CN115722192A - 多源碳质原料制备复合活性炭的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多源碳质原料制备复合活性炭的方法。该包括如下步骤：先将竹质废弃物进行炭化，得到竹质炭化料进行磨粉，再将废煤基活性炭磨粉，然后将提高复合活性炭强度的碳质原料进行磨粉，将上述所有原料粉按照一定质量配比，加入一定量的粘结剂和水进行搅拌成型；成型后的物料通过干燥、炭化和活化后即可得到复合活性炭成品。本发明提供的生物质复合活性炭产品具有如下优点：(1)本发明的方法可用于废活性炭的再利用，减少了处理成本和生产成本(2)本发明的方法可用于竹质废弃物等生物质原料，来源广泛。(3)通过控制原料配方，以及炭活化条件可制备出性能优异的产品。
Description
技术领域
本发明属于活性炭生产技术领域，具体涉及一种多源碳质原料制备复合活性炭的方法。
背景技术
活性炭的主要成分为碳，含有少量氧、氮、氢、硫等元素，具有极强的吸附和净化能力，为企业解决了工业生产过程中的废气废水处理等问题，但是活性炭经过多次吸附反应后，内部产生的化学变化和结构变化会导致活性炭活性降低，比表面积下降，吸附能力无法满足生产需要而成为废活性炭。而我国作为全球最大的活性炭生产国，煤基活性炭更是占到活性炭产量的60％以上，废活性炭的处理极为重要，目前我国废活性炭主要有两种处理处置方案：(1)活性炭再生(2)危废焚烧处置。为企业带来了一定的处置成本。
而竹材作为一种生物质资源，具有生长周期短、取材容易和成本较低等诸多特点，在热解后形成的炭化料具有丰富的孔隙分布特征和高比表面积，同时其表面存在羧基、己内酯形式存在的羧基、酚羟基等含氧官能团和少量含硫、氢、氯等其他元素的表面官能团等，因其特殊的表面物理结构和化学结构特征，竹炭也是一种具有广阔应用前景的吸附材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种多源碳质原料制备复合活性炭的方法。
本发明所提供的多源碳质原料制备复合活性炭的方法，包括如下步骤：
1)将竹质废弃物进行炭化，得到的竹质炭化料进行磨粉，得到原料粉1；
2)将废煤基活性炭磨粉，得到原料粉2；
3)将提高复合活性炭强度的碳质原料进行磨粉，到原料粉3；
4)将上述原料粉1、原料粉2、原料粉3按照一定质量配比混合，加入粘结剂和水进行搅拌、成型；再将成型后的物料进行干燥、炭化和活化即可得到复合活性炭成品；
上述步骤1)-3)顺序不分前后。
上述方法步骤1)中，所述竹质废弃物包括竹材加工剩余物和竹材采伐剩余物等；所述竹质废弃物的炭化温度为500～800℃，具体可为500℃、650℃和800℃等；炭化时间为2～4h，具体可为2h，3h和4h等。
所述竹质炭化料的磨粉粒度为200目～325目，具体可为200目、250目或325目。
上述方法步骤2)中，所述废煤基活性炭包括尾气净化后的废柱状活性炭和饮用水净化后的废压块活性炭等；
所述废煤基活性炭的磨粉粒度为200目～325目，具体可为200目、250目或325目。
上述方法步骤3)中，所述提高复合活性炭强度的碳质原料为焦煤和煤沥青中的1～2种。当两种原料同时存在时，两者质量比为(3-4)：(2～3)，具体可为3:2或4:3；
所述提高复合活性炭强度的碳质原料的磨粉粒度为200目～325目，具体可为200目、250目或325目。
上述所有原料粉包括竹质炭化料磨粉、废煤基活性炭粉和提高复合活性炭强度的碳质原料粉，其中竹质炭化料磨粉和废煤基活性炭粉为基炭粉，配置质量比为(2-4):(1-2)，具体可为3:1；提高复合活性炭强度的碳质原料占基炭粉质量的10％～45％，具体可为15％、25％和45％；
所述粘结剂为煤焦油、尿素、淀粉、碳酸氢铵等物质中的1～3种。粘结剂具体可为煤焦油、尿素+淀粉(两者质量比可为1:9或3:7)或尿素+淀粉+碳酸氢铵(三者质量比可为2:7:1或1:8:1：)。
当所述粘结剂为煤焦油时，所述粘结剂的添加量为基炭粉质量的20％-35％，具体可为20％、30％和35％；当所述粘结剂为其余物质时，所述粘结剂的添加量为基炭粉质量的3％～7％，具体可为3％、5％和7％。
当所述粘结剂为煤焦油时，所述水的加入量为基炭粉质量的5％～10％，具体可为5％、8％和10％。当所述粘结剂为其余物质时，所述水的加入量为基炭粉质量的30％～45％，具体可为30％、40％和45％。
上述方法步骤4)中，所述成型可将物料进行Φ5mm柱状成型。
上述方法步骤4)中，所述干燥可在室温下进行，干燥的时间可为24～48h，具体可为24h和48h。
上述方法步骤4)中，所述炭化的终温为550～700℃，具体可为550℃、650℃和700℃，升温速率为5～8℃/min，具体可为5℃/min、6℃/min和8℃/min；
上述方法步骤4)中，所述活化的温度为800～950℃，具体可为800℃、850℃和900℃；活化的时间为20～50min，具体可为30min，40min和50min。
利用上述方法制备得到的多源碳质复合活性炭产品也属于本发明的保护范围。
本发明以废煤基活性炭和竹质废弃物等碳质为原料，制备了多源碳质复合活性炭，既可以实现废煤基活性炭以及竹质废弃物的回收再利用，同时制备的活性炭性能优异，该专利制备的多源碳质复合活性炭耐磨强度在90％以上，碘值在950mg/g以上。
本发明提供的多源碳质复合活性炭产品具有如下优点：
(1)本发明的方法可用于废活性炭的再利用，减少了处理成本和生产成本。
(2)本发明的方法可用于竹质废弃物等生物质原料，来源广泛。
(3)通过控制原料配方，以及炭活化条件可制备出性能优异的产品。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
下述实施例中生物质复合活性炭碘值的测定方法为GB/T 7702.7-2008所规定的碘值测定方法；所述耐磨强度的测定方法为GB/T 7702.3-2008所规定的耐磨强度测定方法。
实施例1、多源碳质复合活性炭的制备
(1)先将竹质废弃物在550℃下炭化3h，得到竹质炭化料进行磨粉，再将废煤基活性炭磨粉，然后将煤沥青进行磨粉，分别制成200目的粒度。将竹质炭化料磨粉、废煤基活性炭粉按3:1的质量比混合为基炭粉，再加入占基炭粉质量15％的煤沥青粉，混合搅拌过程中加入占基炭粉质量5％的粘结剂(粘结剂为由尿素、淀粉和碳酸氢铵组成，三者质量比为1:8:1)，加入占基炭粉质量40％的水，所有原料充分混合后利用四柱液压机对物料进行Φ5mm柱状成型；
(2)将成型的物料在室温下干燥24h；将干燥后的物料进行炭化，将物料的炭化终温设定为600℃，物料升温速率控制在5℃/min；
(3)将炭化料进行活化，活化温度设定为850℃，活化时间为45min。
本实施实例制备的生物质复合活性炭碘值1042mg/g，耐磨强度92.1％。
实施例2、多源碳质复合活性炭的制备
(1)先将竹质废弃物在550℃下炭化3h，得到竹质炭化料进行磨粉，再将废煤基活性炭磨粉，然后将焦煤进行磨粉，分别制成200目的粒度。将竹质炭化料磨粉、废煤基活性炭粉按3:1的质量比混合为基炭粉，再加入占基炭粉质量20％的焦煤粉，混合搅拌过程中加入占基炭粉质量5％的粘结剂(粘结剂为由尿素、淀粉和碳酸氢铵组成，三者质量比为1:8:1)，加入占基炭粉质量40％的水，所有原料充分混合后利用四柱液压机对物料进行Φ5mm柱状成型；
(2)将成型的物料在室温下干燥24h；将干燥后的物料进行炭化，将物料的炭化终温设定为600℃，物料升温速率控制在5℃/min；
(3)将炭化料进行活化，活化温度设定为850℃，活化时间为45min。
本实施实例制备的生物质复合活性炭碘值966mg/g，耐磨强度94.6％。
实施例3、多源碳质复合活性炭的制备
(1)先将竹质废弃物在550℃下炭化3h，得到竹质炭化料进行磨粉，再将废煤基活性炭磨粉，然后将焦煤和煤沥青分别进行磨粉，分别制成200目的粒度。将竹质炭化料磨粉、废煤基活性炭粉按3:1的质量比混合为基炭粉，再加入占基炭粉质量20％的焦煤粉和占基炭粉质量15％的煤沥青粉，混合搅拌过程中加入占基炭粉质量5％的粘结剂(粘结剂为由尿素和淀粉组成，三者质量比为3:7)，加入占基炭粉质量43％的水，所有原料充分混合后利用四柱液压机对物料进行Φ5mm柱状成型；
(2)将成型的物料在室温下干燥24h；将干燥后的物料进行炭化，将物料的炭化终温设定为600℃，物料升温速率控制在5℃/min；
(3)将炭化料进行活化，活化温度设定为850℃，活化时间为45min。
本实施实例制备的生物质复合活性炭碘值970mg/g，耐磨强度95.4％。
Claims (10)
1.一种多源碳质原料制备复合活性炭的方法，包括如下步骤：
1)将竹质废弃物进行炭化，得到的竹质炭化料进行磨粉，得到原料粉1；
2)将废煤基活性炭磨粉，得到原料粉2；
3)将碳质原料进行磨粉，到原料粉3；
4)将所述原料粉1、原料粉2、原料粉3按照质量配比混合，加入粘结剂和水进行搅拌、成型；再将成型后的物料进行干燥、炭化和活化，即得到复合活性炭成品；
上述步骤1)-3)顺序不分前后。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述竹质废弃物的炭化温度为500～800℃，炭化时间为2h～4h；
或，所述竹质炭化料的磨粉粒度为200目～325目；
或，所述步骤2)中，所述废煤基活性炭的磨粉粒度为200目～325目；
或，所述步骤3)中，所述碳质原料的磨粉粒度为200目～325目。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述碳质原料为焦煤和煤沥青中的1～2种；
所述碳质原料为焦煤和煤沥青，两者质量比为(3-4)：(2～3)；
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：所述步骤4)中，所述原料粉1和所述原料粉2为基炭粉，两者的质量比为(2-4):(1-2)；
所述碳质原料占所述基炭粉总质量的10％～45％。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：所述步骤4)中，所述粘结剂为煤焦油、尿素、淀粉、碳酸氢铵中的1～3种；
所述粘结剂为煤焦油，所述粘结剂的添加量为基炭粉总质量的20％-35％；
或，所述粘结剂为除煤焦油外的其余物质，所述粘结剂的添加量为基炭粉总质量的3％～7％。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤4)中，所述粘结剂为煤焦油；或所述粘结剂为由尿素和淀粉组成，两者的质量比为1:9或3:7；或所述粘结剂为由尿素、淀粉和碳酸氢铵组成，三者质量比为2:7:1或1:8:1。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于：
所述粘结剂为煤焦油，所述水的加入量为基炭粉质量的5％～10％；
所述粘结剂为除煤焦油外的其余物质，所述水的加入量为基炭粉质量的30％～45％。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于：
所述步骤4)中，所述干燥在室温下进行，干燥的时间为24h～48h；
所述炭化的终温为550～700℃，升温速率为5～8℃/min；
所述活化的温度为800～950℃；活化的时间为20～50min。
9.权利要求1-8中任一项所述方法制备得到的多源碳质复合活性炭产品。
10.根据权利要求9所述的多源碳质复合活性炭产品，其特征在于：所述多源碳质复合活性炭的耐磨强度在90％以上，碘值在950mg/g以上。
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