CN107555431B

CN107555431B - 一种竹质柱状活性炭及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN107555431B
Application number: CN201710823764.4A
Authority: CN
Inventors: 李文贵; 李雪
Original assignee: Individual
Current assignee: Li Wengui
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2019-09-13
Anticipated expiration: 2037-09-13
Also published as: CN107555431A

Abstract

本发明公开了一种竹质柱状活性炭及其制备方法和应用，所述竹质柱状活性炭由以下重量份数的原料组成：竹炭：54‑64份，粘结剂：19‑21份，添加剂：15‑25份；其制备方法包括：①配料与制粉；②混合成型；③干燥；④热处理；⑤冷却。本发明的竹质柱状活性炭除可作催化剂载体，医药食品脱色，糖脱色，净化水和净化空气使用外，对工业环境空气中有机气体挥发物VOC的吸附回收有优异的效果。本发明实现了对竹质生物资源的利用，节能环保，成本低。

Description

一种竹质柱状活性炭及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种竹质柱状活性炭及其制备方法和应用，属于环保技术领域。

背景技术

在我国工业蓬勃发展、环境日趋恶化、环保产业步入快车道的大背景下，加油站、油库、油漆厂、涂料厂、家具厂、皮革厂、石棉制品厂、印染厂、染料厂、农药厂、有机化工厂、有机溶剂厂、污水厂等都会有难闻的有机挥发气体释放出来，污染周围环境，国家已开始要求这些企业进行整改，尽管有各种不同的处理技术，相比而言，采用柱状活性炭吸附，既可以改善环境，同时可以回收有机挥发物变废为宝，一举多得，是目前最先进的净化技术，市场需求量很大。

柱状活性炭主要有煤质的、也有一些椰壳制和木质的，如今，制造和生产柱状活性炭遇到难以解决的问题。煤是一次性能源，国家已出台削产能政策限制开采，除此，煤中还含有一定的硫和汞，在生产活性炭过程中，不但会释放出大量二氧化碳，还会有二氧化硫和汞污染环境；椰壳柱状活性炭本来产能很低，现在又受到原材料制约，许多东南亚热带地区的椰子不再集中加工，而是直接发运到消费者所在地，原椰子直接销售直接饮用，无法收集椰子壳制造活性炭；木质柱状活性炭的原料是木材，随着国家对森林资源保护的加强，产能非常有限。

竹子是可再生资源，它在生长过程中，每天要吸收大量的二氧化碳，国家提倡竹子的深加工及开发利用，促使竹子更新换代、推陈出新，用竹子制造竹质柱状活性炭意义重大，但技术难度高，属国际空白。

发明内容

本发明旨在提供一种竹质柱状活性炭及其制备方法和应用。

本发明提供了一种竹质柱状活性炭，由以下重量份数的原料组成：

竹炭：54-64份，

粘结剂：19-21份，

添加剂：15-25份，

所得竹质柱状活性炭，外观为圆柱状黑色小颗粒，直径为1-7mm，装填密度200-440g/l，强度80-99%，比表面积900-1400平方米/克，四氯化碳吸附值50-100%，碘值900-1400mg/g，亚甲基兰吸附值150-280mg/g，糖蜜值180-350，苯吸附值25-45%。

上述方案中，所述的竹炭是由竹头、竹杆、竹梢干馏后的产物，堆比重210-480g/l、灰分2.6-6.5%、挥发分4.3-18%、固定炭70-90%、水分3-9%。

上述方案中，所述的粘结剂为竹焦油或竹浆黑液的一种或两种；竹焦油为竹材干馏而得的油状副产物，黑褐色，密度为1.05-1.2g/cm³；竹浆黑液是竹材制浆时产生的废液，呈黑褐色，二者可以单独使用，也可混合使用，混合时比例不限。

上述方案中，所述的添加剂为沥青、CMC(羧甲基纤维素)，二者的比例为（7-9）：1。其沥青软化点大于100℃，灰分小于0.6%，水分小于3%；CMC的密度为0.5-0.7 g/cm³。

本发明提供了上述竹质柱状活性炭的制备方法，包含以下步骤：

第一步，配料与制粉：取竹炭54-64份、添加剂15-25份，混合均匀后制粉，粉的细度为200目通过率大于95%；

第二步，混合成型：将制好的粉料移入混合机中，并加入19-21份的粘结剂，搅拌混合10-20分钟，将混好的物料移入成型机，预压一次，再在60-70MPa的压力下，物料通过直径1-7mm的模孔，成型为圆柱状竹炭颗粒；

第三步，干燥：将成型后的圆柱状竹炭进行干燥，使其含水率小于8%；

第四步，热处理：将干燥后的圆柱状竹炭加入转炉中炭化，炭化温度为180-550℃，由低到高进行，炭化时间为40-90分钟；所得炭化料再加入转炉活化，活化温度为750-900℃，在水蒸气作用下，活化时间为90-120分钟；

第五步，冷却：将转炉出来的活化料，移入冷却装置中，使物料温度降至45℃以下，再经过筛分，除去制备过程中产生的粉末后，即为竹质柱状活性炭。

本发明提供了所述的竹质柱状活性炭在吸附VOC中的应用。

上述活性炭用于处理工业环境中释放出的挥发性有机气体效果特好，1吨竹质柱状活性炭一次可处理和回收有机物（以苯为例）300kg以上，可多次反复使用，实现对有机物的吸附及回收利用。

本发明所述的应用，是指采用吸附回收装置，吸附回收空气中有机气体挥发物VOC，所述吸附回收装置包括活性炭吸附塔、VOC收集器、引风机，活性炭吸附塔底部连接氮气管道，活性炭吸附塔侧面设有待回收VOC气体入口，待回收VOC气体入口管道上设有第一切换阀，氮气管道上设有第三切换阀；活性炭吸附塔顶部出口分别连接VOC收集器和引风机；活性炭吸附塔和引风机连接的管道上设有第二切换阀，活性炭吸附塔与VOC收集器连接的管道上设有第四切换阀；VOC收集器顶部设有气体出口连接引风机，底部设有VOC液体出口。

在吸附回收有机气体挥发物VOC时，将竹质柱状活性炭装入活性炭吸附塔，关闭第三切换阀、第四切换阀，打开第一切换阀、第二切换阀，通过引风机抽力，把工业环境中释放出的挥发性有机气体VOC引入吸附塔内，被活性炭吸收，待活性炭吸附饱和后，关闭第一切换阀、第二切换阀，打开第三切换阀、第四切换阀，进入解析状态，被吸附在活性炭孔里的VOC物质跟随氮气从活性炭的孔中析出，进入VOC收集器，通过冷却，使VOC与氮气分离，实现VOC的回收。

上述百分比均是指质量百分比。

本发明的有益效果：

（1）制造竹质柱状活性炭的主要原料为竹炭，竹炭又是由竹根头、竹杆、竹稍干馏后制得。制造1吨竹质柱状活性炭，需要消耗14-17吨竹子，可见，通过制造竹质柱状活性炭可大力促进竹子的更新，促进竹资源的再生利用，推动竹产业的发展，为社会创造更多就业岗位，利国利民，有利于绿色环境的维护与扩展。

（2）目前，竹子主要用来做家具，在家具制造过程中，会产生大量的竹头、竹稍、竹屑废料，这些废料原来都作为锅炉的燃料处理，现在为了环保，政府已下令禁用这种锅炉，所以，把这些废料加工成竹质柱状活性炭，变废为宝，节能环保。

（3）加油站、油库、油漆厂、涂料厂、家具厂、皮革厂、石棉制品厂、印染厂、染料厂、农药厂、有机化工厂、有机溶剂厂、污水厂等都有难闻的有机挥发气体释放出来，污染周围环境，竹质柱状活性炭可有效处理和回收这些有机挥发物，市场需求量很大。

附图说明

图1为使用竹质柱状活性炭吸附VOC的吸附回收装置。

图中：1为活性炭吸附塔，2为VOC收集器，3为引风机，4为第一切换阀，5为第二切换阀，6为第三切换阀，7为第四切换阀，A代表VOC气体，B代表N₂，C代表VOC液体，D代表空气和N₂。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例1：

购买福建竹炭5kg，化验结果为，堆比重389g/l、灰分4.8%、挥发分13.3%、固定炭76.3%、水分5.6%。

称取4kg竹炭，再与0.9kg沥青、0.1kgCMC混合均匀磨粉，制得的混合粉用200目分析筛检验细度，通过率为97%。

将混合粉移入混合器中，在35-40度的条件下，加入1.3kg竹焦油，开动搅拌器，20分钟后出料。

将混合好的料团移入挤压成型机，在190kg/平方厘米的压力下，物料通过直径4.5mm的模孔，得到圆柱状颗粒物料，经烘干后，水分测试结果为4.3%。

将此烘干的物料加入转炉炭化，炭化温度为180-550℃，由低到高进行，炭化时间为40分钟。所得炭化料再加入转炉活化，活化温度为750℃，与水蒸气反应的活化时间为120分钟。活化料冷却到室温后，移入密封装置，即得到竹质柱状活性炭样品A。

实施例2：

购买安徽竹炭5kg，经化验，结果为：堆比重416g/l、灰分5.1%、挥发分11.9%、固定炭78.8%、水分4.2%。

称取4kg竹炭，再与1.6kg沥青0.2kgCMC混合均匀后磨粉，得到的混合粉，用200目分析筛检验，通过率96%。

将混合粉料移入混合器中，在35-40℃的条件下，加入1.5kg竹浆废液，开动搅拌器，15钟后出料。

将混合好的料团移入挤压成型机，在120kg/平方厘米的压力下，物料通过直径7mm的模孔，得到圆柱状颗粒物料，经过烘干后，水分测试结果为7.4%.。

将此颗粒料加入转炉炭化，炭化温度为180-450℃，由低到高进行，炭化时间为60分钟。所得炭化料再加入转炉活化，活化温度850℃，与水蒸气反应的活化时间为100分钟。活化料冷却到室温后，移入密封装置，即得到竹质柱状活性炭样品B。

实施例3：

购买浙江竹炭5kg，化验结果为：堆比重为249g/l、灰分4.4%、挥发分11.5%、固定炭81%、水分3.1%。

称取4kg竹炭，再与1.25kg沥青，0.15kgCMC混合均匀后，磨粉，得到的混合粉，用200目分析筛检验，通过率96%。

将混合粉料移入混合器中，在35-40℃的条件下，加入0.7kg竹浆废液和0.7kg竹焦油，开动搅拌器，10分钟后出料。

将混合好的料团移入挤压成型机，在240kg/平方厘米的压力下，物料通过直径1mm的模孔，得到圆柱状颗粒物料，经过烘干后，水分测试结果为3.8%.。

将此颗粒料加入转炉炭化，炭化温度为180-350℃，由低到高进行，炭化时间为90分钟。所得炭化料再加入回转炉活化，活化温度为900℃，与水蒸气反应的活化时间为90分钟。活化料冷却到室温后，移入密封装置，即得到竹质柱状活性炭样品C。

实施例4：效果比较：

与相同标准的宁夏煤质柱状活性炭样品D比较，评价以上3个实施例所得样品A,B,C。目前，人们对活性炭的评判标准，一般都是以活性炭的比表面积为依据的，比表面积相同或相近的活性炭视同为相同标准的活性炭。所述相同标准的宁夏煤质柱状活性炭样品D，是从市场买到的比表面积与本发明相近的宁夏煤质柱状活性炭。

采用吸附回收装置吸附回收空气中有机气体挥发物VOC，所述吸附回收装置如图1所示，包括活性炭吸附塔1、VOC收集器2、引风机3，活性炭吸附塔1底部连接氮气管道，活性炭吸附塔1侧面设有待回收VOC气体入口，待回收VOC气体入口管道上设有第一切换阀4，氮气管道上设有第三切换阀6；活性炭吸附塔1顶部出口分别连接VOC收集器2和引风机3；活性炭吸附塔1和引风机3连接的管道上设有第二切换阀5，活性炭吸附塔1与VOC收集器2连接的管道上设有第四切换阀7；VOC收集器2顶部设有气体出口连接引风机3，底部设有VOC液体出口。

对VOC的处理效果比较（以吸附苯为例）。

① 将A，B，C，D样品在110-120℃条件下烘干后，各秤取5克分别放入4个秤瓶中，在蒸汽浴广口瓶内事先倒入60ml纯苯，将4个试样秤瓶放置于广口瓶内的带孔隔板上，广口瓶瓶口与冷凝器密封连接，通入冷凝水，然后将整套装置浸入已控制好的水浴中，（温度保持在88-92℃），吸附10分钟,然后将整套装置从水浴中取出，在空气中冷却5分钟，关闭冷凝水，打开冷凝器磨口，取出试样秤瓶，用玻璃罩住，在室温下再冷却20分钟，进行第二次秤重，试样重量分别为：A6.58g，B6.49g，C6.56g，D5.59g。

② 再将第二次秤重后的4个样品放回各自称瓶，重新放回广口瓶内的带孔隔板上，广口瓶瓶口与冷凝器密封连接，通入冷凝水，然后将整套装置浸入已控制好的水浴中，（温度保持在88-92℃），再吸附20分钟，然后将整套装置从水浴中取出，在空气中冷却5分钟，关闭冷凝水，打开冷凝器磨口，取出试样秤瓶，用玻璃罩住，在室温下再冷却20分钟，进行第三次秤重，试样重量分别为：A6.58g，B6.49g， C6.56g，D6.19g，可见，竹质柱状活性炭样品A、B、C已吸附饱和，重量与上次试验一样，不再增加。

③ 再将第三次秤重后的D样品放回原称瓶，重新放回广口瓶内的带孔隔板上，广口瓶瓶口与冷凝器连接，通入冷凝水，然后将整套装置浸入已控制好的水浴中，（温度保持在88-92℃），再吸附30分钟，然后将整套装置从水浴中取出，在空气中冷却5分钟，关闭冷凝水，打开冷凝器磨口，取出试样秤瓶，用玻璃罩住，在室温下再冷却20分钟，进行第四次秤重，D试样重量为:D6.19g，可见，宁夏煤质柱状活性炭样品D，也吸附达到饱和，重量不再增加，试验完毕。

④ 试验情况汇总表

上表中，本发明样品A、B、C在吸苯10分钟和吸苯30分钟时的量相同，说明在吸苯10分钟时已达到吸附饱和状态，对比样品宁夏煤质柱状活性炭在吸苯30分钟和吸苯60分钟时的量相同，说明在吸苯30分钟时达到饱和状态。

从试验结果看出，煤质柱状活性炭对苯的饱和吸附率为23.8%，而竹质柱状活性炭对苯的饱和吸附率平均可达30.9%，是煤质柱状活性炭（煤做成的活性炭）的1.3倍，吸附速度更是远超于煤质活性炭，所以，竹质柱状活性炭对VOC的处理与回收有优异效果。

Claims

1.一种竹质柱状活性炭，其特征在于：由以下重量份数的原料组成：

竹炭：54-64份，竹炭是由竹头、竹杆、竹梢干馏后的产物；所述竹炭的堆比重210-480g/l、灰分2.6-6.5%、挥发分4.3-18%、固定炭70-90%；

粘结剂：19-21份，粘结剂为竹焦油或竹浆黑液的一种或两种，选取两种时以任意比例混合；

添加剂：15-25份，添加剂为沥青和羧甲基纤维素；二者的比例为（7-9）：1；其沥青软化点大于100℃，灰分小于0.6%，水分小于3%；羧甲基纤维素的密度为0.5-0.7 g/cm³；

所得竹质柱状活性炭，其外观为圆柱状黑色小颗粒，直径为1-7mm，装填密度200-440g/l，强度80-99%，比表面积900-1400平方米/克，四氯化碳吸附值50-100%，碘值900-1400mg/g，亚甲基蓝吸附值150-280mg/g，糖蜜值180-350，苯吸附值25-45%。

2.根据权利要求1所述的竹质柱状活性炭，其特征在于：竹焦油为竹材干馏而得的油状副产物，黑褐色，密度为1.05-1.2g/cm³；竹浆黑液是竹材制浆时产生的废液，呈黑褐色。

3.一种权利要求1~2任一项所述的竹质柱状活性炭的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

第四步，热处理：将干燥后的圆柱状竹炭加入转炉中炭化，炭化温度为180-550℃，由低到高进行，炭化时间为40-90分钟；所得炭化料再加入回转炉活化，活化温度为750-900℃，在水蒸气作用下，活化时间为90-120分钟；

第五步，冷却：将回转炉出来的活化料，移入冷却装置中，使物料温度降至45℃以下，再经过筛分，除去制备过程中产生的粉末后，即为竹质柱状活性炭。

4.一种权利要求1~2任一项所述的竹质柱状活性炭对工业环境空气中有机气体挥发物VOC的吸附回收应用。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：采用吸附回收装置吸附回收空气中有机气体挥发物VOC，所述吸附回收装置包括活性炭吸附塔、VOC收集器、引风机，活性炭吸附塔底部连接氮气管道，活性炭吸附塔侧面设有待回收VOC气体入口，待回收VOC气体入口管道上设有第一切换阀，氮气管道上设有第三切换阀；活性炭吸附塔顶部出口分别连接VOC收集器和引风机；活性炭吸附塔和引风机连接的管道上设有第二切换阀，活性炭吸附塔与VOC收集器连接的管道上设有第四切换阀；VOC收集器顶部设有气体出口连接引风机，底部设有VOC液体出口。

6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：在吸附回收有机气体挥发物VOC时，将竹质柱状活性炭装入活性炭吸附塔，关闭第三切换阀、第四切换阀，打开第一切换阀、第二切换阀，通过引风机抽力，把工业环境中释放出的挥发性有机气体VOC引入吸附塔内，被活性炭吸收，待活性炭吸附饱和后，关闭第一切换阀、第二切换阀，打开第三切换阀、第四切换阀，进入解析状态，被吸附在活性炭孔里的VOC物质跟随氮气从活性炭的孔中析出，进入VOC收集器，通过冷却，使VOC与氮气分离，实现VOC的回收。

7.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：1吨竹质柱状活性炭一次能处理回收苯300kg。