CN106276890A - 一种以山核桃壳为原料生产活性炭的方法 - Google Patents

一种以山核桃壳为原料生产活性炭的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以山核桃壳为原料生产活性炭的方法,包括原料选择、干燥、切碎、挤压成块、炭化炉成炭、破碎成粒、活化成活性炭粗品、酸洗、水洗、干燥、混合；本发明利用酸源在受热条件下形成偏磷酸或者聚偏磷酸，使板栗刺壳这种有机物的成炭量增加；利用气源使炭的体积增加，增加活性炭的比表面积；利用无机硅增加膨胀炭的颗粒强度；纳米氧化锌具有比表面积大和比表面能大的特点，可增加材料吸附性和抗菌性；添加自己研制的改性白云土，进一步加强生产出的活性炭的吸附能力。

Description

一种以山核桃壳为原料生产活性炭的方法
技术领域
本发明涉及一种以山核桃壳为原料生产活性炭的方法。
背景技术
活性炭是一种多孔碳材料，具有比表面积大、原料来源广泛、机械强度高、易再生及稳定性好等优点。活性炭通常是将原料在一定的条件下经碳化和活化后得到。碳化的主要目的是得到具有适于活化的初始孔隙和一定机械强度的碳化料，碳化的实质是原材料中的有机物进行热解反应，包括热分解反应和缩聚反应。活化的主要目的是制备具有高比表面积的活性炭；活化方法通常分为物理活化法和化学活化法。其中，物理活化法是将碳化后的原材料在水蒸气或二氧化碳中进行热解反应，是一种吸热反应，需要外部不断提供热源。化学活化法是把化学药品加入原料中，然后在惰性气体介质中加热，进行活化；最具代表性的化学活化法有氯化锌法、磷酸盐法、氯化钙法和碱法；但是由于采用化学用品，其会带来以下问题：对设备的腐蚀性高；污染环境；活性炭中残留有化学药品；需要消耗大量的化学药品，成本较高；需要外部热源并严格控制活化温度。
制备活性炭的原料大致可以分为两大类：植物类原料和矿物类原料。植物类原料主要包括木材、木炭、果壳、纸浆废液等；矿物类原料主要包括煤、石油、塑料等。与矿物类原料相比，植物类原料不仅具有可再生、成本低、环保等优点，而且天然的植物纤维结构适合于制备微孔发达、比表面积高及机械强度高的活性炭。目前，制备活性炭原料主要为木材和优质煤等，生产成本较高；因此，近年来特别重视利用各种工农业废弃物制备高吸附性活性炭。
发明内容
本发明目的是利用农林物，在酸源、气源和无机硅作用下，利用气源使炭体积增加，增加活性炭的比表面积，同时利用酸源增加炭化量，无机硅增加颗粒炭的强度，得到一种吸附能力强的活性剂。同时，添加自己研制的改性白云土，进一步加强吸附能力。
本发明的方案如下：一种以山核桃壳为原料生产活性炭的方法,包括以下步骤：
a、原料选择：山核桃壳、植物秸杆、竹子、松树皮；上述原料质量比为9：2：1.2：0.6；
b、将上述各原料干燥后，水分控制在16～22％，送入切碎装置，切碎成长度在0 .3～0.6cm的短截，碎料经皮带输送机输送到成型装置的料仓；控制进料速度，使碎料挤压成块状；块状物料由皮带输送机输送到炭化炉料仓；成型块状物料间歇进入炭化炉，在炭化炉灶中加入酸源、气源和无机硅经320～350℃温度炭化5～8h成炭块；
c、将炭块经水冷系统冷却至常温后，由皮带输送机输送到破碎机进料口，炭块经破碎筛分成1.5cm*1cm*1cm大小的不定型颗粒；
d、将不定型颗粒由斗式提升机提升到活化炉料仓，经螺旋输送机输送入物理法活化转炉，通过物理法活化转炉在700～850℃温度下，以水作活化剂，活化成活性炭粗品；
e、将活性炭粗品由皮带输送机间歇输送至酸洗装置，经酸洗装置进行酸煮去除灰分；再进一步经水洗装置将活性炭洗至中性；将已经洗涤至中性的湿活性炭经皮带输送机输送到热风连续干燥装置进料口，控制进料速度，使干燥后的活性炭保持水分在8～10％，干燥后，加入纳米氧化锌、改性白云土，并混合均匀得活性炭，其中酸源、气源、无机硅重量分别为原料重量的5%、8%和1%，纳米氧化锌、改性白云土分别为原料重量的0.2%、0.08%。
所述的改性白云石制备方法如下:
将白云石粉120-150g、海泡石粉30-50g在500-520℃下煅烧5-6小时，然后再用10-12%盐酸溶液浸泡3-4小时，接着去离子水洗涤至中性，烘干；
接着加入葡萄糖酸钠0.6-1.5g、二氢磷酸钾1-4g、乙二胺四乙酸四钠盐2-4g、聚乙二醇十六烷基醚1.6-3.5g、桂皮油0.6-0.9g,高速搅拌、烘干、粉碎成超细粉末即可。
进一步，所述酸源为聚磷酸铵、酒石酸、焦磷酸钾、焦磷酸钠中的任意一种。
进一步，所述气源为三聚氰胺、胍、双氰胺的任意一种。
进一步，所述无机硅为硅酸钠、偏硅酸钠的任意一种。
本发明相比传统的颗粒活性炭的优势在于：
（1)利用酸源在受热条件下形成偏磷酸或者聚偏磷酸，使板栗刺壳这种有机物的成炭量增加；
（2）利用气源使炭的体积增加，增加活性炭的比表面积；
（3）利用无机硅增加膨胀炭的颗粒强度；
（4）纳米氧化锌具有比表面积大和比表面能大的特点，可增加材料吸附性和抗菌性；
（5）添加自己研制的改性白云土，进一步加强生产出的活性炭的吸附能力。
（6）本发明所使用的装置不限于下述所有的型号、生产厂家，常规设备就可达到。
本实施例中所选用的主要设备的名称，型号及生产厂家如下：
物料切碎装置：cx-1，四川耀农机电科技有限公司；
成型装置：秸秆环模成型机，YL-0.5，四川耀农机电科技有限公司；
炭化炉：纳博热电阻炭化炉，B180，德国纳博热工业炉公司；
活化炉：HRY-05，四川仁源锅炉设备有限公司；
水蒸气发生器：全自动电加热水蒸气发生器，WT-0.5，上海威田服装机械有限公司；
酸洗装置：酸洗罐，PP-0.5m3，四川仁源锅炉设备有限公司；
水洗装置：水洗罐，PP-0.5m3，四川仁源锅炉设备有限公司；
热风连续干燥装置：连续热风干燥装置，RY-1.5，四川仁源锅炉设备有限公司。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1 改性白云石的制备
将白云石粉135g、海泡石粉38g在515℃下煅烧6小时，然后再用12%盐酸溶液浸泡3小时，接着去离子水洗涤至中性，烘干；
接着加入葡萄糖酸钠1.5g、二氢磷酸钾3g、乙二胺四乙酸四钠盐4g、聚乙二醇十六烷基醚2.9g、桂皮油0.8g,高速搅拌、烘干、粉碎成超细粉末即可。
实施例2
种以山核桃壳为原料生产活性炭的方法,包括以下步骤：
a、原料选择：山核桃壳、植物秸杆、竹子、松树皮；上述原料质量比为9：2：1.2：0.6；
b、将上述各原料干燥后，水分控制在20％，送入切碎装置，切碎成长度在0 .5cm的短截，碎料经皮带输送机输送到成型装置的料仓；控制进料速度，使碎料挤压成块状；块状物料由皮带输送机输送到炭化炉料仓；成型块状物料间歇进入炭化炉，在炭化炉灶中加入酸源、气源和无机硅经330℃温度炭化6h成炭块；
c、将炭块经水冷系统冷却至常温后，由皮带输送机输送到破碎机进料口，炭块经破碎筛分成1.5cm*1cm*1cm大小的不定型颗粒；
d、将不定型颗粒由斗式提升机提升到活化炉料仓，经螺旋输送机输送入物理法活化转炉，通过物理法活化转炉在810℃温度下，以水作活化剂，活化成活性炭粗品；
e、将活性炭粗品由皮带输送机间歇输送至酸洗装置，经酸洗装置进行酸煮去除灰分；再进一步经水洗装置将活性炭洗至中性；将已经洗涤至中性的湿活性炭经皮带输送机输送到热风连续干燥装置进料口，控制进料速度，使干燥后的活性炭保持水分在10％，干燥后，加入纳米氧化锌、改性白云土，并混合均匀得活性炭，其中酸源、气源、无机硅重量分别为原料重量的5%、8%和1%，纳米氧化锌、改性白云土分别为原料重量的0.2%、0.08%。
实施例2
一种以山核桃壳为原料生产活性炭的方法,包括以下步骤：
a、原料选择：山核桃壳、植物秸杆、竹子、松树皮；上述原料质量比为9：2：1.2：0.6；
b、将上述各原料干燥后，水分控制在18％，送入切碎装置，切碎成长度在0 .4.cm的短截，碎料经皮带输送机输送到成型装置的料仓；控制进料速度，使碎料挤压成块状；块状物料由皮带输送机输送到炭化炉料仓；成型块状物料间歇进入炭化炉，在炭化炉灶中加入酸源、气源和无机硅经340℃温度炭化7h成炭块；
c、将炭块经水冷系统冷却至常温后，由皮带输送机输送到破碎机进料口，炭块经破碎筛分成1.5cm*1cm*1cm大小的不定型颗粒；
d、将不定型颗粒由斗式提升机提升到活化炉料仓，经螺旋输送机输送入物理法活化转炉，通过物理法活化转炉在760℃温度下，以水作活化剂，活化成活性炭粗品；
e、将活性炭粗品由皮带输送机间歇输送至酸洗装置，经酸洗装置进行酸煮去除灰分；再进一步经水洗装置将活性炭洗至中性；将已经洗涤至中性的湿活性炭经皮带输送机输送到热风连续干燥装置进料口，控制进料速度，使干燥后的活性炭保持水分在9％，干燥后，加入纳米氧化锌、改性白云土，并混合均匀得活性炭，其中酸源、气源、无机硅重量分别为原料重量的5%、8%和1%，纳米氧化锌、改性白云土分别为原料重量的0.2%、0.08%。
实施例3
一种以山核桃壳为原料生产活性炭的方法,包括以下步骤：
a、原料选择：山核桃壳、植物秸杆、竹子、松树皮；上述原料质量比为9：2：1.2：0.6；
b、将上述各原料干燥后，水分控制在22％，送入切碎装置，切碎成长度在0 .3cm的短截，碎料经皮带输送机输送到成型装置的料仓；控制进料速度，使碎料挤压成块状；块状物料由皮带输送机输送到炭化炉料仓；成型块状物料间歇进入炭化炉，在炭化炉灶中加入酸源、气源和无机硅经320℃温度炭化5h成炭块；
c、将炭块经水冷系统冷却至常温后，由皮带输送机输送到破碎机进料口，炭块经破碎筛分成1.5cm*1cm*1cm大小的不定型颗粒；
d、将不定型颗粒由斗式提升机提升到活化炉料仓，经螺旋输送机输送入物理法活化转炉，通过物理法活化转炉在780℃温度下，以水作活化剂，活化成活性炭粗品；
e、将活性炭粗品由皮带输送机间歇输送至酸洗装置，经酸洗装置进行酸煮去除灰分；再进一步经水洗装置将活性炭洗至中性；将已经洗涤至中性的湿活性炭经皮带输送机输送到热风连续干燥装置进料口，控制进料速度，使干燥后的活性炭保持水分在10％，干燥后，加入纳米氧化锌、改性白云土，并混合均匀得活性炭，其中酸源、气源、无机硅重量分别为原料重量的5%、8%和1%，纳米氧化锌、改性白云土分别为原料重量的0.2%、0.08%。
对比例1
与实施例1区别处在于，不添加纳米氧化锌。
对比例2
与实施例1区别处在于，不添加改性白云土。
对比例3
与实施例1区别处在于，不添加纳米氧化锌和改性白云土。
活性炭实施例的室内甲醛吸附性能测试
对上述实施例1-3、对比例1-3生产所得的活性炭进行室内甲醛的吸附性能测试，分别对三个甲醛浓度不一样的房间中的甲醛进行吸附，其中每小时流经活性炭的气体量为室内容积的8倍，经过8h的测试，结果如下表所示。
净化前室内甲醛浓度（mg/m3） 国家标准规定（GB/T18883-2002） 净化后的浓度（mg/m3）
实施例1 0.69 0.10 0.03
实施例2 0.65 0.10 0.04
实施例3 0.66 0.10 0.04
对比例1 0.67 0.10 0.07
对比例2 0.68 0.10 0.08
对比例3 0.66 0.10 0.09
从表1中可以看出，经过8h的净化之后，实施例1-3的活性炭对甲醛吸附达到国家标准，不添加纳米氧化锌和改性白云土的对比例3的吸附效果不显不如实施例1-3。
尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种以山核桃壳为原料生产活性炭的方法,其特征在于，包括以下步骤：
a、原料选择：山核桃壳、植物秸杆、竹子、松树皮；上述原料质量比为9：2：1.2：0.6；
b、将上述各原料干燥后，水分控制在16～22％，送入切碎装置，切碎成长度在0 .3～0.6cm的短截，碎料经皮带输送机输送到成型装置的料仓；控制进料速度，使碎料挤压成块状；块状物料由皮带输送机输送到炭化炉料仓；成型块状物料间歇进入炭化炉，在炭化炉灶中加入酸源、气源和无机硅经320～350℃温度炭化5～8h成炭块；
c、将炭块经水冷系统冷却至常温后，由皮带输送机输送到破碎机进料口，炭块经破碎筛分成1.5cm*1cm*1cm大小的不定型颗粒；
d、将不定型颗粒由斗式提升机提升到活化炉料仓，经螺旋输送机输送入物理法活化转炉，通过物理法活化转炉在700～850℃温度下，以水作活化剂，活化成活性炭粗品；
e、将活性炭粗品由皮带输送机间歇输送至酸洗装置，经酸洗装置进行酸煮去除灰分；再进一步经水洗装置将活性炭洗至中性；将已经洗涤至中性的湿活性炭经皮带输送机输送到热风连续干燥装置进料口，控制进料速度，使干燥后的活性炭保持水分在8～10％，干燥后，加入纳米氧化锌、改性白云土，并混合均匀得活性炭，其中酸源、气源、无机硅重量分别为原料重量的5%、8%和1%，纳米氧化锌、改性白云石分别为原料重量的0.2%、0.08%；
所述的改性白云石制备方法如下:
将白云石粉120-150g、海泡石粉30-50g在500-520℃下煅烧5-6小时，然后再用10-12%盐酸溶液浸泡3-4小时，接着去离子水洗涤至中性，烘干；
接着加入葡萄糖酸钠0.6-1.5g、二氢磷酸钾1-4g、乙二胺四乙酸四钠盐2-4g、聚乙二醇十六烷基醚1.6-3.5g、桂皮油0.6-0.9g,高速搅拌、烘干、粉碎成超细粉末即可。
2.根据权利要求1所述的一种以山核桃壳为原料生产活性炭的方法，其特征在于，所述酸源为聚磷酸铵、酒石酸、焦磷酸钾、焦磷酸钠中的任意一种。
3.根据权利1所述的一种以山核桃壳为原料生产活性炭的方法，其特征在于，所述气源为三聚氰胺、胍、双氰胺的任意一种。
4.根据权利1所述的一种以山核桃壳为原料生产活性炭的方法，其特征在于，所述无机硅为硅酸钠、偏硅酸钠的任意一种。
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