CN106495149B - 一种生物质制备高吸附性能活性炭的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物质制备高吸附性能活性炭的工艺，主要包括原料的称取筛选、原料的粉碎以及搅拌、模压、干燥、炭化、冷却、分离和最后制成成品包装。针对目前活性炭制备成本高，性能参数要求严格，对于含有重金属离子的废水，尤其是低浓度重金属离子废水的处理效果不理想等问题，通过利用自然界丰富廉价易得的生物质为原料及粘结剂制造出新的产品，没有废弃物产生，设备少，工艺流程简单，可自动化操作，安全可靠，占地面积小，基建费用低，投资小回报快等优点。
Description
技术领域
本发明属于环境污染治理领域，更具体地说，尤其涉及一种生物质制备高吸附性能活性炭的工艺。
背景技术
改革开放后的快速发展，由于人民环保意识低，大量的生活污水未经处理排放，导致主要河流污染，生活用水短缺，造成了“有水不能饮”的被动局面。活性炭比表面积大，孔隙发达，硬度强，机械强度高，吸附性能好，顺理成章成为水深度处理的最佳产品。然而，很无奈的是活性炭制作条件苛刻，成本高昂，从而造成了环保成本高，不利于环保事业的发展。因此，研究一种物美价廉的活性炭代替品，成为科学界当前最紧迫，最重要的事情之一。
近年来，活性炭生产得到迅速发展，不但质量上越来越好，品种越来越多，其应用范围也不断扩大。活性炭的生产原料不只限于木材、煤、果壳、竹子、农作物秸秆等，一方面，利用生物质材料工艺比较简单，对环境影响小，另一方面利用当地丰富的生物质材料，从成本考虑，比较便宜，特别是废弃物资源，可以促使废物资源化。但是，所有优良的活性炭都用了活化处理试剂，导致的结果还是成本略高，药剂又破坏环境，提高环保成本，体现不出来环保优势。
传统活性炭吸附性能虽佳，但对于含有重金属离子废水，尤其是低浓度重金属离子废水处理不理想。本发明在此产品中加入骨粉，其原理是骨头是由30％的有机成分(高温挥发)和70％的无机成分构成。其中无机成分中含羟基磷酸钙(Ca 10(PO4)6(OH)2)95％。其中Ca2+容易被Mg2+、Fe2+、Mn2+、Pb2+、Cd2+、Zn2+、Hg2+、Ba2+、Na+、K+以及Ag+置换[PO4]3-可被[SiO4]4-、[SO4]2-、[CO3]2-、[AsO4]3-、[VO4]3-、[CrO4]2-等络阴离子团取代，其中以结构碳酸根离子最为常见，OH-可以被F-、Cl-替换，因此此产品对重金属离子去除效率高，可代替当前处理重金属离子的离子交换树脂。此外，有关研究表明，当炭中含有大量铁离子复合物的活性炭材料，当其表面具有碱性是可大大提高烟气处理能力，而红土中含有大量的三氧化二铁(Fe2O3)，因此，对含硫烟气处理效果好。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种生物质制备高吸附性能活性炭的工艺解决现有活性炭制作条件苛刻，成本高昂，从而造成了环保成本高，不利于环保事业的发展。因此，研究一种物美价廉的活性炭代替品—灰粒炭解决达到很好治理环境污染问题，而且生产灰粒炭过程中污染小，有利于环保事业的发展。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种生物质制备高吸附性能活性炭的工艺，包括如下步骤：
S1、原料准备：挑选清洁干燥的扁豆秸秆，不干净的要除去土块等杂质，但不洗涤；
S2、分别把扁豆秸秆、红土和骨头采用粉碎机粉成微粉末，通40-60目过滤筛筛分备用；
S3、将S2筛分后的扁豆秸秆、红土和骨头三种原料微粉末按最佳比例混合搅拌均匀，然后再加水在YK160搅拌机中搅拌5分钟，水不宜过多，防止模压原料成分流失；
S4、模压：采用模板模压，模板的压力为30～40MPa；
S5、干燥：常温下自然干燥颗粒较小的制粒模板成品，直至湿度为10-20％；
S6、炭化：将制粒模板装入耐高温材料制成的框式模板，装满后上层覆5cm细土，其炭化温度范围850～1100℃，连续烧粒2.5～3h后取出；
S7、冷却：将框式模板从箱式电阻炉移出，自然冷却，切忌不得破坏土层，防止氧气进入氧化炭粒；
S8、分离：将细土和没有炭化好的成分分离；
S9、成品：采用干净的无色塑料袋包装加工成品。
优选的，所述原料质量比为扁豆秸秆：红土：骨粉＝12-15：2-4：0.5-1.2。
优选的，所述原料最佳质量比为扁豆秸秆：红土：骨粉＝14：3：1。
本发明的技术效果和优点：本发明提供的一种生物质制备高吸附性能活性炭的工艺，针对目前活性炭制备成本高，性能参数要求严格，对于含有重金属离子的废水，尤其是低浓度重金属离子废水的处理效果不理想等问题，通过利用自然界丰富廉价易得的生物质为原料及粘结剂制造出新的产品；具有如下优点：
在于没有添加任何的活化剂和不设保护气；大多数传统技术一般都会用药剂活化制活性炭，从而造成成本高，又污染环境的不良局面；
没有废弃物产生，设备少，工艺流程简单，可自动化操作，安全可靠，占地面积小，基建费用低，投资小回报快等优点；
本发明的吸附性能可与实验室颗粒活性炭相媲美(实验证明，应优于实验室活性炭)；
传统活性炭吸附性能虽佳，但对于含有重金属离子废水，处理效果不理想。此产品原料加入骨粉，对于重金属离子除去效果好；另外，此产品中加入红土对于酸性烟气的处理效果佳，特别是对含硫烟气的处理效果更好。
附图说明
图1为本发明的生产工艺流程简图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种生物质制备高吸附性能活性炭的工艺，包括如下步骤：
S1、原料准备：挑选清洁干燥的扁豆秸秆，不干净的要除去土块等杂质，但不洗涤；
S2、分别把扁豆秸秆、红土和骨头采用粉碎机粉成微粉末，通40目过滤筛筛分备用；
S3、将S2筛分后的扁豆秸秆、红土和骨头三种原料按照质量比为扁豆秸秆：红土：骨粉＝12：2：0.5混合搅拌均匀，然后再加水在YK160搅拌机中搅拌5分钟，水不宜过多，防止模压原料成分流失；
S4、模压：采用模板模压，模板的压力为30MPa；
S5、干燥：常温下自然干燥颗粒较小的制粒模板成品，直至湿度为20％；
S6、炭化：将制粒模板装入耐高温材料制成的框式模板，装满后上层覆5cm细土，其炭化温度范围850℃，连续烧粒2.5h后取出；在S6箱式电阻炉中，温度先以升温速率为10℃/秒升温，加热至300℃，旋转炭化30秒，然后再以升温速率为6℃/秒，加热至850℃，旋转炭化60秒；
S7、冷却：将框式模板从箱式电阻炉移出，自然冷却，切忌不得破坏土层，防止氧气进入氧化炭粒；
S8、分离：将细土和没有炭化好的成分分离；
S9、成品：采用干净的无色塑料袋包装加工成品。
实施例2
一种生物质制备高吸附性能活性炭的工艺，包括如下步骤：
S1、原料准备：挑选清洁干燥的扁豆秸秆，不干净的要除去土块等杂质，但不洗涤；
S2、分别把扁豆秸秆、红土和骨头采用粉碎机粉成微粉末，通50目过滤筛筛分备用；
S3、将S2筛分后的扁豆秸秆、红土和骨头三种原料按照质量比为扁豆秸秆：红土：骨粉＝14：3：1混合搅拌均匀，然后再加水在YK160搅拌机中搅拌5分钟，水不宜过多，防止模压原料成分流失；
S4、模压：采用模板模压，模板的压力为35MPa；
S5、干燥：常温下自然干燥颗粒较小的制粒模板成品，直至湿度为12％；
S6、炭化：将制粒模板装入耐高温材料制成的框式模板，装满后上层覆5cm细土，其炭化温度范围1000℃，连续烧粒2.8h后取出；在S6箱式电阻炉中，温度先以升温速率为10℃/秒升温，加热至400℃，旋转炭化36秒，然后再以升温速率为6℃/秒，加热至1000℃，旋转炭化80秒；目的①隔绝空气，使其内部形成缺氧环境；②高温炭化，挥发分可自由通过土层排出；③不设保护气；
S7、冷却：将框式模板从箱式电阻炉移出，自然冷却，切忌不得破坏土层，防止氧气进入氧化炭粒；
S8、分离：将细土和没有炭化好的成分分离；
S9、成品：采用干净的无色塑料袋包装加工成品。
实施例3
一种生物质制备高吸附性能活性炭的工艺，包括如下步骤：
S1、原料准备：挑选清洁干燥的扁豆秸秆，不干净的要除去土块等杂质，但不洗涤；
S2、分别把扁豆秸秆、红土和骨头采用粉碎机粉成微粉末，通60目过滤筛筛分备用；
S3、将S2筛分后的扁豆秸秆、红土和骨头三种原料按照质量比为扁豆秸秆：红土：骨粉＝15：4：1.2混合搅拌均匀，然后再加水在YK160搅拌机中搅拌5分钟，水不宜过多，防止模压原料成分流失；
S4、模压：采用模板模压，模板的压力为40MPa；
S5、干燥：常温下自然干燥颗粒较小的制粒模板成品，直至湿度为10％；
S6、炭化：将制粒模板装入耐高温材料制成的框式模板，装满后上层覆5cm细土，其炭化温度范围1100℃，连续烧粒3h后取出；在S6箱式电阻炉中，温度先以升温速率为10℃/秒升温，加热至450℃，旋转炭化50秒，然后再以升温速率为6℃/秒，加热至1100℃，旋转炭化90秒；
S7、冷却：将框式模板从箱式电阻炉移出，自然冷却，切忌不得破坏土层，防止氧气进入氧化炭粒；
S8、分离：将细土和没有炭化好的成分分离；
S9、成品：采用干净的无色塑料袋包装加工成品。
市场上竹炭和本发明制备的灰粒炭吸附试验
用电子天平称取亚甲基蓝0.0073g加入盛有1000ml的蒸馏水中，充分搅拌溶解。取有色溶液200ml分别加人2个烧杯中，分别称取3.0g灰粒炭和市场上竹炭加入2烧杯中，用磁力搅拌器搅拌，一个半小时后加入3.0g灰粒炭的烧杯中的颜色褪去。
市场上竹炭、实验室活性炭和本发明制备的灰粒炭吸附试验
用电子天平称取硫酸铜2.0179g加入盛有1000ml的蒸馏水中，充分搅拌溶解。取有色溶液200ml分别加人3个烧杯中，分别称取3.0g灰粒炭、(实)活性炭和(市)竹炭加入上述3个烧杯中，用磁力搅拌器搅拌，一个半小时后原溶液液体的颜色无明显变化，放有市场上竹炭的烧杯溶液液体的颜色比原溶液液体颜色更暗淡了一点，而盛放有实验室活性炭烧杯溶液液体的颜色比盛放竹炭溶液液体颜色更暗淡了一点，加入3.0g灰粒炭的烧杯中的颜色褪去，与蒸馏水的颜色没有区别。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种生物质制备高吸附性能活性炭的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、原料准备：挑选清洁干燥的扁豆秸秆，不干净的要除去土块杂质，但不洗涤；
S2、分别把扁豆秸秆、红土和骨头采用粉碎机粉成微粉末，通40-60目过滤筛筛分备用；
S3、将S2筛分后的扁豆秸秆、红土和骨头三种原料微粉末按最佳比例混合搅拌均匀，然后再加水在YK160搅拌机中搅拌5分钟，水不宜过多，防止模压原料成分流失；
S4、模压：采用模板模压，模板的压力为30～40MPa；
S5、干燥：常温下自然干燥颗粒较小的制粒模板成品，直至湿度为10-20％；
S6、炭化：将制粒模板装入耐高温材料制成的框式模板，装满后上层覆5cm细土，其炭化温度范围850～1100℃，连续烧粒2.5～3h后取出；
S7、冷却：将框式模板从箱式电阻炉移出，自然冷却，切忌不得破坏土层，防止氧气进入氧化炭粒；
S8、分离：将细土和没有炭化好的成分分离；
S9、成品：采用干净的无色塑料袋包装加工成品。
2.根据权利要求1所述的一种生物质制备高吸附性能活性炭的工艺，其特征在于：所述原料质量比为扁豆秸秆：红土：骨粉＝12-15：2-4：0.5-1.2。
3.根据权利要求2所述的一种生物质制备高吸附性能活性炭的工艺，其特征在于：所述原料质量比为扁豆秸秆：红土：骨粉＝14：3：1。
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