CN1153681A - 直接用炭制造的活性炭蜂窝体 - Google Patents

Abstract

一种直接用炭制造的活性炭蜂窝体及其工艺方法，其特征在于主原料不用活性炭而用炭，再加入适量碳酸盐及工业纯碱，在高温下分解放出活化剂—二氧化碳气体，剩余组份为粘土和少量有机粘合剂，用电焙烧活化炉焙烧活化，最高焙烧活化温度900～1000℃并保温1～2小时，升温至750℃时通入水蒸汽并控制通入量及升温、保温、降温的时间。制得的是一种耐水，吸附性、动力学性能和使用强度都好的新型活性炭蜂窝体。

Description

直接用炭制造的活性炭蜂窝体

本发明涉及一种新型活性炭蜂窝体及其制造方法。

活性炭是常用的吸附剂，形状通常为颗粒状和粉末状。活性炭蜂窝体则具有大的几何接触面积和使用所需的足够强度，有非常优异的动力学性能，避免了通常活性炭的应用装置中由于颗粒炭或粉末炭堆积装填阻力大易降低吸附效率等缺点，改善并拓宽了活性炭的使用性能和应用领域。

已有活性炭蜂窝体的制造方法，根据专利申请号89109217.X和申请号93102811.6等文献所述，主要特征可叙述为：将成品活性炭磨细加入适量的无机粘结剂，搅拌混合均匀成浆料然后压滤脱水、捏练、陈腐后在压力挤出机中成型而得到蜂窝状活性炭的“坯体”，根据不同使用要求，或将这种“坯体”低温焙烧后制得成品(不耐水)，或将“坯体”用石墨粉填满并焙烧到1100～1200℃制得成品(耐水)，其他一些制备方法在上述专利申请文件中也已作了比较，本发明不再途述。

综上所述，已有活性炭蜂窝体的制造方法有一个共同点，即所用的主原料是“活性炭”—把“活性炭”加工制作成活性炭蜂窝体。

本发明制造活性炭蜂窝体的基本特征是主原料不用活性炭而采用仅仅炭化了的材料(以下简称炭)作主原料，在制得有使用强度的蜂窝体的同时使炭活化从而得到活性炭蜂窝体。简言之，把“炭”加工制作成活性炭蜂窝体。

由此可知，已有制造方法制得的活性炭蜂窝体，其作为吸附剂的使用功能——大的吸附性主要是原料中的活性炭预有的，与制造方法基本无关。而本发明制得的活性炭蜂窝体，其作为吸附剂的使用功能——大的吸附性却不是原料预有的，而是完全通过制造方法获得的。由此可见，本发明与已有的活性炭蜂窝体制造方法是根本不同的。还有值得一提的是，专利申请号89109217.X申请文件中也包含用炭制造蜂窝体的内容，但它只是用炭化料制造炭蜂窝体而不是用炭化料制造活性炭蜂窝体，与本发明仍根本不同。由上述比较也可以知道本发明要解决的技术关键是如何使蜂窝坯体中的炭活化成为活性炭并同时得到使用所需的其他性能和强度的蜂窝体。

下面叙述本发明的详细内容。

本发明有如下特征：

一、配料中主原料不用成品活性炭而用通常称之为“炭”的没有活性或活性非常小的炭化材料，配比为原料总重量的30～75％。“炭”包括木、果壳、锯末等植物源材料以及天然煤和其他含碳原材料经炭化工艺而成。

二、配料时特别加入我们称之为“活化材料”的碳酸盐材料，焙烧至一定温度时它能分解放出“活化剂”——二氧化碳气体使炭活化。为了使活化过程加快和活化完全，还加入少量的活化催化剂——工业纯碱。

二氧化碳使炭活化的反应机理可用下式表示： $V=\frac{K_1\·{\mathrm{Pco}}_2}{1+K_2\·\mathrm{Pco}+K_3\·\mathrm{Pc}{o}_2}-------\left(1\right)$

式中，V是二氧化碳对炭的活化速度，P_CO和P_CO2分别是一氧化碳和二氧化碳的分压，K₁、K₂、K₃为经验常数。由(1)式可知，P_CO和P_CO2的大小影响活化速度V。实际上控制配料中的碳酸盐加入量可控制P_CO2和P_CO，从而使活化反应在最佳速率下进行。大量实践证明，加入相当于炭10～15％的碳酸盐材料和1％的工业纯碱活化效果好。

三、一氧化碳和二氧化碳的分压与焙烧活化炉的性质和温度有关，为了有效控制P_CO和P_CO2，焙烧活化炉采用电炉而不用燃油、燃气或燃煤的窑炉，焙烧活化炉上下温差不大于±5℃。操作制度为；最高焙烧活化温度900～1000℃并保温1～2小时，升温至750℃时开始至最高焙烧活化温度保温后再降温至750℃时为止，控制这一过程的时间在6～7小时。

四、焙烧活化炉升温至750℃时开始从电炉上下几个不同方位通入水蒸气，一直持续至最高焙烧活化温度保温1～2小时再降温至750℃时关闭水蒸气，控制水蒸气的通入量为炉内坯体总重量的2倍左右。这样做的目的是使活化更为完全和一致。

本发明制得的活性炭蜂窝体性能优良，成本低，具有良好的技术经济性能。

下面以实施例进一步具体说明。

实施例一

配比：炭(木炭、果壳炭等)67份(重量，下同)，软质粘土10份、海泡石5份、膨润土5份、淀粉5份、白云石8份外加纯碱1份。将原料按常规粉碎并混合均匀，加工成含水量(干基，下同)28～30％的可塑料，混练2～3次后在不小于2MPa的压力机中制得蜂窝坯体，干燥至坯体含水量5％以下时装入电焙烧活化炉内，装炉方法为裸装。通电升温，至750℃时从电炉上部两个相对方位(例如东和西方位)和炉子下部另两个相对方位(例如南和北方位)向炉内通入水蒸气，850℃  左右坯体内部的碳酸盐开始分解放出二氧化碳气体，至950℃保温1.5小时这段时间炭和已炭化的淀粉在二氧化碳气体和水蒸气双重作用，碳酸钠(纯碱)的催化作用下基本得到完全活化，同时坯体中软质粘土等无机材料经过一系列的物理化学变化后形成液相和晶相。保温结束后断电冷却，至750℃时关闭水蒸气。必须控制通入炉内水蒸气的总量约为炉内坯体总重量的2倍左右，并使这段过程的时间为6～7小时左右。冷却至200℃以下时炉门才能打开，至常温时取出制品。得到的活性炭蜂窝体是一种由无机粘结材料将已经活化的炭松散而均匀地粘结为一个蜂窝整体的具有一定强度和耐水能力，又具有发达孔隙和较大几何表面以及小的流体阻力的新型活性炭品种——活性炭蜂窝体。

本发明制得的活性炭蜂窝体，正压(平行于通道方向)强度大于1.5MPa，侧压(垂直于通道方向)强度大于0.25MPa，苯吸附量大于0.15克/克活性炭，在表面风速0.8m/s时，阻力不大于50毫米水柱(床层厚度60厘米)，在水中长时间浸泡未有破损开裂和溶出物。

Claims (5)

1、一种直接用炭制造的活性炭蜂窝体，其特征在于配料中采用占原料总重量30～75％的炭，相当于炭重量10～15％的碳酸盐和1％的工业纯碱，剩余组份用粘土和少量有机粘合剂，加工成型为炭蜂窝坯体，在焙烧的同时直接使炭活化为活性炭而得到活性炭蜂窝体。

2、权利要求1中所述的炭是指木、果壳、锯末等植物源材料，天然煤和其他合炭原材料经“炭化”工艺而得到的通常称为“炭”的物质。

3、权利要求1中所述的碳酸盐可以是天然碳酸盐类矿物例如石灰石、白云石等，也可以是工业碳酸盐材料。

4、权利要求1中所述粘土是指膨润土、海泡石及其他氧化铝含量较少的软质粘土。

5、权利要求1中所述的焙烧和活化是指用电焙烧活化炉在焙烧的同时利用组份中碳酸盐材料焙烧至一定温度时分解出来的二氧化碳气体以及通入的水蒸气双重活化作用、工业纯碱的催化作用使炭蜂窝坯体转变为活性炭蜂窝体。其操作制度是：(1)最高焙烧活化温度900～1000℃保温1～2小时，上下温差不大于±5℃；(2)升温至750℃开始通入水蒸气一直到最高温度并保温1～2小时后降温至750℃关闭水蒸气，控制整个这一过程的时间为6～7小时，水蒸气的通入量为装炉坯体总重量的2倍左右。