CN112047338A - 一种超低磷酸消耗制备木质活性炭的方法 - Google Patents

一种超低磷酸消耗制备木质活性炭的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112047338A
CN112047338A CN202011131112.2A CN202011131112A CN112047338A CN 112047338 A CN112047338 A CN 112047338A CN 202011131112 A CN202011131112 A CN 202011131112A CN 112047338 A CN112047338 A CN 112047338A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phosphoric acid
activated carbon
wood
activation
ultralow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011131112.2A
Other languages
English (en)
Inventor
荀波
童德军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NANJING ZHENGSEN ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY CO LTD
Original Assignee
NANJING ZHENGSEN ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY CO LTD
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NANJING ZHENGSEN ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY CO LTD filed Critical NANJING ZHENGSEN ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY CO LTD
Priority to CN202011131112.2A priority Critical patent/CN112047338A/zh
Publication of CN112047338A publication Critical patent/CN112047338A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/312—Preparation
    • C01B32/318—Preparation characterised by the starting materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/312—Preparation
    • C01B32/342—Preparation characterised by non-gaseous activating agents

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种超低磷酸消耗制备木质活性炭的方法，将木质活性炭原料破碎后，在氦气气氛中炭化，得到炭化料；得到的炭化料经酸洗、水洗除杂后烘干，然后与磷酸水溶液混合均匀，置于活化设备中进行活化；将活化得到的活化料取出，经漂洗、干燥后再次筛分，即得成品活性炭；漂洗分离出的含有磷酸的溶液蒸浓后重复利用。本发明方法具有磷酸可完全洗涤回收，产品灰分低、磷酸超低消耗等特点。木质原料在氦气气氛下炭化，消除了木质原料表面羟基、羧基等含氧基团，避免与磷酸生成难溶的磷酸酯类化合物。炭化后形成的炭微晶结构稳定，并开放孔隙，磷酸难以嵌入炭晶格中，在漂洗过程中磷酸更容易从孔隙中脱出，生产过程仅有气相蒸发消耗极少量磷酸。

Description

一种超低磷酸消耗制备木质活性炭的方法
技术领域
本发明属于活性炭制备技术领域，具体是一种超低磷酸消耗制备木质活性炭的方法。
背景技术
活性炭是一种应用极为广泛的吸附净化材料，在化工、环保、食品、制药、催化剂载体和电极材料等领域不可或缺。目前，活性炭的制备方法多为化学活化法，磷酸活化法是制备木质活性炭的主流工艺，工业化应用已有约50年多的历史。传统的磷酸法生产过程中，是将木质原料与磷酸溶液混合，没有进行炭化过程，多采用直接活化。授权专利CN104528719A以碱木糖渣为原料，磷酸为活化剂，将碱木糖渣与质量分数为60％的磷酸按照浸渍比1.3:1～3.0:1溶液均匀混合，在180～290℃加热预处理后，然后在活化设备中进行活化，活化温度为320～530℃。授权专利CN103880008A公开了一种利用超声波制备活性炭的方法。以木屑为原材料，经粉碎烘干，利用超声波进行超声处理制得木屑粉；然后将木屑粉与磷酸溶液混合浸渍3～5h，经马弗炉中450～600℃活化90～120min，冷却至室温、清洗、干燥、粉碎、过筛后，制得活性炭。
现有方法虽能能够制备具有一定吸附力的活性炭，但无法避免因木质原料与磷酸直接混合，导致加热条件下，磷酸与纤维素、半纤维素反应生成难溶解的磷酸酯类聚合物，并且木质原料热解脱水收缩过程中，会将部分磷酸聚合物嵌入炭晶格结内，导致磷酸回收难度增加，活性炭产品灰分通常在7％以上，也影响了吸附力。同时，传统的将木质原料与磷酸直接混合活化的工艺，木质原料热解产生的大量焦油混在含磷酸尾气中，经喷淋进入回收的磷酸母液中。导致含木焦油的磷酸母液活化能力下降，需要补充较多的新磷酸，造成磷酸活化工艺中磷酸消耗居高不下，对生产环境带来次生污染。因此，寻找新的生产方法实现磷酸全回收，仅在无组织排放有极低消耗，显著降低生产成本和提高活性炭性能，同时减少生产过程中产生的次生污染等问题，是当前研究的热点。
发明内容
发明目的：本发明针对现磷酸活化法工艺磷酸消耗量大、产品灰分高、尾气中焦油排放量高等问题，提供了一种在活化工序前增加炭化工序，实现超低磷酸消耗制备木质活性炭的新方法。
为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：
一种超低磷酸消耗制备木质活性炭的方法，包括如下步骤：
(1)将木质活性炭原料破碎后，在氦气气氛中炭化，得到炭化料；
(2)将步骤(1)得到的炭化料经酸洗、水洗除杂后烘干，然后与磷酸水溶液混合均匀，然后置于活化设备中进行活化；
(3)将步骤(2)活化得到的活化料取出，经漂洗、干燥后再次筛分，即得成品活性炭；漂洗分离出的含有磷酸的溶液蒸浓后作为步骤(2)磷酸水溶液重复利用。
具体地，步骤(1)中，所述木质活性炭原料为木竹屑和果壳中的任意一种或两种的混合物。
步骤(1)中，所述炭化的温度为150～300℃，炭化时间为1～3h。
步骤(2)中，所述的酸洗采用氢氟酸、盐酸中的任意一种。
步骤(2)中，所述磷酸水溶液的质量分数为50％～85％；所述的磷酸水溶液与炭化料按照磷酸与炭化料绝干原料质量比为0.1:1～1:1混合。
步骤(2)中，所述的活化设备为正压活化炉，压力控制在0.1～1.6MPa，活化温度为300～500℃，活化时间为0.5～2h；正压活化防止磷酸无组织泄露，同时防止过量空气参与反应，与无机物、磷酸反应生产难溶性灰分。
步骤(3)中，采用60℃热水漂洗活化料，漂洗分离回收磷酸溶液，直至漂洗液的pH值为3～5。
步骤(3)中，漂洗得到的产物在150℃下干燥至恒重，然后筛分得成品活性炭。
本发明方法制备得到的成品活性炭灰分在0.5％以下，每吨活性炭磷酸消耗不高于50kg，活化过程尾气中焦油量小于1mg/L。
有益效果：
本发明提供的方法具有磷酸可完全洗涤回收，产品灰分低、磷酸超低消耗等特点。木质原料在氦气气氛下炭化，消除了木质原料表面羟基、羧基等含氧基团，避免与磷酸生成难溶的磷酸酯类化合物。同时，炭化后形成的炭微晶结构稳定，并开放孔隙，磷酸难以嵌入炭晶格中，在漂洗过程中，磷酸更容易从孔隙中脱出，生产过程仅有气相蒸发消耗极少量磷酸。制备的磷酸法活性炭产品灰分小于0.1％，每吨活性炭磷酸消耗小于10kg，活化过程尾气中焦油量小于1mg/L。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为本发明超低磷酸消耗制备木质活性炭方法的工艺流程图。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
实施例1
称取干燥处理后的杉木屑原料30g，于氦气气氛中在300℃的马弗炉中炭化1h。炭化料经过1％的盐酸洗涤、水漂洗除杂，干燥。然后与质量分数为50％的磷酸水溶液按浸渍比(纯磷酸与绝干原料质量比，以下实施例同)0.1:1进行混合，搅拌均匀后静置使其浸渍充分，浸渍后置于正压活化炉(压力控制在0.1～1.6MPa)中于300℃下活化0.5h，最后将得到的活化料用60℃热水多次漂洗至滤液pH值为3-5，置于150℃干燥箱中烘干至恒重即得活性炭。经测试：碘吸附值达759mg/g，灰分0.5％，每吨碳磷酸消耗50kg。
实施例2
称取干燥处理后的杉木屑原料30g，于氦气气氛中在300℃的马弗炉中炭化3h。炭化料经过1％的氢氟酸洗涤、水漂洗除杂，干燥。然后与质量分数为85％的磷酸溶液按浸渍比(纯磷酸与绝干原料质量比，以下实施例同)1:1进行混合，搅拌均匀后静置使其浸渍充分，浸渍后置于正压活化炉(压力控制在0.1～1.6MPa)中于500℃下活化1h，最后将得到的活化料用60℃热水多次漂洗至滤液pH值为3-5，置于150℃干燥箱中烘干至恒重即得活性炭。经测试：碘吸附值达1000mg/g，灰分0.1％，每吨碳磷酸消耗9kg。
实施例3
称取干燥处理后的杉木屑原料30g，于氦气气氛中在300℃的马弗炉中炭化3h。炭化料经过1％的氢氟酸洗涤、水漂洗除杂，干燥。然后与质量分数为85％的磷酸溶液按浸渍比(纯磷酸与绝干原料质量比，以下实施例同)1:1进行混合，搅拌均匀后静置使其浸渍充分，浸渍后置于正压活化炉(压力控制在0.1～1.6MPa)中于500℃下活化2h，最后将得到的活化料用60℃热水多次漂洗至滤液pH值为3-5，置于150℃干燥箱中烘干至恒重即得活性炭。经测试：碘吸附值达990mg/g，灰分0.3％，每吨碳磷酸消耗20kg。
实施例4
称取干燥处理后的竹屑原料30g，于氦气气氛中在300℃的马弗炉中炭化2h。炭化料经过1％的氢氟酸洗涤、水漂洗除杂，干燥。然后与质量分数为70％的磷酸溶液按浸渍比(纯磷酸与绝干原料质量比，以下实施例同)0.5:1进行混合，搅拌均匀后静置使其浸渍充分，浸渍后置于正压活化炉(压力控制在0.1～1.6MPa)中于400℃下活化1h，最后将得到的活化料用60℃热水多次漂洗至滤液pH值为3-5，置于150℃干燥箱中烘干至恒重即得活性炭。经测试：碘吸附值达890mg/g，灰分0.2％，每吨碳磷酸消耗25kg。
对比例
称取干燥处理后的杉木屑原料30g，无保护气氛下，在300℃的马弗炉中炭化3h。炭化料经过1％的氢氟酸洗涤、水漂洗除杂，干燥。然后与质量分数为85％的磷酸溶液按浸渍比(纯磷酸与绝干原料质量比，以下实施例同)1:1进行混合，搅拌均匀后静置使其浸渍充分，浸渍后置于正压活化炉(压力控制在0.1～1.6MPa)中于500℃下活化1h，最后将得到的活化料用60℃热水多次漂洗至滤液pH值为3-5，置于150℃干燥箱中烘干至恒重即得活性炭。经测试：碘吸附值达910mg/g，灰分3.5％，每吨碳磷酸消耗100kg。
从实施例1至实施例4可知，将木质原料在氦气气氛保护下炭化后，经酸洗，消除了原料表面化学基团，避免了磷酸及原料中灰分在炭表面形成难溶化合物，促进涤过程中磷酸与灰分溶解进入液相，与炭体分离，从而显著降低灰分并减少磷酸消耗。
将实施例2和对比例比较可知，对比例直接用木质碳化料与磷酸混合，磷酸及原料中的灰分容易与原料表面化学基团反应生成难溶的化合物，增加了磷酸洗涤回收的难度，造成产品灰分提高和磷酸消耗居高不下。本发明采用将原料在氦气气氛下炭化，预先将原料表面化学基团分解去除。同时，在正压活化设备中活化，进一步避免了空气泄露进入设备内，在高温下原料中灰分及磷酸形成化合物，从而提高洗涤效率，显著降低灰分与磷酸消耗。
本发明提供了一种超低磷酸消耗制备木质活性炭的方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种超低磷酸消耗制备木质活性炭的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将木质活性炭原料破碎后，在氦气气氛中炭化，得到炭化料；
(2)将步骤(1)得到的炭化料经酸洗、水洗除杂后烘干，然后与磷酸水溶液混合均匀，然后置于活化设备中进行活化；
(3)将步骤(2)活化得到的活化料取出，经漂洗、干燥后再次筛分，即得成品活性炭；漂洗分离出的含有磷酸的溶液蒸浓后作为步骤(2)磷酸水溶液重复利用。
2.根据权利要求1所述的超低磷酸消耗制备木质活性炭的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述木质活性炭原料为木竹屑和果壳中的任意一种或两种的混合物。
3.根据权利要求1所述的超低磷酸消耗制备木质活性炭的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述炭化的温度为150～300℃，炭化时间为1～3h。
4.根据权利要求1所述的超低磷酸消耗制备木质活性炭的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的酸洗采用氢氟酸、盐酸中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的超低磷酸消耗制备木质活性炭的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述磷酸水溶液的质量分数为50％～85％；所述的磷酸水溶液与炭化料按照磷酸与炭化料绝干原料质量比为0.1:1～1:1混合。
6.根据权利要求1所述的超低磷酸消耗制备木质活性炭的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的活化设备为正压活化炉，压力控制在0.1～1.6MPa，活化温度为300～500℃，活化时间为0.5～2h。
7.根据权利要求1所述的超低磷酸消耗制备木质活性炭的方法，其特征在于，步骤(3)中，采用60℃热水漂洗活化料，漂洗分离回收磷酸溶液，直至漂洗液的pH值为3～5。
8.根据权利要求1所述的超低磷酸消耗制备木质活性炭的方法，其特征在于，步骤(3)中，漂洗得到的产物在150℃下干燥至恒重，然后筛分得成品活性炭。
9.根据权利要求1所述的超低磷酸消耗制备木质活性炭的方法，其特征在于，制备得到的成品活性炭灰分在0.5％以下，每吨活性炭磷酸消耗不高于50kg，活化过程尾气中焦油量小于1mg/L。
CN202011131112.2A 2020-10-21 2020-10-21 一种超低磷酸消耗制备木质活性炭的方法 Pending CN112047338A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011131112.2A CN112047338A (zh) 2020-10-21 2020-10-21 一种超低磷酸消耗制备木质活性炭的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011131112.2A CN112047338A (zh) 2020-10-21 2020-10-21 一种超低磷酸消耗制备木质活性炭的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112047338A true CN112047338A (zh) 2020-12-08

Family

ID=73606071

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011131112.2A Pending CN112047338A (zh) 2020-10-21 2020-10-21 一种超低磷酸消耗制备木质活性炭的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112047338A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115818642A (zh) * 2022-12-09 2023-03-21 南平元力活性炭有限公司 一种自粘结高强度木质柱状活性炭的生产方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105217629A (zh) * 2015-10-30 2016-01-06 广东工业大学 咖啡渣活性炭的制备方法
CN105366677A (zh) * 2014-08-25 2016-03-02 成都安捷宜康环保科技有限公司 以棉花秆为原料制备低灰分活性炭
CN105923633A (zh) * 2016-04-22 2016-09-07 东北电力大学 用稻草制备活性炭过程中降低灰分含量的方法
CN108584945A (zh) * 2018-06-29 2018-09-28 山东大学 一种大葱及废弃物制备多孔炭的方法
CN109052399A (zh) * 2018-08-22 2018-12-21 贵州森环活性炭有限公司 清洁低耗磷酸法活性炭的生产方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105366677A (zh) * 2014-08-25 2016-03-02 成都安捷宜康环保科技有限公司 以棉花秆为原料制备低灰分活性炭
CN105217629A (zh) * 2015-10-30 2016-01-06 广东工业大学 咖啡渣活性炭的制备方法
CN105923633A (zh) * 2016-04-22 2016-09-07 东北电力大学 用稻草制备活性炭过程中降低灰分含量的方法
CN108584945A (zh) * 2018-06-29 2018-09-28 山东大学 一种大葱及废弃物制备多孔炭的方法
CN109052399A (zh) * 2018-08-22 2018-12-21 贵州森环活性炭有限公司 清洁低耗磷酸法活性炭的生产方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DRISSA OUATTARA KRA ET AL.: "Preparation and Characterization of Activated Carbon Based on Wood", 《JOURNAL OF ENCAPSULATION AND ADSORPTION SCIENCES》 *
刘自力等: "《林产化工生产技术》", 31 May 2005 *
黄占斌等: "《环境材料学》", 30 November 2017, 北京：冶金工业出版社 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115818642A (zh) * 2022-12-09 2023-03-21 南平元力活性炭有限公司 一种自粘结高强度木质柱状活性炭的生产方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101176969B1 (ko) 커피박 활성탄의 제조방법 및 제조 시스템
WO2015106720A1 (zh) 以生物质电厂灰为原料制备超级活性炭的方法
CN112456491B (zh) 一种环保再生活性炭生产工艺
CN109529929B (zh) 磺化碳基固体酸微球、制备方法及纤维素或半纤维素的水解方法
CN105174254B (zh) 一种以玉米芯为原料制备活性炭和糠醛的方法
CN106672965B (zh) 一种用棉秸秆制备高比表面多级孔活性炭的方法
CN110171818B (zh) 一种玉米秸秆中石墨烯的提取方法
CN111232978B (zh) 果壳生物质分组分制备高得率活性炭的方法
CN110330014B (zh) 用于超级电容器电极材料的淀粉多孔碳微球的制备方法
CN108821283B (zh) 一种利用杉木树皮微波辅助水热制备活性炭的方法
CN109052399A (zh) 清洁低耗磷酸法活性炭的生产方法
CN110683539A (zh) 利用西红柿和茄子秸秆混合物制备生物活性炭的方法
CN111484012A (zh) 一种利用磷酸法生产脱色活性炭的方法
CN112875700A (zh) 一种沥青基炭微球的制备及其在超级电容器电极的应用
CN112047338A (zh) 一种超低磷酸消耗制备木质活性炭的方法
CN109158083B (zh) 一种生物质基碳材料的制备方法及其用途
CN114804100B (zh) 一种具有超高比表面积多孔碳及其制备方法
CN115818640A (zh) 一种高介孔孔容和低灰分的湿法磷酸活性炭的制备方法
CN111470505B (zh) 一种油茶低聚木糖、木质素及活性炭的联产方法
CN112938968A (zh) 一种用糠醛渣生产活性炭的方法
CN112591748A (zh) 一种高吸附性能活性炭制备方法及应用
CN103213983A (zh) 催化活化制备棕榈壳活性炭的方法
CN106809832A (zh) 一种用棉秸秆制备高比表面多级孔活性炭的预处理方法
CN111003711A (zh) 一种绿色制备高含碳多孔生物炭材料的方法
CN110615436A (zh) 利用煤腐殖酸提取残渣制备n掺杂多孔碳复合锂电池负极材料的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination