CN111774031A - 用于吸附脱除工业VOCs的炭基复合吸附材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于VOCs吸附技术领域，具体涉及一种用于吸附脱除工业VOCs的炭基复合吸附材料及其制备方法。所述的炭基复合吸附材料由废活性炭、粘合剂和造孔剂制备而成。包括以下步骤：(1)将废活性炭调节至碱性，脱水后添加粘合剂和造孔剂混合均匀，然后加水进行反应，反应完成后造粒成型；(2)将成型后物料烘干后，经二次炭化和水蒸气再活化处理后，即得炭基复合吸附材料成品。本发明在保证吸附材料拥有发达微孔的前提下，在炭材料表面和内部制造适量的介孔，使该材料具有高效的吸、脱附性能，饱和吸附后容易进行解析再生，VOCs回收利用率明显提高，再生后的炭材料依然能保证其高效的吸附性，吸附材料可循环高效使用，节能环保。

Description

用于吸附脱除工业VOCs的炭基复合吸附材料及其制备方法
技术领域
本发明属于VOCs吸附技术领域，具体涉及一种用于吸附脱除工业VOCs的炭基复合吸附材料及其制备方法。
背景技术
目前，常用的VOCs吸附材料为煤质活性炭、椰壳活性炭等，都是拥有发达孔隙的吸附材料，广泛应用于VOCs治理及水处理等行业。
现有产品存在的问题：(1)现有吸附材料孔隙发达，但是孔径以微孔(<2nm)为主，应用初期VOCs吸附效率高，但是微孔易堵塞、吸附的组分难解析，随着时间的推移，其吸附能力逐渐下降，导致吸附剂失活，尤其在油气回收、溶剂回收行业该缺点更为突出；(2)介孔(2～50nm)、大孔(>50nm)比例偏低，缺少具有通道性能的介孔，导致微孔利用率低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于吸附脱除工业VOCs的炭基复合吸附材料，可高效脱除工业VOCs且可以循环再生使用，同时本发明还提供其制备方法。
本发明所述的用于吸附脱除工业VOCs的炭基复合吸附材料，由废活性炭、粘合剂和造孔剂制备而成。
所述的废活性炭、粘合剂和造孔剂的质量百分含量为：废活性炭50％～80％，粘合剂15％～40％，造孔剂2％～10％。
所述的废活性炭可选用医药、化工、食品等行业产生的一种或多种废活性炭(含危险废物)。
所述的粘合剂为煤焦油、淀粉、硅藻土、石油焦、沥青、污泥、膨润土、黏土、改性树脂、聚乙烯醇或纤维素中的一种或一种以上。
所述的造孔剂为田菁粉、碳酸氢铵、蔗糖、氢氧化钠或碳酸钾中的一种或一种以上。
所述的炭基复合吸附材料的孔结构中2～50nm的介孔占比为45～80％，2nm以下的微孔占比为15～40％，其余为50nm以上的大孔。
本发明所述的用于吸附脱除工业VOCs的炭基复合吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将废活性炭调节至碱性，脱水后添加粘合剂和造孔剂混合均匀，然后加水进行反应，反应完成后造粒成型；
(2)将成型后物料烘干后，经二次炭化和水蒸气再活化处理后，即得炭基复合吸附材料成品。
步骤(1)中向废活性炭中添加碱性辅料调节pH至8～11。
步骤(1)中反应时间为1.5～5h。
步骤(1)中根据不同工况需要可制成圆柱形、球形、三叶草形、拉西环或破碎形的一种或多种外形。
步骤(2)中所述的烘干温度为90～260℃，烘干至含水量为15～30％。
步骤(2)中所述的二次炭化和水蒸气再活化处理的温度为650～980℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明在保证吸附材料拥有发达微孔的前提下，在炭材料表面和内部制造适量的介孔，使该材料具有高效的吸、脱附性能，饱和吸附后容易进行解析再生，VOCs回收利用率明显提高。再生后的炭材料依然能保证其高效的吸附性，吸附材料可循环高效使用，节能环保效果明显提高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例中用到的所有原料除特殊说明，均为市购。
实施例1
(1)向785kg废活性炭中添加氢氧化钠溶液调节pH至8，脱水后添加118kg煤焦油、70kg聚乙烯醇和27kg田菁粉混合均匀，然后加适量水进行反应，反应时间为3h，反应完成后造粒成型；
(2)将成型后物料在90℃下烘干至含水量为25％后，经650℃二次炭化和水蒸气再活化处理后，即得炭基复合吸附材料成品。
制得的炭基复合吸附材料孔结构中2～50nm的介孔占比为55％，2nm以下的微孔占比为35％，其余为50nm以上的大孔。
实施例2
(1)向655kg废活性炭中添加氢氧化钠溶液调节pH至10，脱水后添加255kg石油焦、92kg膨润土和28kg蔗糖混合均匀，然后加适量水进行反应，反应时间为5h，反应完成后造粒成型；
(2)将成型后物料在150℃下烘干至含水量为15％后，经800℃二次炭化和水蒸气再活化处理后，即得炭基复合吸附材料成品。
制得的炭基复合吸附材料孔结构中2～50nm的介孔占比为65％，2nm以下的微孔占比为28％，其余为50nm以上的大孔。
实施例3
(1)向600kg废活性炭中添加氢氧化钠溶液调节pH至11，脱水后添加300kg黏土、45g淀粉和55kg碳酸钾混合均匀，然后加适量水进行反应，反应时间为5h，反应完成后造粒成型；
(2)将成型后物料在240℃下烘干至含水量为20％后，经900℃二次炭化和水蒸气再活化处理后，即得炭基复合吸附材料成品。
制得的炭基复合吸附材料孔结构中2～50nm的介孔占比为61％，2nm以下的微孔占比为30％，其余为50nm以上的大孔。
对比例1
以常用的椰壳活性炭为对比例。
性能测试
实施例1-3制备的炭基复合吸附材料和对比例1的物理性能测试结果见表1。
表1实施例1-3和对比例1的物理性能测试结果
项目 比表面积m<sup>2</sup>/g 2～50nm的介孔％ 2nm以下的微孔％ 50nm以上的大孔
实施例1 980 55 35 10
实施例2 910 65 28 7
实施例3 920 61 30 9
对比例1 950 35 61 4
将实施例1-3制备的炭基复合吸附材料和对比例1的吸附材料均填充于玻管中，玻管直径为30cm，长度为100cm，然后将玻管置于箱体中，然后将VOCs废气通入箱中，VOCs废气为1500ppm，将吸附后的气体采用HPLC色谱仪进行检测浓度，测试结果件表2。
表2实施例1-3和对比例1的吸附测试结果
项目 吸附后的气体VOCs浓度(ppm) 吸附效率(％)
实施例1 75 95
实施例2 52 96.5
实施例3 60 96
对比例1 132 91.2
当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。

Claims (10)

1.一种用于吸附脱除工业VOCs的炭基复合吸附材料，其特征在于：由废活性炭、粘合剂和造孔剂制备而成。
2.根据权利要求1所述的用于吸附脱除工业VOCs的炭基复合吸附材料，其特征在于：所述的废活性炭、粘合剂和造孔剂的质量百分含量为：废活性炭50％～80％，粘合剂15％～40％，造孔剂2％～10％。
3.根据权利要求1所述的用于吸附脱除工业VOCs的炭基复合吸附材料，其特征在于：所述的粘合剂为煤焦油、淀粉、硅藻土、石油焦、沥青、污泥、膨润土、黏土、改性树脂、聚乙烯醇或纤维素中的一种或一种以上。
4.根据权利要求1所述的用于吸附脱除工业VOCs的炭基复合吸附材料，其特征在于：所述的造孔剂为田菁粉、碳酸氢铵、蔗糖、氢氧化钠或碳酸钾中的一种或一种以上。
5.根据权利要求1所述的用于吸附脱除工业VOCs的炭基复合吸附材料，其特征在于：所述的炭基复合吸附材料的孔结构中2～50nm的介孔占比为45～80％，2nm以下的微孔占比为15～40％，其余为50nm以上的大孔。
6.一种权利要求1-5任一所述的用于吸附脱除工业VOCs的炭基复合吸附材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将废活性炭调节至碱性，脱水后添加粘合剂和造孔剂混合均匀，然后加水进行反应，反应完成后造粒成型；
(2)将成型后物料烘干后，经二次炭化和水蒸气再活化处理后，即得炭基复合吸附材料成品。
7.根据权利要求6所述的用于吸附脱除工业VOCs的炭基复合吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中向废活性炭中添加碱性辅料调节pH至8～11。
8.根据权利要求6所述的用于吸附脱除工业VOCs的炭基复合吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中反应时间为1.5～5h。
9.根据权利要求6所述的用于吸附脱除工业VOCs的炭基复合吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的烘干温度为90～260℃，烘干至含水量为15～30％。
10.根据权利要求6所述的用于吸附脱除工业VOCs的炭基复合吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的二次炭化和水蒸气再活化处理的温度为650～980℃。
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