CN113952929A - 成型活性炭及其制备方法和用途 - Google Patents

成型活性炭及其制备方法和用途 Download PDF

Info

Publication number
CN113952929A
CN113952929A CN202111404937.1A CN202111404937A CN113952929A CN 113952929 A CN113952929 A CN 113952929A CN 202111404937 A CN202111404937 A CN 202111404937A CN 113952929 A CN113952929 A CN 113952929A
Authority
CN
China
Prior art keywords
activated carbon
melting
shaped activated
low
glass powder
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
CN202111404937.1A
Other languages
English (en)
Inventor
李俊华
范驰
陈建军
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.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
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 Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN202111404937.1A priority Critical patent/CN113952929A/zh
Priority to PCT/CN2022/072047 priority patent/WO2023092842A1/zh
Publication of CN113952929A publication Critical patent/CN113952929A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28057—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28057—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area
    • B01J20/28064—Surface area, e.g. B.E.T specific surface area being in the range 500-1000 m2/g
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28069—Pore volume, e.g. total pore volume, mesopore volume, micropore volume
    • B01J20/28071—Pore volume, e.g. total pore volume, mesopore volume, micropore volume being less than 0.5 ml/g
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3007—Moulding, shaping or extruding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3078—Thermal treatment, e.g. calcining or pyrolizing
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/20—Halogens or halogen compounds
    • B01D2257/206—Organic halogen compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

本发明提供一种成型活性炭及其制备方法和用途。所述成型活性炭包括：基体，所述基体包括含炭物质；以及无机粘结剂，所述无机粘结剂包含有熔点为390‑1200℃的低熔点玻璃粉，且利用有机粘结剂使所述基体与所述低熔点玻璃粉相粘合，其中，以所述基体的总质量为100％计，所述低熔点玻璃粉的用量为5‑30％，优选5‑25％。本发明的成型活性炭的耐磨强度高，不易破碎成粉，且无需后处理装置来净化尾气污染物。进一步地，本发明的成型活性炭的制备方法简单易行，原料易于获取，适合大批量生产。

Description

成型活性炭及其制备方法和用途
技术领域
本发明提供一种成型活性炭及其制备方法和用途，特别涉及一种绿色成型活性炭及其制备方法和用途，属于活性炭领域。
背景技术
活性炭是一种具有丰富孔隙结构和大比表面积的材料，被广泛运用于气体吸附、空气净化、液体净化等领域。按照分类，活性炭可分为粉末活性炭和成型活性炭。相对于粉末活性炭，成型活性炭的强度更高、堆积密度更大，也更便于运输和储存，能够满足更多的行业使用需求。因此，活性炭的成型技术成也为了研究的关键。
目前，最常用的活性炭成型技术是以含炭物质为原料，使用粘合剂进行捏合，最后使用挤出或者造粒设备进行成型。成型技术的关键在于粘结剂的选择以及用量的控制。常见的粘结剂有酚醛树脂、硅溶胶、甲基纤维素及其衍生物、沥青和煤焦油等。由于成型活性炭往往还需要进行炭化和活化高温处理(温度高于600℃)，这对于粘结剂的高温耐受性提出了非常高的要求。沥青和煤焦油作为最常用的粘合剂，被广泛应用于活性炭成型技术中，这些物质在高温处理时会分解放出大量有害气体，对环境产生污染，工业使用上必须加装后处理装置进行尾气净化。
现有技术中，很多研究使用了一些甲基纤维素和淀粉等一类分解后不会产生大量污染物的粘结剂来代替沥青和煤焦油，但是在高温下这类有机物会全部分解，造成高温处理后样品的破碎，因此不能起到粘结成型的作用。
传统成型活性炭技术可通过已知方法制备。例如，引用文献1将指定量的羧甲基纤维素钠(CMC)在一定量的蒸馏水中浸泡一定时间，待完全溶解后加入一定量的含碳原料，在混料机内混合完全后在圆形模具中加压成型并干燥。成型后的活性炭在850℃下通水蒸气处理一段时间。
再例如，引用文献2配制一定质量比CMC/硅溶胶溶液，并与含碳原料和适量蒸馏水一起捏合均匀，在造粒机中造粒成粒状活性炭并干燥。成型后的活性炭在850℃下通水蒸气处理一段时间。再例如，将指定量的沥青、蒸馏水和含炭物质进行混合，在混料机内混合并加入一定量的水，待混合完全后在圆形模具中加压成型并干燥。成型后的活性炭在850℃下通水蒸气处理一段时间。
引用文献：
引用文献1：CMC粘接法制备柱状成型活性炭,林产化学与工业.(2011)31:7
引用文献2：有机-无机胶黏剂粘结成型活性炭的制备及其表征,广州化工(2018)462：4
发明内容
发明要解决的问题
鉴于现有技术中存在问题，本发明的活性炭解决了传统活性炭成型技术需要后处理装置来净化尾气污染物的问题；本发明的成型活性炭的耐磨强度高。
进一步地，本发明还提供一种成型活性炭的制备方法，该制备方法简单易行，原料易于获取，且制备得到的成型活性炭不仅不会破碎成粉，还能具有足够的耐磨强度来满足实际使用需求。
用于解决问题的方案
[1]、一种成型活性炭，其包括：
基体，所述基体包括含炭物质；以及
无机粘结剂，所述无机粘结剂包含有熔点为390-1200℃的低熔点玻璃粉，且利用有机粘结剂使所述基体与所述低熔点玻璃粉相粘合，其中
以所述基体的总质量为100％计，所述低熔点玻璃粉的用量为5-30％，优选5-25％。
[2]、根据上述[1]所述的成型活性炭，其中，所述成型活性炭的比表面积为500m2/g以上，所述成型活性炭的孔体积为0.2cm3/g以上。
[3]、根据上述[1]或[2]所述的成型活性炭，其中，所述含炭物质的粒径为过100目筛；和/或，所述低熔点玻璃粉的平均粒径为1-36μm以上。
[4]、根据上述[1]-[3]任一项所述的成型活性炭，其中，所述有机粘结剂包括纤维素类、淀粉类、环氧树脂类、酚醛树脂类中的一种或两种以上的组合。
[5]、一种根据上述[1]-[4]任一项所述的成型活性炭的制备方法，其包括以下步骤：
将基体、有机粘结剂以及无机粘结剂混合，得到预混物；
使所述预混物挤压成型，得到成型体；
对所述成型体进行热活化处理，得到成型炭化物。
[6]、根据上述[5]所述的制备方法，其中，所述基体、有机粘结剂以及无机粘结剂的质量比为1:0.05-0.5:0.05-0.3。
[7]、根据上述[5]或[6]所述的制备方法，其中，所述热活化处理是在惰性气体保护下通入水蒸汽进行热活化处理。
[8]、根据上述[7]所述的制备方法，其中，所述热活化处理是在惰性气体保护下以1-20℃/min的速率升温至750～950℃后通入水蒸汽；和/或，所述水蒸汽的流量为为100-300mL/h；
优选地，所述热活化的时间为0.5～3小时。
[9]、一种吸附剂，其包括根据上述[1]-[4]任一项所述的成型活性炭或者根据上述[5]-[8]任一项所述方法得到的成型活性炭。
[10]、一种根据上述[1]-[4]任一项所述的成型活性炭或者根据上述[5]-[8]任一项所述方法得到的成型活性炭用于制备气体吸附剂、空气净化剂、液体净化剂的用途。
发明的效果
本发明的成型活性炭的耐磨强度高，不易破碎成粉，且无需后处理装置来净化尾气污染物。
进一步地，本发明的成型活性炭的制备方法简单易行，原料易于获取，适合大批量生产。
附图说明
图1为实施例1-2、对比例1-4使用的低熔点玻璃粉、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素的热重测试结果对比。
图2为实施例1(a)和对比例4(b)升温过程中活化炉尾气图。
图3为实施例1的成型活性炭C-B-2样品以氯苯作为模型反应物的二恶英吸附穿透曲线。
具体实施方式
以下，针对本发明的内容进行详细说明。以下所记载的技术特征的说明基于本发明的代表性的实施方案、具体例子而进行，但本发明不限定于这些实施方案、具体例子。需要说明的是：
本说明书中，使用“数值A～数值B”表示的数值范围是指包含端点数值A、B的范围。
本说明书中，如没有特殊声明，则“多”、“多种”、“多个”等中的“多”表示2或以上的数值。
本说明书中，所述“基本上”、“大体上”或“实质上”表示于相关的完美标准或理论标准相比，误差在5％以下，或3％以下或1％以下。
本说明书中，如没有特别说明，则“％”均表示质量百分含量。
本说明书中，使用“可以”表示的含义包括了进行某种处理以及不进行某种处理两方面的含义。
本说明书中，“任选的”或“任选地”是指接下来描述的事件或情况可发生或可不发生，并且该描述包括该事件发生的情况和该事件不发生的情况。
本说明书中，所提及的“一些具体/优选的实施方案”、“另一些具体/优选的实施方案”、“实施方案”等是指所描述的与该实施方案有关的特定要素(例如，特征、结构、性质和/或特性)包括在此处所述的至少一种实施方案中，并且可存在于其它实施方案中或者可不存在于其它实施方案中。另外，应理解，所述要素可以任何合适的方式组合在各种实施方案中。
<第一方面>
本发明的第一方面提供一种成型活性炭，其包括：
基体，所述基体包括含炭物质；以及
无机粘结剂，所述无机粘结剂包含有熔点为390-1200℃的低熔点玻璃粉，且利用有机粘结剂使所述基体与所述无机粘结剂相粘合，其中
以所述基体的总质量为100％计，所述低熔点玻璃粉的用量为5-30％，优选5-25％。
具体地，所述成型活性炭的比表面积为500m2/g以上，例如：510m2/g以上，530m2/g以上，550m2/g以上，580m2/g以上，600m2/g以上，620m2/g以上，650m2/g以上，680m2/g以上等；所述成型活性炭的孔体积为0.2cm3/g以上，例如：0.4cm3/g以上，0.6cm3/g以上，0.8cm3/g以上，1cm3/g以上，1.2cm3/g以上，1.5cm3/g以上，1.8cm3/g以上，2cm3/g以上，2.2cm3/g以上，2.5cm3/g以上，2.8cm3/g以上，3cm3/g以上等。本发明的成型活性炭的比表面积和孔体积大，具有优异的吸附性能，其耐磨强度高，不易破碎成粉，且无需后处理装置来净化尾气污染物。
基体
本发明的含碳基体的来源没有特别的限定，可以包括各种的能够制备活性炭的已知的来源。例如：含碳基体可以是煤、兰炭、石墨、木质材料或者各种果实的果壳等。
对于煤，可以是褐煤、烟煤和无烟煤等。对于石墨，可以是微晶石墨等。对于木质材料可以为各种树木的树干或树根。对于果壳，可以为各种含有木质素纤维的果壳，例如椰壳等。
对于兰炭，可以是利用优质侏罗纪不粘煤和弱粘煤煤块烧制而成，作为一种新型的炭素材料，以其固定炭高、比电阻高、化学活性高、含灰份低、铝低、硫低、磷低的特性。本发明在原材料选择上，采用了兰炭，兰炭是已经经过炭化后的炭材料，其中不含有煤焦油、且灰分比较少。由于兰炭基本不含煤焦油等挥发成分，省去了以煤或者椰壳等其他原料制备成型活性炭时需要的炭化处理过程，节省了生产成本。
在本发明中，所述含炭物质的粒径可以为过100目筛，例如：过150目筛、过200目筛、过250目筛、过300目筛、过350目筛、过400目筛、过450目筛、过500目筛等。当所述含炭物质的粒径为过100目筛时，有利于获得本申请的成型活性炭。进一步，当使用兰炭作为含炭物质使用时，所述兰炭的比表面积为100m2/g以下，孔体积为0.001-0.05cm3/g。
无机粘结剂
本发明的所述无机粘结剂包含有熔点为390-1200℃的低熔点玻璃粉。具体地，所述低熔点玻璃粉的熔点可以是400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃等。
本发明的低熔点玻璃粉呈类球晶型，不含重金属等杂质。且本发明的低熔点玻璃粉在高温下不易分解，其可以作为成型活性炭的粘合剂。该低熔点玻璃粉可以完全取代沥青和煤焦油，在经过热活化处理后，成型活性炭不仅不会破碎成粉，还能具有足够的耐磨强度来满足实际使用需求。
进一步，本发明使用低熔点玻璃粉作为粘结剂制备成型活性炭，还克服了传统活性炭成型技术使用沥青和焦油作为粘结剂在高温处理后产生大量有害物质的问题，降低了活性炭成型技术尾气处理装置的投资成本，使活性炭成型技术更加绿色环保。
在一些具体的实施方案中，本发明的所述低熔点玻璃粉的平均粒径为1-36μm。例如：3μm、5μm、8μm、10μm、12μm、15μm、18μm、20μm、22μm、25μm、28μm、30μm、32μm、34μm等。
本发明人发现，当仅使用有机粘结剂时，也可以获得成型活性炭。但是经过高温炭化活化后，成型活性炭均会变为活性炭粉。而使用无机粘结剂时，所获得的成型活性炭在经过高温炭化活化后，不会变成活性炭粉。
进一步地，本发明的无机粘结剂并不限于仅含有低熔点玻璃粉，还可以含有硅溶胶等。
具体地，在本发明中，为了获得性能优异的成型活性炭，对低熔点玻璃的含量有一定要求。具体地，以所述基体的总质量为100％计，所述低熔点玻璃粉的用量为5-30％，优选5-25％，例如：6％、7％、7.5％、8％、9％、11％、12.5％、14％、15％、17.5％、20％、22.5％、25％等。
有机粘结剂
本发明通过利用有机粘结剂使基体与低熔点玻璃粉相粘合。具体使用有机粘结剂的目的是：1、增加混料过程中碳泥的可塑性，更有利于原料混合搅拌均匀；2、提高活性炭的耐磨强度；3、利用有机粘结剂高温分解特性来进行活性炭造孔。需要说明的是，本发明的成型活性炭中实际上仅含有微量或不含有有机粘结剂。只是在制备时，需要使用有机粘结剂，以获得孔结构合适、性能优异的成型活性炭。
在本发明中，所述有机粘结剂可以包括纤维素类、淀粉类、环氧树脂类、酚醛树脂类中的一种或两种以上的组合。本发明的无机粘结剂中不含有沥青和/或煤焦油。
对于纤维素类有机粘结剂，其可以是甲基纤维素、羧甲基纤维素或其盐(羧甲基纤维素钠)、羟丙基甲基纤维素或其盐、羟乙基甲基纤维素或其盐等中的一种或两种以上的组合。
对于淀粉类粘结剂，可以是淀粉或其衍生物粘结剂，例如：淀粉、改性淀粉等。
对于环氧树脂类粘结剂，可以是环氧树脂或其衍生物粘结剂，例如：环氧树脂、双酚A型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚P型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、羟甲基双酚A环氧树脂、溴化双酚A环氧树脂等中的一种或两种以上的组合。
对于酚醛树脂类粘结剂，其可以是酚醛树脂粘结剂或改性酚醛树脂粘结剂，例如：酚醛树脂、三聚氰胺改性酚醛树脂、尿素改性酚醛树脂、木质素改性酚醛树脂、间苯二酚(resorcinol)改性酚醛树脂、聚乙烯醇缩醛改性酚醛树脂等中的一种或两种以上的组合。
另外需要说明的是，本发明所述的活性炭的孔径和孔容的测试方法是采用BJH方法检测的。具体采用物理吸附仪(麦奇克拜尔，日本)对活性炭进行孔径孔体积测试。
<第二方面>
本发明的第二方面提供一种根据本发明第一方面所述的成型活性炭的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
将基体、有机粘结剂以及无机粘结剂混合，得到预混物；
使所述预混物挤压成型，得到成型体；
对所述成型体进行热活化处理，得到成型炭化物。
本发明的兰炭，如上所述可以源自于兰炭已知的来源。本发明在原材料选择上，采用了兰炭焦面，即已经经过炭化后的兰炭。
在本发明中，首先将基体、有机粘结剂以及无机粘结剂混合，得到预混物；对于混合的方式，本发明不作特别限定，可以根据需要进行混合，一般而言，可以先使用部分有机粘结剂溶于极性溶剂(例如：水等)中，得到有机粘结剂溶液，再与其它基体、无机粘结剂等混合。对于有机粘结剂溶液的浓度，本发明不作特别限定，可以根据需要进行选择，例如：质量浓度为1-30％的有机粘结剂溶液。
在一些具体的实施方案中，所述基体、有机粘结剂以及无机粘结剂的质量比为1:0.05-0.5:0.05-0.3，例如：1:0.1-0.45:0.08-0.28、1:0.15-0.4:0.1-0.25、1:0.2-0.35:0.12-0.22、1:0.25-0.3:0.15-0.2等。当所述基体、有机粘结剂以及无机粘结剂的质量比为1:0.05-0.5:0.05-0.3时，有利于活性炭的成型。
进一步，使所述预混物挤压成型，得到成型体。对于挤压成型的方式，本发明不作特别限定，可以根据需要进行选择。例如：在模具中进行挤压成型。对于挤压成型后的成型体的形状，本发明也不作特别限定，例如：可以是条状、片状、块状等常规成型体。对于挤压的方式，可以根据需要进行择合适的挤压方式，例如：采用液压的方式等。
在一些具体的实施方式中，在获得成型体之后，可以对其进行干燥。在本发明中，所述干燥的温度可以为80～120℃，例如：85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃等；所述干燥的时间为4～24h，例如：6h、8h、10h、12h、14h、16h、18h、20h、22h等。
进一步，对所述成型体进行热活化处理，得到成型炭化物。
对于热活化处理的一些条件，本发明没有特别的限定，例如可以在真空状态、惰性气体保护或空气条件下进行，所述惰性气体可以为氮气等。在本发明一些优选的实施方案中，所述热活化处理是在惰性气体保护下通入水蒸汽，进行热活化处理。
在一些具体的实施方案中，所述热活化处理是在惰性气体保护下以1-20℃/min，例如：5℃/min、10℃/min、15℃/min等的速率升温至750～950℃，例如：800℃、900℃等后通入水蒸汽；优选地，所述热活化的时间为0.5～3小时，例如1小时、1.5小时、2小时、2.5小时等。活化完成后，在惰性气体保护下降至室温。
进一步，为了获得比表面积大且孔体积大的成型活性炭，避免快速升温至750～950℃后，使成型体破坏，因此，本发明优选可以采用分多次升温的方式，最终升温至750～950℃。具体地，可以先将在惰性气体保护下以1-20℃/min的速率升温至100-200℃，然后保温5-30min；然后再在惰性气体保护下以1-20℃/min的速率升温至250-600℃，然后保温5-40min；最后再在惰性气体保护下以1-20℃/min的速率升温至750～950℃。
本发明通过使用水蒸汽，其能够与碳发生化学反应，能够起到刻蚀的作用，从而产生缺陷，提高比表面积，优选地，所述水蒸汽的流量为100-300mL/h，例如：150mL/h、200mL/h、250mL/h等，总流量可以是为1L/h～10L/h，例如2L/h、4L/h、6L/h、8L/h等。当水蒸汽的流量为100-300mL/h，总流量可以是为1L/h～10L/h时，水蒸汽与碳的反应程度更为合适，所获得的产物的比表面积更为恰当。
本发明中对于上述热活化处理得到的成型炭化物进行后处理以得到最终的成型活性炭产品。对于后处理的方式，没有特别的限定，可以使用本领域通常的后处理方法，包括清洗、干燥、分级以及包装等。
所述清洗，可以使用水和/或低沸点的烃类、醇类、醚类、酮类等有机溶剂进行，优选的使用水进行清洗。所述干燥可以在加热和/或减压的条件下进行以得到干燥的产品。
<第三方面>
本发明的第三方面提供一种吸附剂，其包括根据本发明第一方面所述的成型活性炭或者根据本发明第二方面所述方法得到的成型活性炭。
所述吸附剂还可以包括本领域其它各种已知的吸附剂，例如其他的活性炭、分子筛、硅藻土等。本发明优选的实施方案中，所述吸附剂包括至少60质量％以上的本发明所述的成型活性炭，优选为80质量％以上，进一步优选为90质量％以上，以吸附剂的总质量计。
进一步地，本发明还提供一种根据本发明第一方面所述的成型活性炭或者根据本发明第二方面所述方法得到的成型活性炭用于制备气体吸附剂、空气净化剂、液体净化剂的用途。
实施例
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售获得的常规产品。
实施例中的低熔点玻璃粉的型号为ST880的低熔点玻璃粉，平均粒径为8μm；购自：安米微纳新材料(广州)有限公司。
对比例1
将20g的羧甲基纤维素钠(CMC)完全溶于1980g蒸馏水中，配制成质量分数为2％的羧甲基纤维素钠水溶液。将500g过200目筛的兰炭粉、200g羧甲基纤维素钠水溶液和50g淀粉置于混料机中并充分搅拌混合均匀。将搅拌均匀的物料置于模具中液压挤压成型(条状)得到成型体，记作C-CMC-1。将成型体置于80℃烘箱中干燥12h，得到干燥产物。取出150g干燥产物置于活化炉中进行活化处理，其中，活化处理的条件为：氮气作为载气、升温速率为5℃/min；从室温升温至160℃保持15min，升温至360℃保持20min，升温至850℃保持20min，随后通入水蒸气处理，水蒸气流量为150ml/h、总流量为5L/h，处理时间为1.5h，处理完成后降至室温，得到活性炭，记作C-CMC-2。
对比例2
将20g的羧甲基纤维素钠完全溶于1980g蒸馏水中，配制成质量分数为2％的羧甲基纤维素钠水溶液，再加入100g的中性硅溶胶，形成羧甲基纤维素钠/硅溶胶混合液。将500g过200目筛的兰炭粉、200g羧甲基纤维素钠/硅溶胶混合和50g淀粉置于混料机中并充分搅拌混合均匀。将搅拌均匀的物料置于滚压造粒中造粒成型(粒状)得到成型体，记作C-CMC/SiO2-1。将成型体置于80℃烘箱中干燥12h，得到干燥产物；取出150g干燥产物置于活化炉中进行活化处理得到；其中，活化处理的条件为：氮气作为载气、升温速率为5℃/min；从室温升温至160℃保持15min，升温至360℃保持20min，升温至850℃保持20min，随后通入水蒸气处理，水蒸气流量为150ml/h、总流量为5L/h，处理时间为1.5h，处理完成后降至室温，得到活性炭，记作C-CMC/SiO2-2。
对比例3
将200g的羟丙基甲基纤维素(HPMC)完全溶于1800g水中，配制成质量分数为10％的羟丙基甲基纤维素水溶液。将500g过200目筛的兰炭粉、200g羟丙基甲基纤维素水溶液和50g淀粉置于混料机中并充分搅拌混合均匀。将搅拌均匀的物料置于模具中液压挤压成型(条状)得到成型体，记作C-HPMC-1。将成型体置于80℃烘箱中干燥12h，得到干燥产物。取出150g干燥产物置于活化炉中进行活化处理；其中，活化处理的条件为：氮气作为载气、升温速率为5℃/min；从室温升温至160℃保持15min，升温至360℃保持20min，升温至850℃保持20min，随后通入水蒸气处理，水蒸气流量为150ml/h、总流量为5L/h，处理时间为1.5h，处理完成后降至室温，得到活性炭，记作C-HPMC-2。
对比例4
将500g过200目筛的兰炭粉、50g沥青和200g蒸馏水置于混料机中充分混合搅拌均匀。将搅拌均匀的物料置于模具中液压挤压成型(条状)得到成型体，记作C-L-1。将成型体置于80℃烘箱中干燥12h，得到干燥产物。取出150g干燥产物置于活化炉中进行活化处理；其中，活化处理的条件为：氮气作为载气、升温速率为5℃/min；从室温升温至160℃保持15min，升温至360℃保持20min，升温至850℃保持20min，随后通入水蒸气处理，水蒸气流量为150ml/h、总流量为5L/h，处理时间为1.5h，处理完成后降至室温，得到成型活性炭，记作得到C-L-2。
实施例1
将200g的羟丙基甲基纤维素(HPMC)完全溶于1800g水中，配制成质量分数为10％的羟丙基甲基纤维素水溶液。将500g过200目筛的兰炭粉、200g羟丙基甲基纤维素水溶液、50g淀粉和50g低熔点玻璃粉置于混料机中并充分搅拌混合均匀。将搅拌均匀的物料置于模具中液压挤压成型(条状)得到成型体，记作C-B-1。将成型体置于80℃烘箱中干燥12h，得到干燥产物。取出150g干燥产物置于活化炉中进行活化处理；其中，活化处理的条件为：氮气作为载气、升温速率为5℃/min；从室温升温至160℃保持15min，升温至360℃保持20min，升温至850℃保持20min，随后通入水蒸气处理，水蒸气流量为150ml/h、总流量为5L/h，处理时间为1.5h，处理完成后降至室温，得到成型活性炭，记作C-B-2。
实施例2
将200g的羟丙基甲基纤维素(HPMC)完全溶于1800g水中，配制成10％的羟丙基甲基纤维素水溶液。将500g过200目筛的兰炭粉、200g羟丙基甲基纤维素水溶液、50g淀粉和100g低熔点玻璃粉置于混料机中并充分搅拌混合均匀。将搅拌均匀的物料置于模具中液压挤压成型(条状)得到成型体，记作C-B-3。成型体置于80℃烘箱中干燥12h，得到干燥产物。取出150g干燥产物置于活化炉中进行活化处理；其中，活化处理的条件为：氮气作为载气、升温速率为5℃/min；从室温升温至160℃保持15min，升温至360℃保持20min，升温至850℃保持20min，随后通入水蒸气处理，水蒸气流量为150ml/h、总流量为5L/h，处理时间为1.5h，处理完成后降至室温，得到成型活性炭，记作C-B-4。
性能检测
1、热重测试
将实施例1-2和对比例1-4使用的低熔点玻璃粉、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素样品放置在样品池，在氮气气氛下从30℃以5℃/min速率升至1000℃，最后降至室温，其中，测试条件为氮气气氛下，由室温升温至1000℃，升温速率为5℃/min。
由图1可以看出，羧甲基纤维素钠和羟丙基甲基纤维素在氮气气氛下，温度低于300℃时就开始分解，温度超过400℃后，重量减少接近0，说明此时两种物质已经全部分解。而低熔点玻璃粉在250℃出现吸附水的脱附后，随着温度进一步升高至1000℃，其重量几乎没有损失仍为原始质量的80％以上，这说明低熔点玻璃粉有非常好的高温耐受性，高温处理后不会发生明显分解。
2、活化尾气
图2示出了本发明实施例1和对比例4在升温过程中的活性炉尾气图，其中，(a)为实施例1在升温过程中的活性炉尾气图，(b)为对比例4在升温过程中的活性炉尾气图。
由图2可以看出，使用甲基纤维素类和低熔点玻璃粉作为粘结剂时，整个活化过程中几乎不会产生明显的废气，十分的绿色环保。而使用沥青作为粘结剂时，会产生大量的刺激性气体，产生较大的污染危害。
3、耐磨强度
实施例的耐磨强度测试方法按照GB/T 30202.3-2013进行测定，结果如下表1所示：
表1样品在活化炉处理前后的耐磨强度
样品名称 耐磨强度 样品名称 耐磨强度
C-CMC-1 96.3％ C-CMC-2 -
C-CMC/SiO<sub>2</sub>-1 96.5％ C-CMC/SiO<sub>2</sub>-2 -
C-HPMC-1 97.1％ C-HPMC-2 -
C-L-1 98.5％ C-L-2 96.5％
C-B-1 99.2％ C-B-2 91.1％
C-B-3 99.6％ C-B-4 96.4％
由表1可以看出，使用羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素或羧甲基纤维素钠与中性硅溶胶的组合作为主要粘结剂时，样品在活化前具有一定的耐磨强度。但是经过高温活化处理后，样品破碎为粉末，根本无法得到成型活性炭。使用沥青作为粘结剂时，样品经过高温活化后能够保持一定的耐磨强度。使用羟丙基甲基纤维素和低熔点玻璃粉的组合作为主要粘结剂时，样品在活化前后均能表现出良好的耐磨强度，并且强度大小可以通过提高低熔点玻璃粉的用量来增加。
4、比表面积和孔体积
采用物理吸附仪(麦奇克拜尔，日本)对活性炭进行比表面积和孔径孔容测试。具体将实施例1的C-B-2样品置于样品池，在真空条件200℃下处理12小时后，通入氮气，并按照BET理论计算比表面积和孔体积，结果如下表2所示：
表2
样品名称 比表面积m<sup>2</sup>/g 孔体积cm<sup>3</sup>/g
原始兰炭粉 27 0.015
C-B-2 611 0.299
由表2可以看出，经过高温活化处理后的样品具有较高的比表面积和孔体积，能够用于气体吸附等领域。
5、吸附性能
将活性炭样品研磨至200目以上并置于反应管内，在150℃以氮气为载气通入1000ppm的氯苯气体与活性炭样品进行接触，观察样品的穿透曲线，结果如图3所示。
图3是C-B-2样品以氯苯作为模型反应物的二恶英吸附穿透曲线。由图3可以看出，氯苯在100分钟才完全穿透，说明本发明的成型活性炭具有二恶英吸附应用潜力。
需要说明的是，尽管以具体实例介绍了本发明的技术方案，但本领域技术人员能够理解，本发明应不限于此。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种成型活性炭，其特征在于，包括：
基体，所述基体包括含炭物质；以及
无机粘结剂，所述无机粘结剂包含有熔点为390-1200℃的低熔点玻璃粉，且利用有机粘结剂使所述基体与所述低熔点玻璃粉相粘合，其中
以所述基体的总质量为100％计，所述低熔点玻璃粉的用量为5-30％，优选5-25％。
2.根据权利要求1所述的成型活性炭，其特征在于，所述成型活性炭的比表面积为500m2/g以上，所述成型活性炭的孔体积为0.2cm3/g以上。
3.根据权利要求1或2所述的成型活性炭，其特征在于，所述含炭物质的粒径为过100目筛；和/或，所述低熔点玻璃粉的平均粒径为1-36μm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的成型活性炭，其特征在于，所述有机粘结剂包括纤维素类、淀粉类、环氧树脂类、酚醛树脂类中的一种或两种以上的组合。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的成型活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将基体、有机粘结剂以及无机粘结剂混合，得到预混物；
使所述预混物挤压成型，得到成型体；
对所述成型体进行热活化处理，得到成型炭化物。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述基体、有机粘结剂以及无机粘结剂的质量比为1:0.05-0.5:0.05-0.3。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述热活化处理是在惰性气体保护下通入水蒸汽进行热活化处理。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述热活化处理是在惰性气体保护下以1-20℃/min的速率升温至750～950℃后通入水蒸汽；和/或，
所述水蒸汽的流量为100-300mL/h；
优选地，所述热活化的时间为0.5～3小时。
9.一种吸附剂，其包括根据权利要求1-4任一项所述的成型活性炭或者根据权利要求5-8任一项所述方法得到的成型活性炭。
10.一种根据权利要求1-4任一项所述的成型活性炭或者根据权利要求5-8任一项所述方法得到的成型活性炭用于制备气体吸附剂、空气净化剂、液体净化剂的用途。
CN202111404937.1A 2021-11-24 2021-11-24 成型活性炭及其制备方法和用途 Pending CN113952929A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111404937.1A CN113952929A (zh) 2021-11-24 2021-11-24 成型活性炭及其制备方法和用途
PCT/CN2022/072047 WO2023092842A1 (zh) 2021-11-24 2022-01-14 成型活性炭及其制备方法和用途

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111404937.1A CN113952929A (zh) 2021-11-24 2021-11-24 成型活性炭及其制备方法和用途

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113952929A true CN113952929A (zh) 2022-01-21

Family

ID=79471805

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111404937.1A Pending CN113952929A (zh) 2021-11-24 2021-11-24 成型活性炭及其制备方法和用途

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN113952929A (zh)
WO (1) WO2023092842A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114477554A (zh) * 2022-03-01 2022-05-13 合肥九号线传媒科技有限公司 基于铁-钛复合氧化物的废水处理方法
CN114515564A (zh) * 2022-01-29 2022-05-20 清华大学 活性炭组合物、成型活性炭及其制备方法
CN114843111A (zh) * 2022-05-17 2022-08-02 清华大学 一种多级结构碳纳米复合材料及其制备方法与应用
CN116002682A (zh) * 2022-12-21 2023-04-25 湖北省长江水生态研究院有限责任公司 一种以污泥为原料制备成型活性炭的方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2035653U (zh) * 1988-09-02 1989-04-12 北京市劳动保护科学研究所 一种蜂窝状活性炭吸附剂
US20060063663A1 (en) * 2004-07-23 2006-03-23 Helsa-Automotive Gmbh Adsorptive formed body having an inorganic amorphous supporting structure, and process for the production thereof
CN101214957A (zh) * 2008-01-15 2008-07-09 青岛华世洁环保科技有限公司 一种耐水高机械强度蜂窝状活性炭及其制备方法
CN104941579A (zh) * 2015-06-03 2015-09-30 中国科学院城市环境研究所 一种表面陶化炭吸附材料的制备方法及设备
CN107579214A (zh) * 2017-08-15 2018-01-12 武汉科技大学 一种以硅酸盐玻璃为原料制备硅碳复合材料的方法、其产品和应用
CN108117405A (zh) * 2017-12-27 2018-06-05 江西嘉捷信达新材料科技有限公司 碳基复合材料的界面改性方法
CN108238599A (zh) * 2018-03-02 2018-07-03 中机国能炼化工程有限公司 一种兰炭基活性吸附材料的制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5795816A (en) * 1980-12-08 1982-06-14 Kyocera Corp Molded body of activated carbon
JPS60225639A (ja) * 1984-04-25 1985-11-09 Tonbo Enpitsu:Kk 活性炭−無機質焼結体吸着剤成形物
CN108751193A (zh) * 2018-08-29 2018-11-06 陕西师范大学 一种兰炭末基柱状活性炭的制备方法
CN113457628B (zh) * 2021-08-02 2022-10-18 清华大学 一种活性炭及其制备方法和应用

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2035653U (zh) * 1988-09-02 1989-04-12 北京市劳动保护科学研究所 一种蜂窝状活性炭吸附剂
US20060063663A1 (en) * 2004-07-23 2006-03-23 Helsa-Automotive Gmbh Adsorptive formed body having an inorganic amorphous supporting structure, and process for the production thereof
CN101214957A (zh) * 2008-01-15 2008-07-09 青岛华世洁环保科技有限公司 一种耐水高机械强度蜂窝状活性炭及其制备方法
CN104941579A (zh) * 2015-06-03 2015-09-30 中国科学院城市环境研究所 一种表面陶化炭吸附材料的制备方法及设备
CN107579214A (zh) * 2017-08-15 2018-01-12 武汉科技大学 一种以硅酸盐玻璃为原料制备硅碳复合材料的方法、其产品和应用
CN108117405A (zh) * 2017-12-27 2018-06-05 江西嘉捷信达新材料科技有限公司 碳基复合材料的界面改性方法
CN108238599A (zh) * 2018-03-02 2018-07-03 中机国能炼化工程有限公司 一种兰炭基活性吸附材料的制备方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114515564A (zh) * 2022-01-29 2022-05-20 清华大学 活性炭组合物、成型活性炭及其制备方法
CN114477554A (zh) * 2022-03-01 2022-05-13 合肥九号线传媒科技有限公司 基于铁-钛复合氧化物的废水处理方法
CN114843111A (zh) * 2022-05-17 2022-08-02 清华大学 一种多级结构碳纳米复合材料及其制备方法与应用
CN114843111B (zh) * 2022-05-17 2024-01-30 清华大学 一种多级结构碳纳米复合材料及其制备方法与应用
CN116002682A (zh) * 2022-12-21 2023-04-25 湖北省长江水生态研究院有限责任公司 一种以污泥为原料制备成型活性炭的方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023092842A1 (zh) 2023-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113952929A (zh) 成型活性炭及其制备方法和用途
Chen et al. The structure evolution of biochar from biomass pyrolysis and its correlation with gas pollutant adsorption performance
CN107029668B (zh) 一种蜂窝型分子筛-活性炭复合吸附剂、制备方法及其应用
Sun et al. Preparation of high performance H2S removal biochar by direct fluidized bed carbonization using potato peel waste
CN110523373B (zh) 一种油页岩半焦吸附剂的制备方法
CN110182805A (zh) 一种活性炭的制备方法
Jin et al. Sawdust wastes-derived porous carbons for CO2 adsorption. Part 1. Optimization preparation via orthogonal experiment
CN101961644B (zh) 一种氯化物-碳质骨架复合吸附剂及其制备方法
Ridassepri et al. Activated carbon from bagasse and its application for water vapor adsorption
CN105148843A (zh) 一种活性炭颗粒及其制备方法及碳罐
WO2022028130A1 (zh) 用于吸附脱除工业VOCs的炭基复合吸附材料及其制备方法
CN101081698A (zh) 高比表面积高中孔率活性中间相炭微球的制备方法
CN104226256A (zh) 一种球形成型Cu基金属有机骨架-氧化石墨烯复合材料及制备方法
CN113231009B (zh) 一种氨气吸附剂及其制备方法
CN110065942B (zh) 一种大米基颗粒状微孔/超微孔碳材料及其制备方法
CN112938969A (zh) 一种造孔/掺杂一体化的活化剂制备氮硫共掺杂活性炭的方法及其应用
CN112156756A (zh) 一种玉米秸秆炭基纳米吸附剂及其制备方法
CN113120898A (zh) 氮掺杂成型生物炭及其制备方法和用途
RU2597400C1 (ru) Способ получения композиционного сорбента на основе минерального и растительного углеродсодержащего сырья
Bedane et al. Textural characteristics of activated carbons prepared from agricultural residues‐review
CN116459795A (zh) 一种用于废水除铅的水处理材料及其制备方法和应用
CN103240059A (zh) 一种用于油气回收的活性炭制备方法
CN115594177A (zh) 一种新型催化燃烧吸脱附专用蜂窝活性炭及其制备方法
CN110922158B (zh) 一种用于空气净化的环保材料及其用途
CN105274656A (zh) 一种木质中孔活性炭原丝及纤维的制备方法

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