CN115815298A - 一种废弃物高效制备炭材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种废弃物高效制备炭材料的方法，该废弃物主要为多层复合包装材料，其典型组成为塑料、纸和铝箔，但制备过程不受其组成比例限制，利用一种新的制备方法，即先通过破碎，然后经过单螺杆挤出加工将废弃物预处理，该单螺杆具有除水干燥、预定型和预氧化的作用，再将预处理的样品置于连续炭化炉通过将其制备成炭材料，最后利用浮选法将炭材料与铝膜分离。采用该方法可高效分离铝膜，炭化效率优异，制备过程环保，绿色节能，工艺简单，可实现难回收废弃复合包装物高效回收利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种废弃物高效制备炭材料的方法，属于炭材料类制备技术领域。
背景技术
多层复合包装物,例如利乐包、纸塑膜，在日常生活中获得了广泛应用。但使用后的多层复合包装物由于组成复杂，难以分离，造成了大量的废弃，通常只能采用焚烧、填埋的手段处理，造成了环境的污染和资源的浪费。多层复合包装各层是通过高频热压复合而成，层与层之间结合十分紧密，难以分离。虽然可以使用水力碎浆设备将纸回收，但塑料和铝依然难以分离，且容易造成大量费水费渣的排放；木塑复合可以回收多层复合材料，但产品性能较差，附加值低。因此，废弃多层复合包装物的高值化利用一直是行业的难点和痛点。
炭材料具有特殊的微晶结构、发达的微细孔、较高的比表面积、有较稳定的化学性质、易再生和较强的吸附能力等特征，尤其利用废弃物进行炭化可以做到达到“以废治废”的目的。传统制备炭材料是直接通过炭化炉在一定温度下炭化获得的，且主要以木材、锯末、椰子壳、橄榄壳、棕榈壳、竹子、秸秆等生物质为原料。但这种炭化方式具有炭化效率不高，原料成本高，不利于炭材料的后续利用等问题。因此，探索一种新型的炭化方式以提高炭化产率日趋成为科学界和产业界探索的核心课题。
以废弃物制备炭材料，因其“以废治废”,环境污染较小并且成本相对较低的特点而广泛引用于石化，电力和环保等各个领域。预热制备的炭材料具有更高的比表面积、孔隙率更大，炭化效率更高。例如，CN201721908936.X在2018年公开了一种高效预热型碳化炉，通过发明了一种新型的碳化炉对炭材料进行预热，可以更加高效的对材料进行预热，使材料炭化率更高的同时也对碳化炉的后续处理进行简化。Nakorn Worasuwannarak等人（Carbon, 2003, 41: 933-944）报道了220-270℃氧化预处理对酚醛树脂纤维碳化和活化行为的影响，碳化纤维的产率随着氧化的程度而增加。另一方面，发现低温预氧化不会影响碳化纤维的化学和物理性能。氧化纤维制备的活性炭纤维的最大产率是未处理纤维制备的活性炭纤维的1.13倍。但废弃多层复合包装材料高效连续制备炭材料还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种难回收废弃包装物制备炭材料的新型制备方法，该废弃物主要为多层复合包装材料，其典型组成为塑料、纸和铝箔，但制备过程不受三者比例限制，利用一种新的制备方法，即先通过破碎，然后经过单螺杆挤出加工将废弃物预处理，该单螺杆具有除水干燥、预定型和预氧化的作用，再将预处理的样品置于连续炭化炉通过将其制备成炭材料，最后利用浮选法将炭材料与铝膜分离。采用该方法制备的炭材料具有良好的具有更高的比表面积、孔隙率和炭化效率，碳化时间大大缩短，炭材料与铝膜分离程度高，且制备过程环保，工艺简单，可应用于石化、环境、电力、黄金提取等领域。
为实现上述目的，本发明提供一种废弃物制备炭材料的新型方法，其特征在于，原料由纸、塑、铝三种材质组成的废弃多层复合包装物，且不受纸、塑、铝比例限制；或者原料——废弃复合包装物为废弃铝塑多层包装材料，其塑、铝2种材质组成，且不受塑、铝比例限制：
一种废弃物高效制备炭材料的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
1、破碎：将废弃复合包装物破碎成直径3-5 cm尺寸；
2、单螺杆挤出：将破碎好的废弃复合包装物通过螺纹输送装置输送进入单螺杆挤出机，该单螺杆具有除水干燥、预定型和预氧化的作用，螺杆温度设置在200-260 ℃，物料停留时间为2-3 min；
3、炭化：将上述单螺杆挤出的物料输送至连续炭化炉，炭化炉温度设置在550-650℃，碳化时间12-15 min；
4、炭材料与铝膜分离：将上述炭化后的物料经过水浮选池，下层为铝膜，上层为炭材料，获得分离彻底炭材料和铝膜。
所述的废弃复合包装物为废弃利乐包，为纸塑铝多层复合包装物，其纸、塑、铝三种材质组成的比例分别为75wt%、20wt%、5wt%；或者废弃复合包装物为废弃铝塑多层包装材料，其塑、铝2种材质组成的比例分别为95%、5wt%。
本发明有益效果：本发明利用废弃物高效制备炭材料，该废弃物主要为多层复合包装材料，其典型组成为塑料、纸和铝箔，但制备过程不受三者比例限制，利用一种新的制备方法，即先通过破碎，然后经过单螺杆挤出加工将废弃物预处理，该单螺杆具有除水干燥、预定型和预氧化的作用，再将预处理的样品置于连续炭化炉通过将其制备成炭材料，最后利用浮选法将炭材料与铝膜分离。采用该方法制备的炭材料具有良好的具有更高的比表面积、孔隙率和炭化效率，碳化时间大大缩短，炭材料与铝膜分离程度高，且制备过程环保，工艺简单，可应用于石化、环境、电力、黄金提取等领域。采用本发明的方法制备的炭材料具有良好的具有更高的炭化效率、比表面积，炭材料与铝膜分离程度高，且制备过程环保，工艺简单，可应用于石化、环境、电力、黄金提取等领域。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明作更详细说明或描述，而不是对本发明进行限制。
实施例1
原料为废弃利乐包，典型的纸塑铝多层复合包装物，其纸、塑、铝三种材质组成的比例分别为75wt%、20wt%、5wt%。
制备步骤如下：
1、破碎：将废弃利乐包破碎成直径5 cm尺寸；
2、单螺杆挤出：将破碎好的废弃利乐包通过螺纹输送装置输送进入单螺杆挤出机，螺杆温度设置在200 ℃，物料停留时间为2 min；
3、炭化：将上述单螺杆挤出的物料输送至连续炭化炉（北工机械，BST-10），连续炭化炉温度设置在600℃，碳化时间13 min；
4、炭材料与铝膜分离：将上述炭化后的物料经过水浮选池，下层为铝膜，上层为炭材料，获得分离彻底的炭材料和铝膜。其炭化材料分析测试结果如表1所示，碳氢元素比为39.63 wt%，烧失率45.61wt%,均高于对比例1的数值，表明实施例的炭化效率要明显优于常规方法。
对比例1
原料与实施例1一致
制备步骤如下：
1、破碎：将废弃利乐包破碎成直径5 cm尺寸；
2、干燥：将破碎好的废弃利乐包在120℃干燥2 h；
3、炭化：将上述单螺杆挤出的物料输送至连续炭化炉，炭化炉温度设置在600℃，碳化时间13 min；
4、炭材料与铝膜分离：将上述炭化后的物料经过水浮选池，下层为铝膜，上层为炭材料，获得分离彻底的炭材料和铝膜。其炭化材料分析测试结果如表1所示。
实施例2
原料为废弃铝塑多层包装材料，其塑、铝两种材质组成的比例分别为95%、5wt%。
制备步骤如下：
1、破碎：将废弃铝塑多层包装材料破碎成直径3 cm尺寸；
2、单螺杆挤出：将破碎好的废弃铝塑多层包装材料通过螺纹输送装置输送进入单螺杆挤出机，螺杆温度设置在260 ℃，物料停留时间为3 min；
3、炭化：将上述单螺杆挤出的物料输送至连续炭化炉，炭化炉温度设置在650℃，碳化时间14 min；
4、炭材料与铝膜分离：将上述炭化后的物料经过水浮选池，下层为铝膜，上层为炭材料，获得分离彻底的炭材料和铝膜。其炭化材料分析测试结果如表1所示，碳氢元素比为38.58 wt%，烧失率44.52wt%,均高于对比例2的数值，表明实施例的炭化效率要明显优于常规方法。
对比例2
原料与实施例2一致。
制备步骤如下：
1、破碎：将废弃铝塑多层包装材料破碎成直径3 cm尺寸；
2、干燥：将破碎好的废弃铝塑多层包装材料在120℃干燥2 h；
3、炭化：将上述单螺杆挤出的物料输送至连续炭化炉，炭化炉温度设置在650℃，碳化时间14 min；
4、炭材料与铝膜分离：将上述炭化后的物料经过水浮选池，下层为铝膜，上层为炭材料，获得分离彻底的炭材料和铝膜。其炭化材料分析测试结果如表1所示。
表1 炭材料测试分析结果
| 实施例1 | 对比例1 | 实施例2 | 对比例2 | |
| 碳氢比（wt%） | 39.63 | 36.30 | 38.58 | 35.35 |
| 烧失率（wt%） | 45.61 | 40.45 | 44.52 | 38.54 |
本发明所述的碳氢比：采用元素分析法获得;烧失率：炭化后损失的质量与炭化前的质量的百分比。
Claims (2)
1.一种废弃物高效制备炭材料的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
1、破碎：将废弃复合包装物破碎成直径3-5 cm尺寸；
2、单螺杆挤出：将步骤1破碎好的废弃复合包装物通过螺纹输送装置输送进入单螺杆挤出机，该单螺杆具有除水干燥、预定型和预氧化的作用，螺杆温度设置在200-260 ℃，物料停留时间为2-3 min；
3、炭化：将经过步骤2单螺杆挤出的物料输送至连续炭化炉，连续炭化炉温度设置在550-650℃，碳化时间12-15 min；
4、炭材料与铝膜分离：将经过步骤2连续炭化炉炭化后的物料经过水浮选池，下层为铝膜，上层为炭材料，获得分离彻底得炭材料和铝膜。
2.根据权利要求1所述的一种废弃物高效制备炭材料的制备方法，其特征在于，废弃复合包装物为废弃利乐包，为纸塑铝多层复合包装物，其纸、塑、铝三种材质组成的比例分别为75wt%、20wt%、5wt%；或者废弃复合包装物为废弃铝塑多层包装材料，其塑、铝2种材质组成的比例分别为95%、5wt%。
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