好的经济效益与环境效益。本发明工艺简单实用，投资少，成本低，具有良好的经济效益与环境效益。

附图说明

图1是本发明工艺装置流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1：表面陶化炭吸附材料的制备

本实施例的系统设备装置说明如下，以下各装置均可以在市场直接购买：

1#定量给料装置1， 2#定量给料装置2， 3#定量给料装置8， 4#定量给料装置9可以是螺旋称、星形给料器。

混合装置3为混碾机、螺带混合机或双轴混合机；

成型装置4为对辊成型机、冲压成型机或挤塑成型机；

1#输送装置5为皮带输送机或斗提输送机；

表面粘附造粒装置6为圆盘造粒机或滚筒造粒机；

雾化喷射加湿装置7为常规雾化喷水装置；

混合细磨装置10为球磨机；

2#输送装置11为埋刮板输送机或气力输送机；

筛分装置12为普通振动网格筛；

3#输送装置13、4#输送装置14与5#输送装置16为皮带输送机或斗提输送机；

干燥装置15为滚筒干燥机或普通烘箱；

中温预热装置17为中温电阻炉、竖炉、回转窑或带式焙烧炉；

高温烧结装置18为高温电阻炉、回转窑或带式焙烧炉；

冷却装置19为滚筒冷却机或带式冷却机。

制备方法：流程参照图1。

活性炭芯颗粒制备：采用木质物理法粉末活性炭后与粘结剂分别通过定量给料装置1和2，进入混合装置3和成型装置4混合；粘结剂为羧甲基纤维素钠（CMC），重量添加比例为10%；粉末活性炭碘吸附值为1086mg/g，亚甲基蓝吸附值为180 mg/g，四氯化碳吸附为值为66%，粒度为200-300目，制成成型活性炭芯颗粒，粒度为5mm；

陶化料的制备：无机混合料为高岭土、粉煤灰与天然河沙，配制混合物化学组成，SiO₂:56%；A1₂O₃:19%；Fe₂O₃:5%; CaO+MgO:8%；K₂O+Na₂O:9%；C%：3%，粒度控制为100目以下；调孔剂选择为可溶性淀粉，添加比例为无机混合料总重量的3%；将无机混合料以及调孔剂可溶性淀粉分别通过定量给料装置8和9进入混合细磨装置10混合研磨，制成无机混合料；

外表覆盖陶化生料壳的炭颗粒的制备：将所述活性炭芯颗粒作为母球，放在表面粘附造粒装置6中，通过雾化喷射加湿装置7喷入质量分数为10％的硅酸钠溶液（指喷入的硅酸钠溶液占母球的质量百分数为10%），搅拌20分钟；让活性炭颗粒充分浸润硅酸钠溶液；再将所制备的陶化料通过输送装置11倒入表面粘附造粒装置6中，继续搅拌15min，待活性炭颗粒表面已被陶化料粉末完全包裹后，得到外表覆盖陶化生料壳的炭颗粒，表层生料壳厚度为1mm-2mm。所述硅酸钠溶液的制备方法为将硅酸钠粉末与水按1： 4质量比混合，添加0.1%醋酸，在90℃条件下搅拌加热均匀即可。

干燥：对所述外表覆盖陶化生料壳的炭颗粒通过输送装置14进入干燥装置15进行干燥，干燥温度为105℃，干燥后含水率降至2%以下；

预热及高温烧结处理：干燥后的物料通过输送装置16进入中温预热装置17，进行中温预热，预热温度为500℃，预热时间为20分钟；再进入高温烧结装置18进行高温烧结处理；高温烧结温度为1180℃，烧结终恒温时间为10分钟；

冷却：最后进入冷却装置19进行冷却，烧结后的表面陶化活性炭颗粒通氮气冷却至室温后出料，烧结产品出口冷却速度控制在10℃/min，得到表面陶化炭吸附材料。

本实施例最终得到的表面陶化炭吸附材料，根据GB12496-1999木质活性炭试验方法，测定内部活性炭碘吸附值为1090mg/g，亚甲基蓝吸附值为186 mg/g，四氯化碳吸附值为67%，与木质物理法粉末活性炭原料的吸附性能相比，吸附指标未降低。因此，通过对活性炭吸附材料表面陶化处理，充分发挥陶质表层的强度优势，能明显提高成型活性炭机械强度，有效解决活性炭粉末在成型与活化再生过程中出现的吸附能力降低、损失量大等难题。本实施例的表面陶化炭吸附材料的外部陶层具有较好的强度,抗压强度>3MPa，孔隙率>90%，为轻质高强多孔结构。与活性炭单独吸附相比，同等条件下，将制备的表面陶化炭吸附材料用于燃煤烟气废气中pm2.5污染物过滤去除，气相污染物中的极性分子优先被陶化表层吸附，而非极性分子能够顺利透过表面陶层进入内部并被活性炭吸附，从而充分发挥组合优势，PM2.5组成污染物去除率明显提高，PM2.5指数降低10%以上；另外，对于废水中重金属与有机污染物去除率提高5%以上，对于废水的COD与氨氮去除率提高10%以上。

实施例2：表面陶化炭吸附材料的制备

本实施例的系统设备装置同实施例1。

制备方法：流程参照图1。

活性炭芯颗粒制备：采用木质物理法粉末活性炭后与粘结剂分别通过定量给料装置1和2，进入混合装置3和成型装置4混合；粘结剂为羧甲基纤维素钠（CMC），重量添加比例为20%制成成型活性炭芯颗粒，粒度为8mm；

陶化料的制备：无机混合料为硅藻土、粉煤灰、城市污水厂污泥，混合后主要化学成分控制在如下重量范围内：SiO₂:60%；A1₂O₃:17%；Fe₂O₃:6%; CaO+MgO:7%；K₂O+Na₂O:6%；C%：4%，；粒度控制为100目以下；调孔剂选择为碳酸钙，添加比例为无机混合料总重量的9%；将无机混合料以及调孔剂碳酸钙分别通过定量给料装置8和9进入混合细磨装置10混合研磨，制成无机混合料；

外表覆盖陶化生料壳的炭颗粒的制备：将所述活性炭芯颗粒作为母球，放在表面粘附造粒装置6中，通过雾化喷射加湿装置7喷入质量分数为20％的硅酸钠溶液（指喷入的硅酸钠溶液占母球的质量百分数为20%），搅拌20分钟；让活性炭颗粒充分浸润硅酸钠溶液；再将所制备的陶化料通过输送装置11倒入表面粘附造粒装置6中，继续搅拌15min，待活性炭颗粒表面已被陶化料粉末完全包裹后，得到外表覆盖陶化生料壳的炭颗粒，表层生料壳厚度为1mm-2mm。所述硅酸钠溶液制备方法为将硅酸钠粉末与水按1： 8质量比混合，添加0.1%醋酸，在80℃条件下搅拌加热均匀即可。

干燥：对所述外表覆盖陶化生料壳的炭颗粒通过输送装置14进入干燥装置15进行干燥，干燥温度为100℃，干燥后含水率降至2%以下；

预热及高温烧结处理：干燥后的物料通过输送装置16进入中温预热装置17，进行中温预热，预热温度为400℃，预热时间为20分钟；再进入高温烧结装置18进行高温烧结处理；高温烧结温度为1400℃，烧结终恒温时间为10分钟；

冷却：最后进入冷却装置19进行冷却，烧结后的表面陶化活性炭颗粒通氮气冷却至室温后出料，烧结产品出口冷却速度控制在10℃/min，得到表面陶化炭吸附材料。

本实施例最终得到的表面陶化炭吸附材料，根据GB12496-1999木质活性炭试验方法分析内部活性炭性能指标，结果表明，内部活性炭与未处理的木质物理法粉末活性炭原料相比，碘吸附值提高3%，亚甲基蓝吸附值提高2%，四氯化碳吸附值提高2%，吸附指标未降低，说明在表面陶化过程伴随着活性炭的进一步活化过程，使吸附指标略有提高。因此，通过对活性炭吸附材料表面陶化处理，充分发挥陶质表层的强度优势，能明显提高成型活性炭机械强度，有效解决活性炭粉末在成型与活化再生过程中出现的吸附能力降低、损失量大等难题。

本实施例的表面陶化炭吸附材料的外部陶层具有较好的强度,抗压强度>3MPa，孔隙率>90%，为轻质高强多孔结构。与活性炭单独吸附相比，同等条件下，将制备的表面陶化炭吸附材料用于燃煤烟气废气中pm2.5污染物过滤去除，气相污染物中的极性分子优先被陶化表层吸附，而非极性分子能够顺利透过表面陶层进入内部并被活性炭吸附，从而充分发挥组合优势，PM2.5去除率提高，从而使测定的PM2.5指数降低15%；另外，对于废水中重金属与有机污染物去除率提高6%以上，对于废水的COD与氨氮去除率提高12%以上。

实施例3：表面陶化炭吸附材料的制备

本实施例的系统设备装置同实施例1。

制备方法：流程参照图1。

活性炭芯颗粒制备：采用木质物理法粉末活性炭后与粘结剂分别通过定量给料装置1和2，进入混合装置3和成型装置4混合；粘结剂为改性酚醛树脂，重量添加比例为29%制成成型活性炭芯颗粒，粒度为10mm；

陶化料的制备：无机混合料为膨润土、页岩、河床底泥，混合后主要化学成分控制在如下重量范围内：SiO₂:63%；A1₂O₃:16%；Fe₂O₃:4%; CaO+MgO:8%；K₂O+Na₂O:4%；C%：5%，；粒度控制为100目以下；调孔剂选择为明胶，添加比例为无机混合料总重量的1%；将无机混合料以及调孔剂明胶分别通过定量给料装置8和9进入混合细磨装置10混合研磨，制成无机混合料；

外表覆盖陶化生料壳的炭颗粒的制备：将所述活性炭芯颗粒作为母球，放在表面粘附造粒装置6中，通过雾化喷射加湿装置7喷入质量分数为15％的硅酸钠溶液（指喷入的硅酸钠溶液占母球的质量百分数为15%），搅拌20分钟；让活性炭颗粒充分浸润硅酸钠溶液；再将所制备的陶化料通过输送装置11倒入表面粘附造粒装置6中，继续搅拌15min，待活性炭颗粒表面已被陶化料粉末完全包裹后，得到外表覆盖陶化生料壳的炭颗粒，表层生料壳厚度为1mm-2mm。所述硅酸钠溶液制备方法为将硅酸钠粉末与水按1： 6质量比混合，添加0.1%醋酸，在85℃条件下搅拌加热均匀即可。

干燥：对所述外表覆盖陶化生料壳的炭颗粒通过输送装置14进入干燥装置15进行干燥，干燥温度为80℃，干燥后含水率降至2%以下；

预热及高温烧结处理：干燥后的物料通过输送装置16进入中温预热装置17，进行中温预热，预热温度为600℃，预热时间为10分钟；再进入高温烧结装置18进行高温烧结处理；高温烧结温度为1150℃，烧结终恒温时间为15分钟；

冷却：最后进入冷却装置19进行冷却，烧结后的表面陶化活性炭颗粒通氮气冷却至室温后出料，烧结产品出口冷却速度控制在10℃/min，得到表面陶化炭吸附材料。

本实施例最终得到的表面陶化炭吸附材料，根据GB12496-1999木质活性炭试验方法分析内部活性炭性能指标，结果表明，内部活性炭与木质物理法粉末活性炭原料相比，碘吸附提高4%，亚甲基蓝吸附提高5%，四氯化碳吸附提高3%，吸附指标未降低，说明在表面陶化过程使保持木质活性炭粉末良好的吸附性，且吸附指标略有提高。

本实施例的表面陶化炭吸附材料的外部陶层具有较好的强度,抗压强度>3MPa，孔隙率>90%，为轻质高强多孔结构。与活性炭单独吸附相比，同等条件下，将制备的表面陶化炭吸附材料用于燃煤烟气废气中pm2.5污染物过滤去除，气相污染物中的极性分子优先被陶化表层吸附，而非极性分子能够顺利透过表面陶层进入内部并被活性炭吸附，从而充分发挥组合优势，PM2.5去除率提高10%以上；另外，对于废水中重金属与有机污染物去除率提高5%以上，对于废水的COD与氨氮去除率提高8%以上。

综上所述，表面陶化炭吸附材料使活性炭颗粒表面包裹高强度的陶质外壳，使内部活性炭颗粒保持良好吸附性能，实现陶质多孔材料与活性炭吸附材料的吸附优势互补，可同时吸附去除极性与非极性复合污染物；通过活性炭吸附材料表面陶化处理，能明显提高成型活性炭机械强度，大幅度降低成型活性炭的成本，避免活性炭在成型与加热法再生过程中出现的吸附能力降低的问题，而且循环使用过程中也可避免因挤压、冲刷与磨损也不可避免造成细颗粒炭粉尘次生污染，与单独使用活性炭相比，更利于回收、活化与利用。该方法相对独立地保持陶粒与活性炭各自良好的吸附特性，提高成型活性炭吸附能力，大大拓展了成型活性炭的应用范围，具有良好的经济效益与环境效益。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (14)

1.一种表面陶化炭吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤为，

活性炭芯颗粒的制备：将活性炭粉末与粘结剂混合成型制备活性炭芯颗粒；

陶化料的制备：将无机混合料与调孔剂按一定比例混合研磨制成陶化料；

外表覆盖陶化生料壳的炭颗粒的制备：将所述活性炭芯颗粒作为母球，利用表面粘附造粒装置将所述陶化料均匀粘附在炭芯颗粒表面，得到外表覆盖陶化生料壳的炭颗粒；

干燥：对所述外表覆盖陶化生料壳的炭颗粒进行干燥；

预热及高温烧结处理：对干燥后的物料进行中温预热及高温烧结处理；

冷却：烧结后的产品通氮气冷却至室温后出料，得到表面陶化活性炭颗粒。

2.权利要求1所述表面陶化炭吸附材料的制备方法，其特征在于，所述活性炭粉末是成型难度高的木质物理法粉末活性炭；

任选的，所述的粘结剂为用于活性炭成型的普通无机粘结剂或有机粘结剂，成型粒度>5mm，成型颗粒强度满足粘附造粒时不粉碎即可；重量添加比例为小于30％。

3.权利要求1所述表面陶化炭吸附材料的制备方法，其特征在于，所述调孔剂为碳酸钙、可溶性淀粉或明胶；重量添加比例小于10％。

4.权利要求1所述表面陶化炭吸附材料的制备方法，其特征在于，所述无机混合料由膨润土、硅藻土、高岭土、页岩、河沙、玻璃粉、粉煤灰、城市污水厂污泥或河床底泥中的一种或多种混合配制；混合后主要化学成分控制在如下重量范围内：SiO₂:48％-68％；A1₂O₃:15％-20％；Fe₂O₃:3％-8％；CaO+MgO:2％-8％；K₂O+Na₂O:4％-10％,C：3％-6％；粒度控制为100目以下。

5.权利要求1所述表面陶化炭吸附材料的制备方法，其特征在于，所述外表覆盖陶化生料壳的炭颗粒的制备步骤为，将所述活性炭芯颗粒作为母球，放在表面粘附造粒装置中，喷入硅酸钠溶液搅拌；让活性炭颗粒充分浸润硅酸钠溶液；再将所制备的陶化料倒入表面粘附造粒装置中，继续搅拌10～30min，待活性炭颗粒表面已被陶化料粉末完全包裹后，即得到外表覆盖陶化生料壳的炭颗粒。

6.权利要求5所述表面陶化炭吸附材料的制备方法，其特征在于，所述外表覆盖陶化生料壳的炭颗粒的制备步骤中，将所述活性炭芯颗粒作为母球，放在表面粘附造粒装置中，喷入硅酸钠溶液搅拌20分钟。

7.权利要求5所述表面陶化炭吸附材料的制备方法，其特征在于，所述外表覆盖陶化生料壳的炭颗粒的制备步骤中，所述喷入硅酸钠溶液的质量分数为10-20％，所述硅酸钠溶液制备方法为将硅酸钠粉末与水按1：4～8质量比混合，添加0.1％醋酸，在80-90℃条件下搅拌加热均匀。

8.权利要求1所述表面陶化炭吸附材料的制备方法，其特征在于，所述干燥步骤中，干燥温度小于等于105℃，干燥后含水率降至2％以下；

任选的，所述预热及高温烧结处理步骤中，预热温度为400-600℃，预热时间为10-20分钟；高温烧结温度为1150-1400℃，烧结终恒温时间为10-15分钟；

任选的，所述冷却步骤中，冷却速度控制在<20℃/min。

9.权利要求1-8任一所述表面陶化炭吸附材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法采用如下的设备来制造，由定量给料装置(1、2、8和9)，混合装置(3)、成型装置(4)、输送装置(5、11、13、14和16)、表面粘附造粒装置(6)、雾化喷射加湿装置(7)、混合细磨装置(10)、筛分装置(12)、干燥装置(15)、中温预热装置(17)、高温烧结装置(18)和冷却装置(19)组成；

其中1#定量给料装置(1)出口与混合装置(3)入口相连；2#定量给料装置(2)出口与混合装置(3)入口相连；混合装置(3)出口与成型装置(4)相连；成型装置(4)出口与1#输送装置(5)相连；1#输送装置(5)出口与表面粘附造粒装置(6)入口相连；表面粘附造粒装置(6)配有雾化喷射加湿装置(7)；

3#定量给料装置(8)出口与混合细磨装置(10)入口相连；4#定量给料装置(9)出口与混合细磨装置(10)入口相连；混合细磨装置(10)出口与2#输送装置(11)入口相连；2#输送装置(11)出口与表面粘附造粒装置(6)入口相连；表面粘附造粒装置(6)出口与筛分装置(12)相连；筛分装置(12)筛下物出口经3#输送装置(13)与表面粘附造粒装置(6)入口相连；筛分装置(12)筛上物出口与4#输送装置(14)入口相连；4#输送装置(14)出口与干燥装置(15)相连；干燥装置(15)出口经5#输送装置与中温预热装置(17)入口相连；中温预热装置(17)出口与高温烧结装置(18)入口相连；高温烧结装置(18)出口与冷却装置(19)相连；

混合装置(3)为混碾机、螺带混合机或双轴混合机；

成型装置(4)为对辊成型机、冲压成型机或挤塑成型机；

1#输送装置(5)为皮带输送机或斗提输送机；

表面粘附造粒装置(6)为圆盘造粒机或滚筒造粒机；

雾化喷射加湿装置(7)为常规雾化喷水装置；

混合细磨装置(10)为球磨机；

2#输送装置(11)为埋刮板输送机或气力输送机；

筛分装置(12)为普通振动网格筛；

3#输送装置(13)、4#输送装置(14)与5#输送装置(16)为皮带输送机或斗提输送机；

干燥装置(15)为滚筒干燥机或普通烘箱；

中温预热装置(17)为中温电阻炉、竖炉、回转窑或带式焙烧炉；

高温烧结装置(18)为高温电阻炉、回转窑或带式焙烧炉；

冷却装置(19)为滚筒冷却机或带式冷却机。

10.权利要求9所述表面陶化炭吸附材料的制备方法，其特征在于，所述1#定量给料装置(1)，2#定量给料装置(2)，3#定量给料装置(8)，4#定量给料装置(9)是螺旋称或星形给料器。

11.权利要求1-8任一所述表面陶化炭吸附材料的制备方法制备得到的表面陶化炭吸附材料。

12.权利要求11所述表面陶化炭吸附材料的制备方法制备得到的表面陶化炭吸附材料用于吸附极性或非极性污染物的用途。

13.权利要求12所述用于吸附极性或非极性污染物的用途，其特征在于，所述用于吸附极性或非极性污染物为吸附去除重金属或有机污染物。

14.权利要求11所述表面陶化炭吸附材料的制备方法制备得到的表面陶化炭吸附材料用于废水、废气或废泥中污染物处理的用途。