CN1062709A - 木质褐煤制备活性炭 - Google Patents

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葛岭梅
曲星武
舒新前
李天良
周安宁
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Abstract

本发明利用我国富存的木质褐煤,经科学选料配 料,精确控制原料粒度及粒度配比。选用无毒害的粘 结剂,以优化的工艺条件,制成了性能良好的活性 炭。经测试表明,这种木质褐煤活性炭有比表面积 大,碘吸附值、苯酚吸附值、亚甲蓝吸附值均高,载金 量较高,吸苯率及四氯化碳吸附值符合国家标准。特 别是这种活性炭灰分特低(<3%),水容量特大 (>100%),孔隙系统发达,孔隙结构合理,具有广泛 应用前景。

Description

本发明属于一种利用木质褐煤制取活性炭的方法。
活性炭问世百余年来,已由单纯的木材制取,发展到广泛利用工农业废料和各种煤炭制备。以木制材料制得的活性炭,虽然性能良好,但木材挥发物含量高,其产率很低,大量生产时势必造成伐木毁林得不偿失。当前世界上以煤为原料生产的活性炭已达到其总产量的三分之二以上,近年来我国以硬煤制取活性炭的技术发展也较迅速。以烟煤、无烟煤制取活性炭时虽具有含碳量高挥发分低孔隙度大的优点,但制得的活性炭灰分较高(一般都在30%以上),影响了活性炭的吸附性能。下表是我国太西煤制得的活性炭:太西煤活性炭质量指标表1
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从表1看出,以我国优质太西煤制得的活性炭,其灰分普遍高于13%,造成其吸附性能不够理想,只能作为水处理等低档次活性炭。因此,寻找生产活性炭较为合适的原料及其制备工艺,已成为活性炭生产和研究面临的重要课题。经检索国内外专利资料,目前尚未发现利用木质褐煤制取活性炭的先例。
本发明的目的在于:寻找一种原料丰富价格低廉的原料,并以合理的工艺制取价格低廉性能优异用途广泛的新一代煤基活性炭。
本发明是以我国储量丰富的木质褐煤按如下工艺流程实现的:
按此工艺可制得三种类型活性炭,即定型活性炭;非定型活性炭;优质活性炭。
木质褐煤在我国储量极为丰富,其性能介于木质材料和煤之间,既具有木质材料较发育的大中孔,又象各种煤类一般具有较多的过渡孔和微孔,特别是其灰分低反应活性好,很适于制取煤基活性炭,其煤质指标如表2:木质褐煤煤质指标表2
1、选料:选料是制取一切煤基活性炭的基础,应参照表2选择腐化程度低,块度适中的木质褐煤为原料。
2、预处理:主要是除去木质褐煤中的部分挥发分及水分,并剔除其中的混杂物。
3、粉碎:通常选择鄂式粉碎机和球磨机联用,使块煤粉碎到一定程度。
4、筛分:一般使用振动筛或概率筛将煤粉筛分。
5、成型:将所需粒度的木质褐煤与粘结剂混捏,制成定形状的煤膏。
6、炭化:将成型的煤膏或粉碎筛分过的煤粉,或再处理后的煤粉入炭化炉,按特定温度和时间进行炭化。
7、活化:将炭化料入活化炉,在活化介质中按一定温度时间进行活化。
8、检验:按国家活性炭标准GB7701,1-14-87及粉状炭检测标准进行检验。
9、成品:检验合格后即可包装出售。
经过反复研究试验,在制取木质褐煤活性炭时,必须特别重视以下几个问题:1、据植物解剖分析及宏观鉴定,木质褐煤主要有针叶材类和阔叶材类树种,其成炭性能差异较大,试验表明以阔叶材类木质褐煤制得的活性炭性能较优,以山毛榉类制得的活性炭性能尤佳。
2、粘结剂的种类和用量是决定定型活性炭成本和质量的重要因素,一些廉价的煤焦油、沥青、纸浆废液、啤酒废液,经适当改性处理,如添加少许阴离子型表面活性剂,均可作为制取定型活性炭的粘结剂,制备性能较优的定型活性炭,从而变废为宝,降低活性炭生产成本。
3、木质褐煤经粉碎筛分后的粒度大小及粒度配比,直接影响定型活性炭的强度和吸附性能、粘结剂用量以及工人的劳动强度等。煤粉粒度过细使原料煤灰分增高,活性炭吸附性能下降,工人劳动强度也增大。煤粉粒度过粗,由于原煤本身的非匀质性,导致了活性炭质量的不均匀,经多种不同粒度配比试验发现,在定性活性炭生产工艺中,选择合适的粒度配比,对改善木质褐煤活性炭性能有着重要作用。
实施例1:①选取块度好腐化程度低的木质褐煤为原料。②去除杂物进行干燥,使其水分在5-17%;挥发分在8-20%。③粉碎筛分在100目以下。④粉煤、粘结剂、水按40-70(g)∶30-60(g)∶8-10(ml)混合,并在50-80℃的温度下混捏搅拌均匀。⑤在100-200kg/cm2压力下压制成型。⑥再次干燥,使其水分在5-20%,挥发分在8-25%。⑦将型料入炭化炉,以4-20℃/分升温,在350-600℃温度下炭化30-300分钟,使炭化料的挥发分控制在7-15%。⑧然后在650-950℃温度下进行物理活化,水蒸汽进量为3-10ml/g,升温速度为5-20℃/分,活化时间2-72小时。⑨参照煤基颗粒活性炭国家标准GB7702.1~7702.14-87检验,合格后即为木质褐煤活性炭成品。
实施例2:根据不同需要,木质褐煤活性炭,除制成特定形状外,也可制成非定型。其工艺流程为选料、预处理、粉碎、筛分、炭化、活化、检验,诸流程的工艺参数均与实施例1相同,所不同之处在于经粉碎、筛分后的粉煤不经成型工序,而直接炭化、活化以制得非定型木质褐煤活性炭。
实施例3:根据特殊需要,木质褐煤活性炭,还可制成为一种特种优质活性炭,其工艺流程为选料、预处理、粉碎、筛分、炭化、活化、检验,诸工序参数均与实施例1相同,不同之处在于经粉碎、筛分后的粉煤,需经再处理工序后进行炭化、活化以制取特殊用途的优质活性炭。
其再处理过程可分别采用以下三种方式:①将粉碎筛分后的粉煤经酸洗处理后再炭化、活化。酸浓度为10%,粉煤与酸以1-3(g)∶10-25(ml)混合后,在60-100℃的温度下搅拌4小时。
②将粉碎、筛分后的粉煤在一种酸及其盐的溶液中浸泡后再炭化、活化、浸泡液中酸与盐的配比为20-55(ml)∶50-70(g),粉煤与浸泡液比为1-3(g)∶6-14(ml),在60-90℃温度下搅拌4小时。
③将粉碎、筛分后的粉煤,在一种有机溶剂与无机盐的溶液中抽提后再炭化活化,抽提液中有机溶剂与无机盐之比为25-55(ml)∶30-65(g),粉煤与抽提液为1-4(g)∶7-23(ml),在30-70℃温度下进行抽提。
用以上三种实施例制得的三种不同类型的木质褐煤活性炭,其质量指标如表3。
木质褐煤活性炭质量指标  表3
由表3看出,利用本发明以木质褐煤制取煤基活性炭,性能优良、用途广泛,概括起来主要有以下几方面:1、孔隙率高、水容量大、吸附力强,可代替目前市售的各种活性炭应用于环境保护中。
2、亚甲兰吸附值高、脱色力强,可作为食品加工、医药生产中的脱色剂和净化剂。
3、苯酚吸附值高,能替代大量进口的除酚炭以节省外汇。
4、由于灰分低吸附性能好,稍加改进可作为高质量的黄金吸附炭。
5、经适当处理,还可将这种活性炭制成化工生产中用的溶剂回收,触媒载体等特种用途活性炭。
木质褐煤在我国储量比较丰富,仅云南晚第三纪煤盆地中赋存量即达数十亿吨。过去常被遗弃不用,经我们多年来的研究与开发,用这种木质褐煤生产活性炭,不仅为活性炭增加了新品种,而且为这种“劣质”资源利用找到了新用场,经估算,如建一个年产500吨的木质褐煤活性炭厂,总投资约需300万元,按各类活性炭售价4000-12000元/吨,不到两年即可收回全部投资,经济、社会效益十分明显。

Claims (6)

1.一种煤基活性炭,特别是以木质褐煤为原料制备的煤基活性炭。
2.根据权利要求1所述的煤基活性炭,其特征是它的制备工艺为:①选取块度好腐化程度低的木质褐煤为原料。②去除杂物进行干燥,使其水分在5-17%;挥发分在8-20%。③粉碎、筛分至100目以下。④粉煤、粘结剂、水按40-70(g)∶30-60(g)∶8-10(ml)混合,并在50-80℃温度下混捏搅拌均匀。⑤在120-280kg/cm2压力下压制成型。⑥再次干燥使其水分在5-20%,挥发分在8-25%。⑦将成型料入炭化炉以4-20℃/分升温,在350-600℃温度下炭化30-300分钟,并控制挥发分在7-15%。⑧然后在650-950℃温度下进行活化,水蒸汽进量为3-10ml/g,升温速度为5-20℃/分,活化时间2-72小时。⑨参照煤基颗粒活性炭国家标准GB7702.1-7702.14-87检验。
3.根据权利要求2所述的煤基活性炭,其特征是工艺中工序④所述粘结剂可为煤焦油;腐植酸盐;纸浆废液;糖密度液;啤酒废液等工业废料。
4.根据权利要求1所述的煤基活性炭,其特征是木质褐煤原料尤以阔叶材木质褐煤为优。
5.根据权利要求2所述的煤基活性炭,其特征是所述工艺在其它工序相同的情况下可省去④⑤⑥工序,将粉碎、筛分后的粉煤直接入炭化炉炭化,再活化以制取非定型木质褐煤活性炭。
6.根据权利要求2所述的煤基活性炭,其特征是所述工艺在其它工艺相同的情况下④⑤工序可以再处理工序替代,其再处理可有以下3种方式:(1)将粉碎、筛分后的粉煤经酸洗处理后再炭化、活化。酸浓度为10%,粉煤与酸以1-3∶10-25混合后,在60-100℃温度下搅拌4小时。(2)将粉碎、筛分后的粉煤在一种酸及其盐的溶液中浸泡后再炭化、活化,浸泡液中酸与盐的配比为20~55(ml)∶50-75(g),粉煤与浸泡液比为1-3(g)∶6-14(ml),在60-90℃温度下搅拌4小时。(3)将粉碎、筛分后的粉煤,在一种有机溶剂与无机盐的溶液中抽提后再炭化、活化,抽提液中有机溶剂与无机盐之比为25~55(ml)∶30~65(g),粉煤与抽提液为1-4(g)∶7-23(ml),在30-70℃温度下进行抽提。
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