CN115739020A - 一种脱色用废粉状活性炭成型与再生的产品及其制备 - Google Patents
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Abstract
一种脱色用废粉状活性炭成型与再生的产品及其制备。以脱色用废粉状活性炭为原料，将原料、无机黏结剂和有机黏结助剂复配，成型造粒制成颗粒。将颗粒缓慢烘干后，置于高温炉中焙烧，焙烧结束后，视产品性能好坏选择是否进行活化。所有步骤完成后，将产品取出筛分，即得成品活性炭。本发明所述无机黏结剂除具有黏结性强、耐高温外，还具有一定的吸附能力，在与废粉状活性炭复合后不会不堵孔；有机黏结助剂的加入增强了物料的塑性、润滑性和耐酸碱性，使成型更加顺畅，成型料表面光滑度提高，并可减少原料烘干过程可能发生的干裂。将两种黏结剂复配使用制备的颗粒活性炭强度达95％以上，四氯化碳吸附率大于40％，着火点大于350℃。
Description
技术领域
本发明一种脱色用废粉状活性炭成型与再生的方法及其产品，属于新型活性炭复合制备技术领域。具体的说是一种以脱色用废粉状活性炭为原料，使用无机黏结剂和有机黏结助剂成型，并通过炭化和活化实现废粉状活性炭再生同步制备高强度颗粒活性炭的方法。
背景技术
活性炭是应用领域最广泛和国民经济不可缺少的环境友好型吸附材料，随着我国环境污染防治任务的增加，活性炭市场需求不断扩大。粉状活性炭吸附速度快，在液相脱色领域应用广泛，脱色用废粉状活性炭作为固废处置不但增加了企业的环保治理成本而且浪费了资源，它的再生成为重要的研究方向。由于废粉状活性炭直接再生质量损失较大，再生成本较高，且再生后活性炭吸附性能下降明显，再生过程还存在碳粉堵塞反应器管路、粉尘爆炸等安全问题。本发明先以脱色用废粉状活性炭通过黏结剂制备强度高、易于装填、回收的成型活性炭后再进行再生的方法，同步实现了废粉状活性炭成型和再生，具有创造性。
以脱色用废粉状活性炭制备成型活性炭需要解决成型活性炭强度低、着火点低、未经高温处理再生炭吸附性能差等问题。公开的文章、专利中未发现以脱色用废粉状活性炭通过组合添加无机和有机黏结助剂制备高强度、高着火点、高吸附性能活性炭并实现废炭再生的报道。对比现有的文献和专利，在黏结剂的选用方面，仅选用有机黏结剂成型，制备的活性炭孔隙容易被堵塞，再生后活性炭的吸附力降低严重，并且由于有机黏结剂不耐高温，制备的活性炭着火点低，使用时容易引发安全隐患，特别是无法满足气相吸附的使用要求；仅选用无机黏结剂成型，由于固体粉末之间的结合力较低，塑性较差，成型过程并不顺畅，导致黏结强度不强，干燥过程中容易干裂破碎，损失严重，且无机黏结剂不耐酸碱和水，应用受到了限制。
发明内容
解决的技术问题：本发明针对目前脱色用废粉状活性炭无法充分利用、不适宜再生，现有常规粉状活性炭成型方法制备的活性炭产品吸附性能差、强度差、不耐高温等问题，公开了一种脱色用废粉状活性炭成型与再生的方法，该方法实现了脱色用废粉状活性炭的高值化利用和再生，通过添加无机黏结剂、有机黏结助剂，解决了成型活性炭强度低、活化困难、不耐高温、不耐酸碱和水等问题。
技术方案：一种脱色用废粉状活性炭成型与再生的产品，原料按质量份计，组成为：
所述的无机黏结剂为粘土类矿物；所制活性炭产品形状为柱状或者球形，耐磨强度大于95％，四氯化碳吸附率大于40％，着火点大于350℃。
所述的脱色用废粉炭碘吸附值大于500mg/g。
所述的无机黏结剂包括高岭土、活性白土、凹凸棒土中的任意一种或几种的粉末混合物。
所述的有机黏结助剂为沥青、酚醛树脂、纤维素醚的任意一种或几种的混合料，混合料包括固体粉末混合料或混合料溶液。
制备所述的一种脱色用废粉状活性炭成型与再生的产品的方法，以脱色用废粉炭为原料，将原料、无机黏结剂和有机黏结助剂按照比例复配，成型造粒制成颗粒，将颗粒缓慢烘干后，置于高温炉中焙烧，焙烧结束后，视产品性能好坏选择是否进行活化，所有步骤完成后，将产品取出筛分，即得成品活性炭。
所述的成型造粒的方式包括圆盘造粒、挤出成条、挤出滚圆。
焙烧温度为400～700℃，焙烧时间为0.5～2h。
活化温度为800～1000℃，活化气体为水蒸气、二氧化碳、烟道气中的一种或几种的混合气。
有益效果：
1.本发明所述方法操作简便、易于实施，实现了脱色用废粉状活性炭的再生和高值化利用。本发明选用的废粉状活性炭是由磷酸活化法制备的脱色用活性炭，具有中大孔发达、比表面积大等特点，这一特点使其在高温下易再生，且吸附物质为有机物，在高温下易热解挥发，减少了对孔的堵塞，实现了高效再生；本发明利用废粉状活性炭和无机黏结剂孔径分布各自的特点，探索出再生炭的气相吸附用途，实现了废粉状活性炭到高性能成型活性炭的转变，产生了较高的经济价值和环境效益。
2.本发明所述无机黏结剂除具有黏结性外，还具有价格低廉，对小分子气体吸附能力强的自身特点，无机黏结剂使用，使活性炭具有足够的强度而适应气相吸附反复的吸附脱附过程，着火点比木质活性炭高100℃，更适用于挥发性有机气体，特别使酮类有机物的吸附治理；有机黏结助剂的加入增强了物料的塑性、润滑性和耐酸碱性，提高了成型料强度和表面光滑度，并可减少原料烘干和焙烧过程可能发生的干裂和破碎，提高了产量，并且有机黏结剂在较少添加量时对强度的提高较明显，对孔的堵塞较少。通过无机黏结剂和有机黏结助剂的配合使用，使成型活性炭具有耐高温、耐酸碱、耐水、高强度、高吸附性能的特性。
3.本发明所制成型活性炭具有吸附能力强、强度高、着火点高等特点，可用于VOCs治理、有机溶剂回收等领域。通过水蒸气、二氧化碳、烟道气等活化，可进一步提高制备的活性炭的吸附能力，拓展活性炭的应用范围。
附图说明
图1为本发明所述一种脱色用废粉状活性炭成型与再生的产品图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而非限制本发明的保护范围。
一种脱色用废粉状活性炭成型与再生的方法及其产品，原料按质量份计，组成为：
所制颗粒活性炭的耐磨强度大于95％，四氯化碳吸附率大于40％，着火点大于350℃。
所述的脱色用废粉状活性炭为糖类、谷氨酸，乳酸、柠檬酸，葡萄酒、针剂等工业产品脱色使用的磷酸活化法生产的粉状活性炭，脱除的物质为有机物，废粉状活性炭碘吸附值大于500mg/g。
所述的无机黏结剂为高岭土、活性白土、凹凸棒土、海泡泥、蒙脱土、膨润土中的任意一种或几种的粉末混合物。
所述的有机黏结助剂为沥青、酚醛树脂、纤维素醚、田菁粉、淀粉、木质素的任意一种或几种的混合料，混合料包括固体粉末混合料或混合料溶液。
制备所述的脱色用废粉状活性炭成型与再生的方法，根据成型方式的不同，包括以下两种步骤：(1)在通过圆盘造粒方法造粒时，以脱色用废粉炭为原料，将原料、无机黏结剂和有机黏结助剂充分混合，搅拌均匀后转入造粒机中，加入适量的水，在造粒过程中依靠黏结剂的粘性和水的表面张力，制成颗粒；(2)在通过挤出成条和挤出滚圆方法造粒时，通过将黏结剂溶液与废粉状活性炭混合后，制成有一定塑性的物料，在进行挤出成条或滚圆。
制成颗粒后缓慢烘干，转移至高温炉中焙烧，焙烧结束后，视产品性能好坏选择是否进行活化。所有步骤完成后，将产品取出筛分，即得成品活性炭。
所述焙烧工序中焙烧温度为400～700℃，炭化时间为0.5～2h。
所述的活化工序中活化温度为800～1000℃，活化气体为水蒸气、二氧化碳、烟道气中的一种或几种的混合气。
材料与试剂：一种脱色用废粉状活性炭(碘值771mg/g，亚蓝11.5ml，pH7.33)；高岭土(固体粉末)、活性白土(固体粉末)、凹凸棒土(固体粉末)；沥青(固体粉末)、羧甲基纤维素钠水溶液(缩写CMC溶液)、酚醛树脂(固体粉末)、酚醛树脂(溶液)、自来水。
性能表征：四氯化碳吸附率、强度、着火点分别按照国标GB/T 12496.5-1999、GB/T12496.6-1999、GB/T 20450-2006测试。
以脱色用废粉状活性炭为原料，根据成型方式的不同，成型过程包括以下两种步骤：(1)在通过圆盘造粒方法造粒时，以脱色用废粉炭为原料，将原料、无机黏结剂和黏结助剂充分混合，搅拌均匀后转入造粒机中，加入适量的水，在造粒过程中依靠黏结剂的粘性和水的表面张力，制成颗粒；(2)在通过挤出成条和挤出滚圆方法造粒时，通过将黏结剂溶液与废粉状活性炭混合后，制成有一定塑性的物料，在进行挤出成条或滚圆。制成颗粒后缓慢烘干，转移至高温炉中焙烧(焙烧温度400-700℃，焙烧时间为0.5-2h)，焙烧结束后，视产品性能好坏选择是否进行活化。所有步骤完成后，将产品取出筛分，即得成品活性炭。
优选的工艺条件，所述无机黏结剂为高岭土、活性白土、凹凸棒土等一种或几种的混合物。
优选的工艺条件，所述黏结助剂为沥青、羧甲基纤维素钠、酚醛树脂等一种或几种的混合物。
优选的工艺条件，所述焙烧工序中焙烧温度为500-600℃，焙烧时间为1-2h。
优选的工艺条件，所述活化工序中活化温度为850-950℃，活化气体为水蒸气或者二氧化碳。
实施例一
在焙烧温度550℃，焙烧时间1h条件下，研究了不同黏结剂配比、不同成型方式，对活性炭强度、四氯化碳吸附率(CTC)和着火点的影响，结果见表1。
表1实施例一
由表1可知，使用不同无机黏结剂和有机黏结助剂都可以制备高强度成型活性炭，无机黏结剂的添加量对活性炭的四氯化碳吸附率和着火点有较大的影响，无机黏结剂添加越多活性炭的着火点越高，四氯化碳吸附率越低；有机黏结助剂的少量添加，可减少无机黏结剂的使用，并促进活性炭强度和四氯化碳吸附率的提高，但不利于着火点的提高。
实施例二
在炭粉与高岭土质量比1：1的条件下(分别取40g)，研究了有机黏结剂种类、不同焙烧温度、活化方式，对活性炭强度、四氯化碳吸附率(CTC)和着火点的影响，结果见表2。
表2实施例二
由表2可知，经高温活化后，活性炭的四氯化碳吸附率和着火点显著提高，但强度的变化受有机黏结助剂和活化方式的不同而有所区别。这是由于有机黏结助剂的热分解温度和成炭过程不同导致的。羧甲基纤维素钠不耐高温，活过过程过高的温度使其分解而使强度降低；酚醛树脂和沥青在较高的活化温度下，仍可部分保留且可与活化气体反应成为活性炭的一部分，增强了活性炭的吸附性能。此外高温活化促进活性炭与无机黏结剂形成类似炭陶的结构，也是强度变化的原因。由于高温活化是对废粉状活性炭的二次活化，因此高温活化更适合在焙烧处理后活性炭吸附性能较差的情况下使用。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
Claims (8)
1.一种脱色用废粉状活性炭成型与再生的产品，其特征在于，原料按质量份计，组成为：
所述的无机黏结剂为粘土类矿物；所制活性炭产品形状为柱状或者球形，耐磨强度大于95％，四氯化碳吸附率大于40％，着火点大于350℃。
2.根据权利要求1所述的一种脱色用废粉状活性炭成型与再生的产品，其特征在于，所述的脱色用废粉炭碘吸附值大于500mg/g。
3.根据权利要求1所述的一种脱色用废粉状活性炭成型与再生的产品，其特征在于，所述的无机黏结剂包括高岭土、活性白土、凹凸棒土中的任意一种或几种的粉末混合物。
4.根据权利要求1所述的一种脱色用废粉状活性炭成型与再生的产品，其特征在于，所述的有机黏结助剂为沥青、酚醛树脂、纤维素醚的任意一种或几种的混合料，混合料包括固体粉末混合料或混合料溶液。
5.制备权利要求1～4任一所述的一种脱色用废粉状活性炭成型与再生的产品的方法，其特征在于，以脱色用废粉炭为原料，将原料、无机黏结剂和有机黏结助剂按照比例复配，成型造粒制成颗粒，将颗粒缓慢烘干后，置于高温炉中焙烧，焙烧结束后，视产品性能好坏选择是否进行活化，所有步骤完成后，将产品取出筛分，即得成品活性炭。
6.权利要求5所述的所述的方法，其特征在于，所述的成型造粒的方式包括圆盘造粒、挤出成条、挤出滚圆。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，焙烧温度为400～700℃，焙烧时间为0.5～2h。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，活化温度为800～1000℃，活化气体为水蒸气、二氧化碳、烟道气中的一种或几种的混合气。
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