CN107177388A - 一种低voc洁净型速燃烧烤炭及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低VOC洁净型速燃烧烤炭及其制备方法，主要由兰炭(或其他类型煤炭)、木炭、淀粉粘结剂、硝酸盐、由硝酸钙改性的天然斜发沸石以及水为原料，经物料混匀、成型、干燥后，加入脱芳香烃点火油(11.8wt.％)即得速燃烧烤炭。其中改性沸石由预焙烧活化、粒度小于40目的天然斜发沸石，经硝酸钙溶液浸渍后再干燥焙烧制得。按照美国Rule 1174 Ignition Method Compliance Certification Protocol文件中所著烧烤炭燃烧实验方法，本发明实施例制备得到的低VOC洁净型速燃烧烤炭能够降低速燃烧烤炭其燃烧过程中20～25％的VOC释放量，具有明显的环保意义。

Description

一种低VOC洁净型速燃烧烤炭及其制备方法
(一)技术领域：
本发明涉及的是一种洁净型烧烤炭的制备方法，具体地说是一种低VOC洁净型速燃烧烤炭及其制备方法。
(二)背景技术
生物质型煤是将煤炭与农林废弃物等可燃生物质及添加剂按一定比例混合压制而成的一种固体成型燃料,是煤炭资源的一种洁净利用方式。其中以兰炭(或其他类型煤炭)和木炭为主要原料的烧烤炭，相比于其他烧烤燃料如煤气、天然气等，具有节能环保、运输方便、易于使用等优点而受到民众的普遍欢迎。速燃烧烤炭，作为烧烤炭产品的一种，英文(instant light charcoal briquette)，由于易点燃，在美国、英国等西方国家普遍受到欢迎。速燃烧烤炭的问题是，由于要使用点火油作为引燃方式，速燃烧烤炭在燃烧前期会释放出一定量的VOC。
美国联邦环保署(EPA)对VOC定义：挥发性有机化合物是除CO、H2CO3、金属碳化物、金属碳酸盐和碳酸铵外，任何参加大气光化学反应的碳化合物定义为VOC。VOC不仅易刺激人体的各类感官，部分还具有致突变、致畸、致癌等作用，会直接危害人类身体健康，而且还是O3和PM2.5的重要前体物，能造成光化学烟雾、O3浓度升高、雾霾天气次数增加等环境问题，间接地影响人体健康。吸附法是VOC污染控制技术中的一种，是利用吸附材料巨大的比表面积和孔容来吸附VOC。吸附材料主要是具有密集的细孔结构的粒状如活性炭、硅胶、沸石等。《碱金属离子改性对纳米HZSM-5沸石丁烯裂解催化性能的影响》一文指出利用碱金属离子浸渍改性沸石的方法，基本原理是通过改变沸石中的非骨架阳离子，可以调整其孔道大小、改变晶体内静电场强度、表面酸碱性，从而改变沸石的性质，调节沸石的吸附、分离和催化特性。
(三)发明内容
为了降低速燃烧烤炭在燃烧前期所释放的VOC对人体和环境的危害，本发明提供一种低VOC洁净型速燃烧烤炭及其制备方法，这种方法环保节能，易于操作，具有巨大的市场潜力。
本发明采用的技术方案是：
1)量取适量的天然斜发沸石，将其粉碎至40目以下；
2)取1)中粒度符合要求的天然斜发沸石粉末于500℃空气气氛下密闭焙烧4h以去除天然斜发沸石中内含的水分并使其活化，制得无内水天然斜发沸石；
3)称取适量硝酸钙和蒸馏水配置成Ca2+摩尔浓度为0.1mol/L的溶液作天然斜发沸石的改性溶液。将无内水天然斜发沸石粉末加入到改性溶液中，充分搅拌混合,在室内常温下密闭静置24h，1L硝酸钙溶液中需加入50g无内水天然斜发沸石；
4)将静置后的改性溶液于105～150℃烘干至恒重后得白色块状固体；
5)将4)中的白色块状物体焙烧于600℃空气气氛下密闭焙烧4h；
6)随炉冷却，研磨得白色粉末，即得由硝酸钙改性的天然斜发沸石；
7)将兰炭(或其他类型煤炭)、木炭破碎至粒径3mm以下，备用；
8)取适量硝酸盐作助燃剂；
9)取适量淀粉作粘结剂，预糊化淀粉液加入比例为干基物料总质量的20％；
10)将1)至9)所得硝酸钙改性天然斜发沸石、兰炭(或其他类型煤炭)和木炭、硝酸盐、淀粉与适量水混合经轮碾机轮碾混匀一段时间，且水随着物料的轮碾缓慢加入直至达到成型水分；
11)将混合均匀的物料经成型机在40MP压力下成型后，经105℃烘干至物料恒重，冷却后得干燥的烧烤炭球。
12)将干燥的烧烤炭球浸入的脱芳香烃点火油(11.8wt.％)即得速燃烧烤炭。
本发明步骤1)所用沸石是天然斜发沸石，不规则颗粒状。
步骤2)天然斜发沸石的焙烧时间需严格控制为4h，时间长或短都会影响天然斜发沸石的活性。
步骤3)所用原料为分析纯硝酸钙，硝酸钙的用量视天然斜发沸石的体积用量确定,当硝酸钙溶液浓度为0.1mol/L时，1L硝酸钙溶液中加入50g无内水天然斜发沸石。
步骤4)改性溶液经烘箱烘干的过程中，可以适当提高干燥温度，直至烘干至恒重。
步骤5)中焙烧时间需严格控制为4h，过长或过短会降低天然斜发沸石的吸附性。焙烧目的为去除沸石中的内在水，同时使吸附在沸石中的硝酸钙分解为氧化钙；
步骤6)所用原料只需经过轻度研磨，将白色块状固体研磨成粉末状即可。
步骤10)所用原料在轮碾机中轮碾时为避免出现物料结块、黏附在搅拌构件上，无法有效被轮碾的情况，水必须在物料被轮碾时缓慢加入到物料中，直至块状物料数量明显增多可停止加水，继续轮碾。
步骤11)成型后的球团可先50℃预热半小时，可以有效避免球团表观开裂情况的出现。
步骤12)干燥的烧烤炭球浸入脱芳香烃点火油时要注意每一个球团尽量都均匀得浸入点火油。
本发明的有益效果是：本发明速燃烧烤炭产品采用硝酸钙溶液改性后的天然斜发沸石作为添加剂，添加量为2wt.％时，就可以生产出低VOC洁净型速燃烧烤炭。按照美国(Rule 1174Ignition Method Compliance Certification Protocol)文件中所著烧烤炭燃烧实验方法，这种速燃烧烤炭相比于之前未添加硝酸钙改性沸石的速燃烧烤炭产品相同条件下，VOC排放量降低了20％～25％，不仅降低了烧烤炭对人类健康的损害，同时也降低了对环境的污染，具有深远的环保意义和巨大的市场潜力。
(四)附图说明
图1为本发明一种低VOC洁净型速燃烧烤炭的制备示意流程图。
(五)具体实施方式
下面举例对本发明做更详细地描述，按制作干燥后的烧烤炭球重量为800g,浸入点火油107.18克，得总重为907.18克的速燃烧烤炭产品为例说明：
实施例所使用的兰炭水分为8.3％，木炭水分为7.7％，按干基比兰炭:木炭＝4:1，考虑到实施过程中的物料损失，物料多准备20％的量，准备921.60g兰炭，230.40g木炭，糊化淀粉粘结剂240g，24g硝酸钠粉末，天然斜发沸石60g
1)量取60g的天然斜发沸石，将其破碎至40目以下；
2)取1)中粒度符合要求的天然斜发沸石粉末于马弗炉500℃空气气氛下焙烧4h以去除天然斜发沸石中内含的水分，制得无内水天然斜发沸石，称取50g备用；
3)称取16.4g硝酸钙和1L蒸馏水配置成Ca2+摩尔浓度为0.1mol/L的溶液作天然斜发沸石的改性溶液。将50g无内水天然斜发沸石粉末加入到改性溶液中，充分搅拌混合，放置在室内常温下密闭静置24h；
4)将静置后的改性溶液于烘箱105～150℃中烘干至恒重后得白色块状固体；
5)将4)中的白色块状物体送入温度为600℃的马弗炉内，焙烧4h；
6)随炉冷却，研磨得白色粉末，即得硝酸钙改性后的天然斜发沸石,量取出24g，备用；
7)将921.60兰炭(或其他类型煤炭)、230.40g木炭破碎至粒径3mm以下，备用；
8)取硝酸盐24g作助燃剂；
9)取适量预糊化淀粉液按以质量份数计，预糊化淀粉液加入比例为干基物料总质量的20％；
10)将1)至9)所得天然斜发沸石、兰炭(或其他类型煤炭)和木炭、氧化剂硝酸盐、粘结剂与100ml水混合经轮碾机轮碾混匀20min；
11)将混合均匀的原料经成型机在40MP压力下成型后，经105℃烘干3h，冷却至室温，得干燥后的烧烤炭球，称取800g备用；
12)在800g干燥后的烧烤炭球中，浸入107.18g脱芳香烃点火油，即得速燃烧烤炭，脱芳香烃点火油加入比例为11.8wt.％。
将实施例制备好的浸油后质量为907.18g速燃烧烤炭按照美国(Rule1174Ignition Method Compliance Certification Protocol)测试方法进行燃烧实验。每次用于燃烧的速燃烧烤炭总质量均为2镑，通过VOC测量仪测得速燃烧烤炭所释放的VOC总量，对比未添加硝酸钙改性沸石的速燃烧烤炭产品相同条件下燃烧所释放的VOC总量减少20～25％。不仅降低了速燃烧烤炭对人类健康的损害，同时也降低了对环境的污染，具有良好的环保意义和巨大的市场潜力。

Claims (13)

1.一种低VOC洁净型速燃烧烤炭及其制备方法，其特征在于包括以下工艺步骤：
(1)量取适量的天然斜发沸石，将其粉碎至40目以下；
(2)取(1)中粒度符合要求的天然斜发沸石粉末于500℃空气气氛下密闭焙烧4h以去除天然斜发沸石中内含的水分并使其活化，制得无内水天然斜发沸石；
(3)称取适量硝酸钙和蒸馏水配置成Ca2+摩尔浓度为0.1mol/L的溶液作天然斜发沸石的改性溶液。将无内水天然斜发沸石粉末加入到改性溶液中，充分搅拌混合,在室内常温下密闭静置24h，1L硝酸钙溶液中需加入50g无内水天然斜发沸石；
(4)将静置后的改性溶液于105～150℃烘干至恒重后得白色块状固体；
(5)将(4)中的白色块状物体焙烧于600℃空气气氛下密闭焙烧4h；
(6)随炉冷却，研磨得白色粉末，即得由硝酸钙改性的天然斜发沸石；
(7)将兰炭(或其他类型煤炭)、木炭破碎至粒径3mm以下，备用；
(8)取适量硝酸盐作助燃剂；
(9)取适量淀粉作粘结剂，预糊化淀粉液加入比例为干基物料总质量的20％；
(10)将(1)至(9)所得硝酸钙改性天然斜发沸石、兰炭(或其他类型煤炭)和木炭、硝酸盐、淀粉与适量水混合经轮碾机轮碾混匀一段时间，且水随着物料的轮碾缓慢加入直至达到成型水分；
(11)将混合均匀的物料经成型机在40MP压力下成型后，经105℃烘干至物料恒重，冷却后得干燥的烧烤炭球。
(12)将干燥的烧烤炭球浸入的脱芳香烃点火油(11.8wt.％)即得速燃烧烤炭。
2.根据权利要求1所述的制备低VOC洁净型速燃烧烤炭的方法，其特征是步骤(1)的原料为人造天然斜发沸石，且需将其破碎至40目以下。
3.根据权利要求1所述的制备低VOC洁净型速燃烧烤炭的方法，其特征是步骤(2)经500℃密闭环境焙烧4h得无内水天然斜发沸石。
4.根据权利要求1所述的制备低VOC洁净型速燃烧烤炭的方法，其特征是步骤(3)由分析纯硝酸钙和蒸馏水制成的改性溶液，将无内水天然斜发沸石粉末加入到改性溶液中，充分搅拌混合且需静置24h，当硝酸钙溶液浓度为0.1mol/L时，1L硝酸钙溶液中需加入50g无内水天然斜发沸石。
5.根据权利要求1所述的制备低VOC洁净型速燃烧烤炭的方法，其特征是步骤(4)需将静置后的混合溶液经105～150℃烘干至恒重。
6.根据权利要求1所述的制备低VOC洁净型速燃烧烤炭的方法，其特征是步骤(5)需将白色块状物体经600℃密闭环境焙烧4h。
7.根据权利要求1所述的制备低VOC洁净型速燃烧烤炭的方法，其特征是步骤(6)研磨得白色粉末即得由硝酸钙改性的天然斜发沸石作烧烤炭添加剂。
8.根据权利要求1所述的制备低VOC洁净型速燃烧烤炭的方法，其特征是步骤(7)兰炭(或其他类型煤炭)、木炭粒度破碎至3mm以下。
9.根据权利要求1所述的制备低VOC洁净型速燃烧烤炭的方法，其特征是步骤(8)取分析纯硝酸盐作助燃氧化剂。
10.根据权利要求1所述的制备低VOC洁净型速燃烧烤炭的方法，其特征是步骤(9)淀粉加入比例为物料干基总质量的20％。
11.根据权利要求1所述的制备低VOC洁净型速燃烧烤炭的方法，其特征是步骤(10)所有物料需经轮碾机轮碾一段时间且水随着物料的轮碾缓慢加入直至达到成型水分。
12.根据权利要求1所述的制备低VOC洁净型速燃烧烤炭的方法，其特征是步骤(11)成型压力为40MP,将成型后的放入干燥箱(器)105℃烘干。
13.根据权利要求1所述的制备低VOC洁净型速燃烧烤炭的方法，其特征是步骤(12)将干燥后的烧烤炭球浸入脱芳香烃点火油加入比例为11.8wt.％。
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