CN109160512A - 一种生物质气化剩余物成型活性炭及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种生物质气化剩余物成型活性炭及其制备方法。以生物质气化剩余物炭粉为原料，将原料与高温黏结剂、活化助剂和常温黏结剂混合均匀后在成型机中挤出成型，经烘干硬化后移至高温炉中进行炭化和活化，制得成品活性炭。本发明所述常温黏结剂在与炭粉、高温黏结剂混合后起定型作用，方便原料的挤出成型或定型；在高温炭化和活化过程中，常温黏结剂被烧掉生成孔隙，此时高温黏结剂受热熔融起黏结效果；活化助剂的加入有利于提高气化剩余物的反应活性。活性炭的强度可达99％，碘吸附值达到900mg/g，亚甲基蓝吸附值大于180mg/g。

Description

一种生物质气化剩余物成型活性炭及其制备方法
技术领域
本发明属于废物资源制备高强度成型活性炭技术领域，具体的说是一种以生物质气化剩余物为原料，使用室温黏结剂和高温黏结剂成型，并通过物理活化法制备高强度成型活性炭的方法。
背景技术
生物质资源是唯一可再生的炭资源，生物质气化是在高温条件下将生物质燃料中的一部分可燃组分转化为可燃气的热化学反应，气化过程中生成的可燃气可用于供气、供热、发电和合成化学品等领域。目前，我国已经建立了500个以上的生物质气化应用工程，每年产生大量的气化剩余物，在没有得到利用前，往往用于铺路、水泥、建筑添加料或者直接扔掉，造成巨大的浪费。研究发现生物质气化剩余物具有一定的固定碳含量，如果能将其用于活性炭的制备，具有较高的环境效益和经济效益。
以生物质气化剩余物制备成型活性炭需要解决气化剩余物炭粉反应活性低、未经活化处理时吸附性能差、使用普通成型方法成型强度低等问题。
公开的文章、专利中未发现以生物质气化剩余物制备成型活性炭的报道。授权专利《一种柱状活性炭的制造方法》(CN101337671)，公开了一种使用沥青为黏结剂，将沥青、煤粉、水混合后通过造粒设备成型制备活性炭的方法，该发明过程没有进行活化，制备的活性炭吸附性能较低，并且发明过程温度小于80℃，低于沥青的熔点，沥青粉末流动性低，与煤粉的结合力差。专利通过水的作用混合，干燥后，活性炭遇水容易破碎，不利于重复使用。公开专利《一种以聚乙烯醇为粘结剂的活性炭成型方法》(CN106082215A)，以聚乙烯醇为粘结剂，水为分散介质，配置成胶体后与活性炭混合，通过模压或者挤出等方式成型制备了高强度成型活性炭。这种成型方法，活性炭的孔隙容易被聚乙烯醇堵塞，导致吸附力降低，并且由于聚乙烯醇溶于水，使得该类活性炭遇水易破碎。聚乙烯醇作为一种高分子材料，不耐高温，以聚乙烯醇为粘结剂成型的活性炭在再生或较高温度使用时，还存在强度下降严重的缺点。
发明内容
解决的技术问题：本发明针对目前生物质剩余物无法充分利用，现有常规活性炭成型方法制备的活性炭产品成型强度差、不耐高温等问题，针对生物质气化剩余物反应活性低、与黏结剂结合力差等特性，公开了一种生物质气化剩余物成型活性炭及其制备方法，该方法实现了生物质剩余物的高值化利用，通过添加常温黏结剂、高温黏结剂和活化助剂，解决了成型活性炭强度低、经高温气化后的剩余炭粉反应活性低、活化困难等问题。
技术方案：一种生物质气化剩余物成型活性炭，原料按质量份计，组成为：
所制成型活性炭的耐磨强度大于95％，碘吸附值大于900mg/g，亚甲基蓝吸附值大于180mg/g。
所述的常温黏结剂为羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、淀粉、乙基纤维素、焦糖中的任意一种或几种配置的水溶液。
所述的高温黏结剂为沥青粉末、环氧树脂粉末、呋喃树脂粉末、酚醛树脂粉末、橡胶粉末、粘土中的任意一种或几种的混合料。
所述的活化助剂为次氯酸钠、次氯酸钙中的一种或两种的混合料。
制备任一所述的生物质气化剩余物成型活性炭的方法，包括以下步骤：以生物质气化剩余物炭粉为原料，将原料、高温黏结剂和活化助剂充分混合后加入常温黏结剂捏合，挤出成型，成型后烘干硬化，经炭化和活化工序后取出筛分、干燥，即得成品活性炭。
所述炭化工序中炭化温度为450～600℃，炭化时间为1～3h。
所述的活化工序中活化温度为800～1000℃。
活化气体为水蒸气、二氧化碳中的一种或两种的混合气。
有益效果：
1.本发明所述方法操作简便、易于实施，实现了生物质气化剩余物的高值化利用，具有经济和环境双重效益。
2.本发明所述常温黏结剂在与炭粉、高温黏结剂混合后起到常温时成型的作用，方便原料的挤出定型，烘干后就有较高的强度；在高温炭化和活化过程中，常温黏结剂逐渐被烧掉，形成孔隙，成为活性炭的一部分，此时高温黏结剂起黏结效果，高温黏结剂受热熔化具有流动性，占据常温黏结剂烧蚀后的孔隙，增加了炭粉颗粒间的结合力，使活性炭强度提高。通过常温黏结剂和高温黏结剂的配合使用，使其具有耐高温、耐水性的特性。
3.本发明所述炭粉是生物质高温气化反应后的剩余产物，反应活性较低，活化助剂的加入有利于提高炭粉的反应活性，提高制备活性炭的品质。炭粉与其他原料的组分分析对比见表1。
表1原料的组分分析对比
从表1可知，炭粉的固定碳含量高于杉木屑、松木屑、煤粉，而挥发分含量低于杉木屑、松木屑、煤粉。这说明生物质经过高温气化后，能产生挥发分的物质已经大量释放，固定碳含量因而增加；而杉木屑、松木屑、煤粉等作原料时，本身未经高温处理，含有大量高温下可挥发的物质，固定碳含量相对较低。比较炭粉、杉木屑、松木屑、煤粉可知，炭粉的氧元素含量较低，这使得炭粉在活化过程中反应活性较低，因而需要添加一定量的氧化助剂来提高反应活性。实施例结果发现添加活化助剂后，制备的活性炭吸附性能明显增强。
4.本发明所制成型活性炭具有吸附能力强、强度高等特点，可用于有机溶剂回收、VOCs治理等领域。
5.通过水蒸气或者二氧化碳活化，提高制备的活性炭的吸附能力。
附图说明
图1为本发明所述一种生物质气化剩余物制备成型活性炭的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而非限制本发明的保护范围。
材料与试剂：一种生物质气化剩余物炭粉(组分分析见表1)，羧甲基纤维素钠(缩写CMC)、次氯酸钠(固体粉末)、沥青(固体粉末)、环氧树脂(固体粉末)。
常温黏结剂CMC溶液配置：称取10g羧甲基纤维素钠，倒入装有250mL冷水的烧杯中，搅拌浸泡一段时间后，再向烧杯中倒入250mL热水，倒入热水后将烧杯放到电热炉上，边搅拌边加热至羧甲基纤维素钠全部溶解，此时配置的溶液浓度为2％，溶液冷却后待用。
水蒸气流量为1.5mL·min，通过控制活化时间控制水蒸气用量。
性能表征：碘吸附值、亚甲基蓝吸附值、强度分别按照国标GB/T 12496.8-2015、GB/T 12496.10-1999、GB/T 12496.6-1999测试。
以生物质气化剩余物炭粉为原料，将原料(59.5-84.9％)筛分后与高温黏结剂(15-40％)、活化助剂(0.1-0.5％)在球磨机中混合均匀，然后加入常温黏结剂(溶液)并移至捏合机中捏合，捏合后在成型机中挤出成型，并放入烘箱中烘干硬化，烘干后破碎至需要的尺寸，然后转移至高温炉中进行炭化(炭化温度450-600℃，炭化时间为1-3h)和活化(活化温度为850-1000℃)，活化结束后取出，经筛分、干燥，制得成品活性炭。
优选的工艺条件，所述常温黏结剂为羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、淀粉、乙基纤维素、焦糖等一种或几种配置的溶液。
优选的工艺条件，所述高温黏结剂为沥青(固体粉末)、环氧树脂(固体粉末)、呋喃树脂(固体粉末)、酚醛树脂(固体粉末)、橡胶粉末、粘土的一种或几种混合料。
优选的工艺条件，所述活化助剂为次氯酸钠、次氯酸钙等一种或几种混合料。
优选的工艺条件，所述炭化工序中炭化温度为500-600℃，炭化时间为1-3h。
优选的工艺条件，所述活化工序中活化温度为850-950℃，活化气体为水蒸气或者二氧化碳。
实施例
表2实施例
由表2可知，沥青和树脂都可以制备高强度活性炭，沥青做黏结剂时相比树脂添加量要大，但制备的活性炭吸附性能好。活化温度对活性炭得率影响较大，温度过高活性炭得率下降严重，树脂在900℃以上烧蚀严重。活化助剂的添加有利于提高活性炭的吸附性能，但影响活性炭强度和得率。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种生物质气化剩余物成型活性炭，其特征在于，原料按质量份计，组成为：
所制成型活性炭的耐磨强度大于95％，碘吸附值大于900mg/g，亚甲基蓝吸附值大于180mg/g。
2.根据权利要求1所述的生物质气化剩余物成型活性炭，其特征在于，所述的常温黏结剂为羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、淀粉、乙基纤维素、焦糖中的任意一种或几种配置的水溶液。
3.根据权利要求1所述的生物质气化剩余物成型活性炭，其特征在于，所述的高温黏结剂为沥青粉末、环氧树脂粉末、呋喃树脂粉末、酚醛树脂粉末、橡胶粉末、粘土中的任意一种或几种的混合料。
4.根据权利要求1所述的生物质气化剩余物成型活性炭，其特征在于，所述的活化助剂为次氯酸钠、次氯酸钙中的一种或两种的混合料。
5.制备权利要求1～4任一所述的生物质气化剩余物成型活性炭的方法，其特征在于，包括以下步骤：以生物质气化剩余物炭粉为原料，将原料、高温黏结剂和活化助剂充分混合后加入常温黏结剂捏合，挤出成型，成型后烘干硬化，经炭化和活化工序后取出筛分、干燥，即得成品活性炭。
6.根据权利要求5所述的制备生物质气化剩余物成型活性炭的方法，其特征在于，所述炭化工序中炭化温度为450～600℃，炭化时间为1～3h。
7.根据权利要求5所述的制备生物质气化剩余物成型活性炭的方法，其特征在于，所述的活化工序中活化温度为800～1000℃。
8.根据权利要求5所述的制备生物质气化剩余物成型活性炭的方法，其特征在于，活化气体为水蒸气、二氧化碳中的一种或两种的混合气。
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