CN108689406A

CN108689406A - 一种净水用活性炭的制备方法

Info

Publication number: CN108689406A
Application number: CN201810719784.1A
Authority: CN
Inventors: 吴旭
Original assignee: Hefei Peak Energy Saving Technology Co Ltd
Current assignee: Hefei Peak Energy Saving Technology Co Ltd
Priority date: 2018-07-03
Filing date: 2018-07-03
Publication date: 2018-10-23

Abstract

本发明公开了一种净水活性炭的制备方法，由石油焦、原料煤、粘结剂和活化剂组成，且原料各组分的重量含量如下：石油焦50‑70%、原料煤10‑40%、粘结剂5‑20%、活化剂0.5‑10%；具体制备步骤如下：（1）按比例分别称取石油焦和原料煤进行破碎处理混合均匀；（2）按比例加入粘结剂压块成型成压块料；（3）炭化炉炭化处理；（4）将炭化料粉碎，与活化剂混匀；（5）活化处理；（6）洗涤、干燥得到净水用活性炭。本发明提供的制备方法工艺流程简单，运行成本低，并且制备出的活性炭产品具有机械强度高、吸附性能好等优点，具有较好的水质净化效果。

Description

一种净水用活性炭的制备方法

技术领域

本发明涉及活性炭技术领域，具体涉及一种净水用活性炭的制备方法。

背景技术

活性炭由于具有巨大的比表面积以及发达的空隙结构，因此对水中溶解态有机物如酚类化合物等具有较强的吸附能力，适用于饮用水的净化。目前市场上采用的活性炭产品主要有两类，即由柱状活性炭制成，或者采用原煤直接破碎，这两类产品用于水质净化均存在难以解决的弊端，难以达到净化水质的目的。

针对以上问题，在中国专利CN1194235中提出了一种煤制活性炭及其制造方法。该活性炭在生产中不经制粉、成型工序，将无烟煤破碎成一定粒度颗粒，加入活化炉中通过高温水蒸汽将其活化制得产品。该方法生产的原煤直接破碎，活性炭存在堆比重轻、机械强度低等缺点，难以起到净化水质的目的。

而在中国专利CN201710466241.9中提出了一种净水用活性炭，它是经过以下步骤制得：将秸秆干燥后，粉碎过筛至10-60目，混合均匀；在微波裂解反应炉内初步炭化，制得预处理料；微波功率1000-1500W，初步炭化时间为3-15min；将预处理料在15-35wt％盐酸溶液中浸泡3-20h，然后再在15-30wt％氢氧化钠溶液中浸泡-5h，用去离子水反复洗涤直至中性，干燥后制得半成品；将半成品置入380-420℃的马弗炉中保温处理0.5-2h，降至室温即得。该发明通过使用秸秆一定程度上降低了生产成本，但秸秆炭化过程中表面能以形成具有较好吸附能力的中孔和大孔，致使其吸附能力下降，难以起到净化水质的目的。

基于此，有必要提供一种净水活性炭的制备方法，以解决现有的活性炭净水效果不理想、净化不彻底的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种净水活性炭的制备方法，以解决现有的活性炭净水效果不理想、净化不彻底的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种净水用活性炭的制备方法，由石油焦、原料煤、粘结剂和活化剂组成，且原料各组分的重量含量如下：

石油焦 50-70%；

原料煤 10-40%；

粘结剂 5-20%；

活化剂 0.5-10%；

具体制备步骤如下：

（1）按比例分别称取石油焦和原料煤进行破碎处理，筛分得到粒径为3-5mm的石油焦颗粒和原料煤颗粒，并将石油焦颗粒和原料煤颗粒混合均匀；

（2）按比例加入粘结剂进行搅拌混合、捏合，再经压块机压块成型得到压块料；

（3）将压块料放入炭化炉中，在惰性气体保护下升温炭化，得到炭化料；

（4）将炭化料粉碎，过100-200目筛，并加入活化剂混匀；

（5）将混有活化剂的炭化料放入活化炉中，并在高纯N2气氛下进行活化处理，得到活化料；

（6）将步骤（5）中的活化料冷却后经洗涤、干燥得到净水用活性炭。

进一步的，由石油焦、原料煤、粘结剂和活化剂组成，且原料各组分的重量含量如下：

石油焦 60%；

原料煤 25%；

粘结剂 10%；

活化剂 5%。

进一步的，所述石油焦原料的灰分≤0.50%，水分≤5.0%，含碳量≥95%。

进一步的，所述原料煤为重量比为3:1的烟煤与褐煤的混合物。

进一步的，所述粘结剂为煤沥青、石油沥青、裂化油浆中一种或几种。

进一步的，所述活化剂为NaOH或KOH。

进一步的，所述压块成型的压力为25-35MPa。

进一步的，所述步骤（3）中惰性气体为氮气或氩气。

进一步的，所述步骤（3）炭化具体步骤包括：

（1）将压块料置于炭化炉中，并在氮气或氩气保护下进行炭化处理，先控制升温速率为8℃/min，升温至300℃，保持2h进行前期预炭化处理，得到预处理炭化料；

（2）将步骤（1）得到的预处理炭化料，在氮气或氩气保护下，控制升温速率为15℃/min，升温550℃，保持1.5h进行中温炭化处理；

（3）将步骤（2）中温炭化处理的炭化料，在氮气或氩气保护下，控制升温速率为25℃/min，升温至750℃，保持1h进行高温炭化处理；

（4）将步骤（3）得到高温炭化处理的活性炭自然冷却至250℃，在空气流通的情况下，保持5h进行空气氧化处理，即得炭化料。

进一步的，所述步骤（5）活化处理包括以下步骤：

（1）预活化：将混有活化剂的炭化料放入活化炉中，在高纯N₂气氛中，以10℃/min的升温速率升温至350℃，恒温1.5h，得到预活化炭化料；

（2）中低温活化：将步骤（1）的预活化炭化料继续升温，以15℃/min升温至600℃，恒温1.0h，得到中低温活化炭化料；

（3）高温活化：将步骤（2）中低温活化炭化料继续升温，以20℃/min升温至800℃，恒温0.5h，即得活化料。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明提供的制备方法工艺流程简单，运行成本低，并且制备出的活性炭产品具有机械强度高、吸附性能好等优点，具有较好的水质净化效果。

（2）本发明炭化处理包括：前期预炭化处理、中温炭化处理及高温炭化处理，通过对炭化料的分阶段处理，克服了微晶碳与无规则碳的过度混杂交联，降低炭化料的石墨化度，增加无机矿物质中“活性组分”的含量，便于后续活化反应的进行。

（3）本发明活化处理过程通过分段式进行，通过预活化处理、中低温活化、高温活化，由密集的微孔逐渐扩大为中孔和大孔，从而提高活性炭的吸附性能，增强水质净化效果。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1：

本实施例的净水用活性炭的制备方法，由石油焦、原料煤、粘结剂和活化剂组成，且原料各组分的重量含量如下：

石油焦 55%；

原料煤 35%；

粘结剂 15%；

活化剂 5%；

具体制备步骤如下：

（4）将炭化料粉碎，过100-200目筛，并加入活化剂混匀；

所述石油焦原料的灰分≤0.50%，水分≤5.0%，含碳量≥95%。

所述原料煤为重量比为3:1的烟煤与褐煤的混合物。

所述粘结剂为煤沥青。

所述活化剂为NaOH。

所述压块成型的压力为25MPa。

所述步骤（3）中惰性气体为氮气。

所述步骤（3）炭化具体步骤包括：

所述步骤（5）活化处理包括以下步骤：

实施例2：

石油焦 60%；

原料煤 25%；

粘结剂 10%；

活化剂 5%；

具体制备步骤如下：

（4）将炭化料粉碎，过100-200目筛，并加入活化剂混匀；

所述石油焦原料的灰分≤0.50%，水分≤5.0%，含碳量≥95%。

所述原料煤为重量比为3:1的烟煤与褐煤的混合物。

所述粘结剂为石油沥青。

所述活化剂为KOH。

所述压块成型的压力为35MPa。

所述步骤（3）中惰性气体为氩气。

所述步骤（3）炭化具体步骤包括：

所述步骤（5）活化处理包括以下步骤：

实施例3：

石油焦 60%；

原料煤 28%；

粘结剂 8%；

活化剂 4%；

具体制备步骤如下：

（4）将炭化料粉碎，过100-200目筛，并加入活化剂混匀；

所述石油焦原料的灰分≤0.50%，水分≤5.0%，含碳量≥95%。

所述原料煤为重量比为3:1的烟煤与褐煤的混合物。

所述粘结剂为石油沥青。

所述活化剂为KOH。

所述压块成型的压力为30MPa。

所述步骤（3）中惰性气体为氮气或氩气。

所述步骤（3）炭化具体步骤包括：

所述步骤（5）活化处理包括以下步骤：

实施例4：

石油焦 65%；

原料煤 20%；

粘结剂 10%；

活化剂 5%；

具体制备步骤如下：

（4）将炭化料粉碎，过100-200目筛，并加入活化剂混匀；

所述石油焦原料的灰分≤0.50%，水分≤5.0%，含碳量≥95%。

所述原料煤为重量比为3:1的烟煤与褐煤的混合物。

所述粘结剂为裂化油浆。

所述活化剂为NaOH。

所述压块成型的压力为28MPa。

所述步骤（3）中惰性气体为氩气。

所述步骤（3）炭化具体步骤包括：

所述步骤（5）活化处理包括以下步骤：

实施例5：

石油焦 50%；

原料煤 30%；

粘结剂 15%；

活化剂 5%；

具体制备步骤如下：

（4）将炭化料粉碎，过100-200目筛，并加入活化剂混匀；

所述石油焦原料的灰分≤0.50%，水分≤5.0%，含碳量≥95%。

所述原料煤为重量比为3:1的烟煤与褐煤的混合物。

所述粘结剂为裂化油浆。

所述活化剂为NaOH。

所述压块成型的压力为33MPa。

所述步骤（3）中惰性气体为氮气。

所述步骤（3）炭化具体步骤包括：

所述步骤（5）活化处理包括以下步骤：

对比例1：

采用中国发明专利申请CN1194235的方法制备的净水活性炭。

对比例2：

采用中国发明专利申请CN201710466241.9的方法制备的净水活性炭。

实验例1：

将实施例1-5以及对比例1、对比例2制备得到的净水活性炭材料的平均孔径、总孔容及比表面积测定，具体结果见表1。

表1

从表1中可以看出，本发明制得的净水活性炭材料的平均孔径、微孔率、总孔容及比表面积均高于现有制备方法生产出来的净水活性。

实验例2：

（1）实验仪器设备

高速粉碎机、干燥器、对锟高压成型设备、玻璃滤膜过滤器、100目筛、ENOVI公司ET99732碘值测试测试仪、HANNA公司MI-99636亚甲基蓝值测定仪、北京丰杰兴源科技公司MY-4455灰分分析仪等。

（2）几项判定指标测定

碘值：按GB/T7702.7-2008碘吸附值测定；

亚甲基蓝值：按GB/T7702.6-2008 亚甲蓝吸附值的测定；

灰分：GB/T7702.15-2008灰分的测定；

耐磨强度：GB/T7702.3-2008强度的测定。

将实施例1-5制得的净水活性炭和对比例1、对比例2制得净水活性炭进行性能指标检测，具体结果见表1。

表1

从表1比较看出，本发明的优点是：

a、相对于对比例1、对比例2，衡量活性炭吸附性能指标的碘值和亚甲基蓝值均远远高于对比例1、对比例2，说明本发明活性炭吸附能力强，净水能力能力强、净水效果好；

b、针对耐磨强度，本发明的活性炭耐磨强度高于对比例1、对比例2、灰分低于对对比例1、对比例2，说明本发明活性炭机械强度高或抗碎裂强度高。

综上所述，本发明提供的制备方法工艺流程简单，运行成本低，并且制备出的活性炭产品具有机械强度高、吸附性能好等优点，具有较好的水质净化效果。

本发明炭化处理包括：前期预炭化处理、中温炭化处理及高温炭化处理，通过对炭化料的分阶段处理，克服了微晶碳与无规则碳的过度混杂交联，降低炭化料的石墨化度，增加无机矿物质中“活性组分”的含量，便于后续活化反应的进行。

本发明活化处理过程通过分段式进行，通过预活化处理、中低温活化、高温活化，由密集的微孔逐渐扩大为中孔和大孔，从而提高活性炭的吸附性能，增强水质净化效果。

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

1.一种净水用活性炭的制备方法，其特征在于：由石油焦、原料煤、粘结剂和活化剂组成，且原料各组分的重量含量如下：

石油焦 50-70%；

原料煤 10-40%；

粘结剂 5-20%；

活化剂 0.5-10%；

具体制备步骤如下：

（4）将炭化料粉碎，过100-200目筛，并加入活化剂混匀；

2.根据权利要求1所述的净水用活性炭的制备方法，其特征在于：由石油焦、原料煤、粘结剂和活化剂组成，且原料各组分的重量含量如下：

石油焦 60%；

原料煤 25%；

粘结剂 10%；

活化剂 5%。

3.根据权利要求1所述的净水用活性炭的制备方法，其特征在于：所述石油焦原料的灰分≤0.50%，水分≤5.0%，含碳量≥95%。

4.根据权利要求1所述的净水用活性炭的制备方法，其特征在于：所述原料煤为重量比为3:1的烟煤与褐煤的混合物。

5.根据权利要求1所述的净水用活性炭的制备方法，其特征在于：所述粘结剂为煤沥青、石油沥青、裂化油浆中一种或几种。

6.据权利要求1所述的净水用活性炭的制备方法，其特征在于：所述活化剂为NaOH或KOH。

7.根据权利要求1所述的净水用活性炭的制备方法，其特征在于：所述压块成型的压力为25-35MPa。

8.根据权利要求1所述的净水用活性炭的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中惰性气体为氮气或氩气。

9.根据权利要求1所述的净水用活性炭的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）炭化具体步骤包括：

10.根据权利要求1所述的净水用活性炭的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）活化处理包括以下步骤：