CN108163856A - 一种发泡炭棒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发泡炭棒及其制备方法，将发泡剂加入活性炭和粘结剂中，经烧结加工制备得到发泡炭棒。本发明通过添加发泡剂，在不影响炭棒过滤功效的前提下，减少活性炭的用量，从而降低能耗；利用发泡剂自身作用机理，产生一定压力使炭棒在模具中成型，优化传统模具烧结压实工艺，解决了成型炭棒炭料不均匀及炭棒自身摩擦对模具产生的损伤；增加了炭棒的过滤孔径，减少初始使用黑水量，并解决炭棒在使用一段时间后堵塞的问题。

Description

一种发泡炭棒及其制备方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种发泡炭棒及其制备方法。
背景技术
活性炭具有多孔结构，据估算，3～5g活性炭粉的比表面积相当于一个标准美式橄榄球场大小，烧结之后的活性炭棒孔洞丰富，对于自来水中的异味、气味、余氯和挥发性有机物等污染物具有很高的去除效率，炭棒已成为饮用水净化器的一个非常关键且重要的过滤器件，可以直接用于饮用、烹饪等过滤要求很高的场合，也可以用作超滤、反渗透等净水器最后一级改善过滤口感。
炭棒的成型制备方法已成为当前净水行业关注的重点，炭棒的成型途径有两种，一种是经热熔挤压成型，另一种是模具烧结成型。热熔挤压成型的炭棒，有炭料分布不均匀、活性炭孔隙堵塞、吸附效低的问题；传统模具烧结成型法制备的炭棒过滤效能高，但存在以下问题：
1.活性炭及粘结剂在炭棒成型中的均匀分布不易控制，影响炭棒的利用率及过滤效能；
2.炭棒在成型及脱模过程中，因挤压使活性炭对模具造成严重损伤，模具更换频率提高，增加生产成本；
3.为保证炭棒的过滤效能，减少粘结剂的用量，导致初始使用黑水量增多；
4.炭棒在使用一段时间后会出现堵塞问题，流速降低，需更换滤芯，但是炭棒中的有效活性炭并未得到充分利用，严重浪费活性炭资源。
针对上述传统模具烧结成型法中存在的问题，现有技术中还没有一种较好的解决办法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种发泡炭棒及其制备方法，通过添加发泡剂来改善炭棒的成型工艺，可有效解决传统模具烧结成型法所存在的分布不均匀、模具损伤、炭棒堵塞及黑水等问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：
一种发泡炭棒，所述发泡炭棒的原料按质量份数计，包括尺寸60～250目的活性炭40～60份，粘结剂15～35份，发泡剂15～40份；例如，按质量百分比计，所述原料可包括尺寸60～250目的活性炭40～60％，粘结剂15～35％，发泡剂15～40％；其中活性炭根据粒径尺寸不同，可以为颗粒状和/或粉状；所述原料通过烧结成型制备得到所述发泡炭棒。
一实施例中：所述活性炭为椰壳炭、煤质炭、木炭、竹炭中的至少一种。
一实施例中：所述粘结剂为低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚丙烯(PP)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)中的至少一种。
一实施例中：所述发泡剂为无机发泡剂和/或有机发泡剂。
一实施例中：所述发泡剂为聚碳酸类(例如聚碳酸酯PC等)、碳酸盐类(例如碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸氢钠等)、对甲苯磺酰肼(TSH)、偶氮二甲酰胺(ADC)、N,N-二亚硝基五次甲基四胺(DPT)、4,4'-二-磺酰肼二苯醚(OBSH)、甲苯磺酞氨基崛(TSS或TSSC)、5-苯基四唑(5-PT)中的至少一种。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：
上述的发泡炭棒的制备方法，按所述原料的比例，将活性炭、粘结剂和发泡剂混合均匀后，在150～380℃下烧结30～90min，得到发泡炭棒成品。
一实施例中：所述原料混合时间为15～40min。
一实施例中：所述原料混合均匀后充填至模具内进行烧结。
一实施例中：所述模具为直管模具。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
1.本发明能够使炭棒成型时炭料均匀分布，所制得的产品一致性好，品质可控，不影响炭棒的利用率及过滤效能；同时减少了活性炭用量，降低能耗；
2.本发明利用发泡剂的膨胀作用使得炭料自压压实成型，减少了活性炭对模具的损伤；
3.本发明中发泡剂的使用还增加了炭棒的过滤孔径，减少了初始使用黑水量，也避免了炭棒堵塞的问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的发泡炭棒的微观结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例具体说明本发明的内容：
实施例1
1)将165g的60～250目的椰壳炭、90g粘结剂LDPE、45g发泡剂偶氮二甲酰胺置入混料缸中混合20min至均匀；
2)将步骤1)的混合均匀的原料充填至直管模具内，模具两端用堵头塞住；
3)将步骤2)中充填好原料的模具移入烧结炉内，在170℃下烧结50min；
4)烧结完成后，脱模，切割，得到发泡炭棒成品A1。
实施例2
1)将120g的60～250目的椰壳炭、90g粘结剂LDPE、90g发泡剂偶氮二甲酰胺置入混料缸中混合20min至均匀；
2)将步骤1)的混合均匀的原料充填至直管模具内，模具两端用堵头塞住；
3)将步骤2)中充填好原料的模具移入烧结炉内，在190℃下烧结70min；
4)烧结完成后，脱模，切割，得到发泡炭棒成品A2。
实施例3
1)将165g的60～250目的椰壳炭、90g粘结剂LDPE、45g发泡剂4,4'-二-磺酰肼二苯醚置入混料缸中混合20min至均匀；
2)将步骤1)的混合均匀的原料充填至直管模具内，模具两端用堵头塞住；
3)将步骤2)中充填好原料的模具移入烧结炉内，在170℃下烧结50min；
4)烧结完成后，脱模，切割，得到发泡炭棒成品B1。
实施例4
1)将120g的60～250目的椰壳炭、90g粘结剂LDPE、90g发泡剂4,4'-二-磺酰肼二苯醚置入混料缸中混合20min至均匀；
2)将步骤1)的混合均匀的原料充填至直管模具内，模具两端用堵头塞住；
3)将步骤2)中充填好原料的模具移入烧结炉内，在190℃下烧结70min；
4)烧结完成后，脱模，切割，得到发泡炭棒成品B2。
实施例5
1)将180g的60～250目的椰壳炭、45g粘结剂HDPE、75g发泡剂碳酸氢铵置入混料缸中混合15min至均匀；
2)将步骤1)的混合均匀的原料充填至直管模具内，模具两端用堵头塞住；
3)将步骤2)中充填好原料的模具移入烧结炉内，在150℃下烧结90min；
4)烧结完成后，脱模，切割，得到发泡炭棒成品。
实施例6
1)将120g的60～250目的煤质炭、60g粘结剂EVA、120g发泡剂TSS置入混料缸中混合25min至均匀；
2)将步骤1)的混合均匀的原料充填至直管模具内，模具两端用堵头塞住；
3)将步骤2)中充填好原料的模具移入烧结炉内，在380℃下烧结30min；
4)烧结完成后，脱模，切割，得到发泡炭棒成品。
实施例7
1)将135g的60～250目的木炭、105g粘结剂PP、60g发泡剂DPT置入混料缸中混合40min至均匀；
2)将步骤1)的混合均匀的原料充填至直管模具内，模具两端用堵头塞住；
3)将步骤2)中充填好原料的模具移入烧结炉内，在210℃下烧结60min；
4)烧结完成后，脱模，切割，得到发泡炭棒成品。
实施例8
1)将150g的60～250目的竹炭、45g粘结剂LLDPE、105g发泡剂5-PT置入混料缸中混合35min至均匀；
2)将步骤1)的混合均匀的原料充填至直管模具内，模具两端用堵头塞住；
3)将步骤2)中充填好原料的模具移入烧结炉内，在280℃下烧结45min；
4)烧结完成后，脱模，切割，得到发泡炭棒成品。
对比例
1)将210g的60～250目的椰壳炭、90g粘结剂LDPE置入混料缸中混合20min至均匀；
2)将步骤1)的混合均匀的原料充填至直管模具内，模具两端用堵头塞住；
3)将步骤2)中充填好原料的模具移入烧结炉内，在190℃下烧结70min；
4)烧结完成后，脱模，切割，得到炭棒成品C。
实验例
将上述实施例1～4制得的发泡炭棒A1、A2、B1、B2及对比例制得的炭棒C分别进行余氯去除、有机物(COD)去除及质量与初始黑水量的对比测试，余氯选用次氯酸钠(8％)作为加标试剂，有机物选用酒石酸作为加标试剂进行测试。
配置余氯含量为2.0ppm的测试挑战液，在0.3bar的压力下，测试炭棒A1、A2、B1、B2、C的余氯去除率。结果如表1所示。
表1 A1、A2、B1、B2、C的余氯去除率实验结果
流量(L) A1 A2 B1 B2 C
10 99.0％ 99.0％ 99.0％ 99.0％ 99.5％
3000 95.5％ 95.5％ 95.6％ 95.6％ 97.2％
9000 90.2％ 90.0％ 90.3％ 90.0％ 95.1％
15000 87.4％ 86.2％ 87.3％ 86.0％ 90.3％
24000 80.3％ 78.2％ 81.0％ 78.2％ 86.4％
30000 74.5％ 70.1％ 76.4％ 70.0％ 80.7％
配置COD含量为30的挑战液，在0.3bar的压力下，测试炭棒A1、A2、B1、B2、C的COD去除率。结果如表2所示。
表2 A1、A2、B1、B2、C的COD去除率实验结果
流量(L) A1 A2 B1 B2 C
10 70.2％ 68.1％ 69.3％ 66.8％ 75.1％
3000 65.1％ 63.5％ 64.6％ 62.8％ 70.6％
9000 60.0％ 58.4％ 61.2％ 58.1％ 65.0％
15000 55.7％ 52.0％ 56.4％ 52.8％ 60.8％
24000 50.5％ 45.6％ 51.2％ 45.1％ 56.2％
30000 46.8％ 40.1％ 47.1％ 41.3％ 52.1％
测试炭棒A1、A2、B1、B2、C的质量与黑水量。结果如表3所示。
表3 A1、A2、B1、B2、C的质量与黑水量对比实验结果
样品 A1 A2 B1 B2 C
质量(g) 240 200 242 204 280
黑水量(L) 1.0 0.5 1.0 0.5 2.0
将A1、A2、B1、B2、C炭棒分别安装于冲水测试台，固定压力0.3MPa，测其流速。结果如表4所示。
表4 A1、A2、B1、B2、C的冲水流速对比实验结果
由上述检测结果可以看出，在制备炭棒的工艺中以发泡剂代替部分活性炭，过滤效能小幅降低，但是单支炭棒质量与初始黑水量大大降低，既节约资源，降低能耗，降低运输成本，又可提高用户体验感，并且有效解决炭棒在使用一段时间堵塞，流速降低的问题。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (9)

1.一种发泡炭棒，其特征在于：所述发泡炭棒的原料按质量份数计，包括尺寸60～250目的活性炭40～60份，粘结剂15～35份，发泡剂15～40份；所述原料通过烧结成型制备得到所述发泡炭棒。
2.根据权利要求1所述的发泡炭棒，其特征在于：所述活性炭为椰壳炭、煤质炭、木炭、竹炭中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的发泡炭棒，其特征在于：所述粘结剂为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丙烯、超高分子量聚乙烯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的发泡炭棒，其特征在于：所述发泡剂为无机发泡剂和/或有机发泡剂。
5.根据权利要求1所述的发泡炭棒，其特征在于：所述发泡剂为聚碳酸类、碳酸盐类、对甲苯磺酰肼、偶氮二甲酰胺、N,N-二亚硝基五次甲基四胺、4,4'-二-磺酰肼二苯醚、甲苯磺酞氨基崛、5-苯基四唑中的至少一种。
6.一种权利要求1至5中任一项所述的发泡炭棒的制备方法，其特征在于：按所述原料的比例，将活性炭、粘结剂和发泡剂混合均匀后，在150～380℃下烧结30～90min，得到发泡炭棒成品。
7.根据权利要求6所述的发泡炭棒的制备方法，其特征在于：所述原料混合时间为15～40min。
8.根据权利要求6所述的发泡炭棒的制备方法，其特征在于：所述原料混合均匀后充填至模具内进行烧结。
9.根据权利要求6所述的发泡炭棒的制备方法，其特征在于：所述模具为直管模具。
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