CN117046463A - 一种改性活性炭催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种改性活性炭催化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种改性活性炭催化剂及其制备方法,属于活性炭催化剂技术领域。所述改性活性炭催化剂的制备方法包含:原料制粉、钛酸四异丙酯喷洒、加入粘结剂捏合、制粒、炭化、活化及成品封装;所述的炭化是在含体积比为85~90:1~3:7~14的氮气、氧气及水蒸气的炭化炉中600~700℃炭化6~8h。本发明所提供的改性活性炭催化剂的制备方法使钛酸四异丙酯在受热分解后可在活性炭的微孔壁上形成一层致密纯净的二氧化钛薄膜,该膜比使用浸渍法水解所形成的膜更加坚固耐磨,可最大程度上减少污水处理过程中催化剂的损耗,提高了催化效率;并且可以较为精确地控制钛的有效含量,可使钛的利用率最大化,实现二氧化钛负载的含量控制。

Description

一种改性活性炭催化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于活性炭催化剂技术领域,涉及一种改性活性炭催化剂及其制备方法。
背景技术
活性炭具有微晶结构,微晶排列完全不规则,晶体中有微孔、过渡孔、大孔,使它具有很大的内表面积,比表面积为500~1700m2/g。这决定了活性炭具有良好的吸附性,可以用于吸附废水和废气中的金属离子、有害气体、有机污染物及色素等。工业上应用活性炭还要求机械强度大、耐磨性能好,它的结构力求稳定,吸附所需能量小,以有利于再生。活性炭用于油脂、饮料、食品、饮用水的脱色、脱味,气体分离、溶剂回收和空气调节,用作催化剂载体和防毒面具的吸附剂。催化剂活性炭孔隙发达,比表面积大,尤其以微中孔容积大而独具优点。现有在椰壳活性炭的碘值是900以上的基础上,将椰壳活性炭作为催化剂。而改性活性炭催化剂的碘值可达到1150以上。这种活性炭催化剂所具有的毛细管具有很强的吸附能力,由于炭粒的表面积很大,所以能与气体(杂质)充分接触。当这些气体(杂质)碰到毛细管被吸附,起净化作用。活性炭催化剂广泛应用于高纯度气体、液体、石化行业中作为催化剂载体,也可以用于石化行业脱硫、脱臭等应用。
现有普通的空气净化炭与净水炭当吸附了一定量的有机污染物后活性炭孔隙就达到饱合不能继续吸附,要达到净化效果就必须更换活性炭;有尝试使用钌系等稀有贵金属作活性炭载体催化剂,但价格昂贵,工业净化成本太高以至不能工业化应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性活性炭催化剂及其制备方法,具有坚固耐磨、催化效率高、可以控制钛的有效含量的特点。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种改性活性炭催化剂及其制备方法,包含以下步骤:
(1)将果壳研磨成粉作为基材粉末;
(2)将钛酸四异丙酯水溶液均匀喷洒在基材粉末表面,再加入粘结剂捏合、制粒,作为前体颗粒;
(3)将前体颗粒置于炭化炉进行炭化处理;
(4)将炭化处理后的前体颗粒进行活化处理;
(5)活化完成后冷却至室温,得到改性活性炭催化剂,封装;
步骤(3)所述的炭化是在含体积比为85~90:1~3:7~14的氮气、氧气及水蒸气的炭化炉中600~700℃炭化6~8h。
作为本发明的一种优选技术方案,步骤(1)所述的果壳为椰壳、杏壳、核杏壳及花生壳中的至少一种。
作为本发明的一种优选技术方案,步骤(1)所述的基材粉末的粒径为800~1000目。
作为本发明的一种优选技术方案,步骤(2)所述的钛酸四异丙酯水溶液中钛酸四异丙酯的质量浓度为20~30%。
作为本发明的一种优选技术方案,步骤(2)所述的粘结剂为等质量比的羧甲基纤维素钠及硅酸钠。
作为本发明的一种优选技术方案,步骤(2)所述的基材粉末、钛酸四异丙酯水溶液、粘结剂的质量比为600~1000:150~200:30~50。
作为本发明的一种优选技术方案,步骤(2)所述的前体颗粒为1~5g/粒。
作为本发明的一种优选技术方案,步骤(4)所述的活化是指使用空气活化法在800~1000℃的条件下活化3~5h。
一种上述的制备方法所制备得到的改性活性炭催化剂。
本发明的有益效果:
(1)本发明所提供的改性活性炭催化剂的制备方法可诱导钛酸四异丙酯在受热分解后可在活性炭的微孔壁上形成一层致密纯净的二氧化钛薄膜,该膜比使用浸渍法水解所形成的膜更加坚固耐磨,可最大程度上减少污水处理过程中催化剂的损耗,提高了催化效率,降低了使用成本。
(2)本发明所提供的改性活性炭催化剂的配方及其制备工艺可以较为精确地控制钛的有效含量,可使钛的利用率最大化,即绝大部分钛以二氧化钛薄膜的形态分布在活性炭的微孔中,而活性炭中没有微孔的地方几乎不含有或仅含有少量钛,从而实现二氧化钛负载的含量控制。
(3)本发明采用活性炭作为载体负载钛系催化剂,利用活性炭的吸附性能对水中的低浓度有机污染物进行快速吸附,达到污染物在活性炭载体上的富集,从而加速催化反应速度,同时催化生成的微量中间副产物可以被活性炭吸附在微孔中从而难以扩散到水中,使之继续在催化剂表面进行反应,直至完全转化为无害的二氧化碳、水和简单的无机物,使活性炭不断原位再生,无二次污染。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合实施例,对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效,详细说明如下。
实施例1
一种改性活性炭催化剂的制备方法,包含以下步骤:
(1)将100g椰壳研磨至800目作为基材粉末;
(2)将质量浓度为20%的钛酸四异丙酯水溶液均匀喷洒在基材粉末表面,再加入粘结剂捏合、以2g/粒制粒,作为前体颗粒;其中基材粉末、钛酸四异丙酯水溶液、粘结剂的质量比为600:150:30,粘结剂为等质量比的羧甲基纤维素钠及硅酸钠;
(3)将前体颗粒置于炭化炉进行炭化处理,炭化的条件是在含体积比为85:1:14的氮气、氧气及水蒸气的炭化炉中600℃炭化8h;
(4)将炭化处理后的前体颗粒进行活化处理,使用空气活化法在800℃的条件下活化5h;
(5)活化完成后冷却至室温,得到改性活性炭催化剂,封装。
实施例2
一种改性活性炭催化剂的制备方法,包含以下步骤:
(1)将100g花生壳研磨至900目作为基材粉末;
(2)将质量浓度为25%的钛酸四异丙酯水溶液均匀喷洒在基材粉末表面,再加入粘结剂捏合、以3g/粒制粒,作为前体颗粒;其中基材粉末、钛酸四异丙酯水溶液、粘结剂的质量比为800:170:40,粘结剂为等质量比的羧甲基纤维素钠及硅酸钠;
(3)将前体颗粒置于炭化炉进行炭化处理,炭化的条件是在含体积比为87:2:11的氮气、氧气及水蒸气的炭化炉中650℃炭化7h;
(4)将炭化处理后的前体颗粒进行活化处理,使用空气活化法在900℃的条件下活化4h;
(5)活化完成后冷却至室温,得到改性活性炭催化剂,封装。
实施例3
一种改性活性炭催化剂的制备方法,包含以下步骤:
(1)将100g核杏壳研磨至1000目作为基材粉末;
(2)将质量浓度为30%的钛酸四异丙酯水溶液均匀喷洒在基材粉末表面,再加入粘结剂捏合、以5g/粒制粒,作为前体颗粒;其中基材粉末、钛酸四异丙酯水溶液、粘结剂的质量比为1000:200:50,粘结剂为等质量比的羧甲基纤维素钠及硅酸钠;
(3)将前体颗粒置于炭化炉进行炭化处理,炭化的条件是在含体积比为90:3:7的氮气、氧气及水蒸气的炭化炉中700℃炭化6h;
(4)将炭化处理后的前体颗粒进行活化处理,使用空气活化法在1000℃的条件下活化3h;
(5)活化完成后冷却至室温,得到改性活性炭催化剂,封装。
对比例1
一种改性活性炭催化剂的制备方法,包含以下步骤:
(1)将100g核杏壳研磨至1000目作为基材粉末;
(2)基材粉末加入粘结剂捏合、以5g/粒制粒,作为前体颗粒;其中基材粉末、粘结剂的质量比为1000:50,粘结剂为等质量比的羧甲基纤维素钠及硅酸钠;
(3)将前体颗粒置于炭化炉进行炭化处理,炭化的条件是在含体积比为90:3:7的氮气、氧气及水蒸气的炭化炉中700℃炭化6h;
(4)将炭化处理后的前体颗粒进行活化处理,使用空气活化法在1000℃的条件下活化3h;
(5)活化完成后冷却至室温,得到改性活性炭催化剂,封装。
对比例2
一种改性活性炭催化剂的制备方法,包含以下步骤:
(1)将100g核杏壳研磨至1000目作为基材粉末;
(2)将钛酸四异丙酯与基材粉末混合,再加入粘结剂捏合、以5g/粒制粒,作为前体颗粒;其中基材粉末、钛酸四异丙酯、粘结剂的质量比为1000:60:50,粘结剂为等质量比的羧甲基纤维素钠及硅酸钠;
(3)将前体颗粒置于炭化炉进行炭化处理,炭化的条件是在含体积比为90:3:7的氮气、氧气及水蒸气的炭化炉中700℃炭化6h;
(4)将炭化处理后的前体颗粒进行活化处理,使用空气活化法在1000℃的条件下活化3h;
(5)活化完成后冷却至室温,得到改性活性炭催化剂,封装。
对比例3
一种改性活性炭催化剂的制备方法,包含以下步骤:
(1)将100g核杏壳研磨至1000目作为基材粉末;
(2)将质量浓度为30%的钛酸四异丙酯水溶液均匀喷洒在基材粉末表面,再加入粘结剂捏合、以5g/粒制粒,作为前体颗粒;其中基材粉末、钛酸四异丙酯水溶液、粘结剂的质量比为1000:200:50,粘结剂为等质量比的羧甲基纤维素钠及硅酸钠;
(3)将前体颗粒置于炭化炉进行炭化处理,炭化的条件是在充满氮气的炭化炉中700℃炭化6h;
(4)将炭化处理后的前体颗粒进行活化处理,使用空气活化法在1000℃的条件下活化3h;
(5)活化完成后冷却至室温,得到改性活性炭催化剂,封装。
对比例4
一种改性活性炭催化剂的制备方法,包含以下步骤:
(1)将100g核杏壳研磨至1000目作为基材粉末;
(2)将钛酸四异丙酯与基材粉末混合,再加入粘结剂捏合、以5g/粒制粒,作为前体颗粒;其中基材粉末、钛酸四异丙酯、粘结剂的质量比为1000:60:50,粘结剂为等质量比的羧甲基纤维素钠及硅酸钠;
(3)将前体颗粒置于炭化炉进行炭化处理,炭化的条件是在充满氮气的炭化炉中700℃炭化6h;
(4)将炭化处理后的前体颗粒进行活化处理,使用空气活化法在1000℃的条件下活化3h;
(5)活化完成后冷却至室温,得到改性活性炭催化剂,封装。
对比例5
一种改性活性炭催化剂的制备方法,包含以下步骤:
(1)将100g核杏壳研磨至1000目作为基材粉末;
(2)基材粉末加入粘结剂捏合、以5g/粒制粒,作为前体颗粒;其中基材粉末、粘结剂的质量比为1000:50,粘结剂为等质量比的羧甲基纤维素钠及硅酸钠;
(3)将前体颗粒置于炭化炉进行炭化处理,炭化的条件是在充满氮气的炭化炉中700℃炭化6h;
(4)将炭化处理后的前体颗粒进行活化处理,使用空气活化法在1000℃的条件下活化3h;
(5)活化完成后冷却至室温,得到改性活性炭催化剂,封装。
性能测试
根据GB/T12496.10-1999对实施例1~3及对比例1~5所得产物进行亚甲基蓝吸附值进行测试;根据GB/T12496.8-2015对实施例1~3及对比例1~5所得产物进行碘吸附值测试;根据GB/T12496.1-1999对实施例1~3及对比例1~5所得产物进行表观密度测试;根据GB/T12496.6-1999对实施例1~3及对比例1~5所得产物进行强度测试;对实施例1~3及对比例1~5所得产物进行载钛量测试。结果记录如下表1~3所示。
结合表1、表2及表3可以看出,对比例2~4的载钛量与实施例3的载钛量相接近,但对比例2~4的亚甲基蓝吸附值、碘吸附值、表观密度及强度的测试结果均不如实施例3的测试结果,可能的原因是对比例2~4钛的有效含量比实施例3钛的有效含量低。
表1亚甲基蓝吸附值(mg /g)、碘吸附值(mg /g)测试结果
表2表观密度(g/ml)、强度(%)测试结果
各实施例及对比例均在不添加钛酸四异丙酯的情况下各生产10份活性炭催化剂产品,准确称量,计算各份产品的平均值,作为标准值;然后再按照各实施例及对比例的操作各生产10份改性活性炭催化剂产品,准确称量并计算各份产品的平均值,作为实验值。按照如下方法计算载钛量:(实验值-标准值)÷实验值×100%=载钛量。(若实验值与标准值的差值的绝对值小于等于1g,则载钛量按0%计算)
表3载钛量测试结果(%)
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭示如上,然而并非用以限定本发明,任何本领域技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种改性活性炭催化剂的制备方法,其特征在于,包含以下步骤:
(1)将果壳研磨成粉作为基材粉末;
(2)将钛酸四异丙酯水溶液均匀喷洒在基材粉末表面,再加入粘结剂捏合、制粒,作为前体颗粒;
(3)将前体颗粒置于炭化炉进行炭化处理;
(4)将炭化处理后的前体颗粒进行活化处理;
(5)活化完成后冷却至室温,得到改性活性炭催化剂,封装;
步骤(3)所述的炭化的条件是在含体积比为85~90:1~3:7~14的氮气、氧气及水蒸气的炭化炉中600~700℃炭化6~8h。
2.根据权利要求1所述的一种改性活性炭催化剂的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述的果壳为椰壳、杏壳、核杏壳及花生壳中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种改性活性炭催化剂的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述的基材粉末的粒径为800~1000目。
4.根据权利要求1所述的一种改性活性炭催化剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述的钛酸四异丙酯水溶液中钛酸四异丙酯的质量浓度为20~30%。
5.根据权利要求1所述的一种改性活性炭催化剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述的粘结剂为等质量比的羧甲基纤维素钠及硅酸钠。
6.根据权利要求1所述的一种改性活性炭催化剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述的基材粉末、钛酸四异丙酯水溶液、粘结剂的质量比为600~1000:150~200:30~50。
7.根据权利要求1所述的一种改性活性炭催化剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述的前体颗粒大小为1~5g/粒。
8.根据权利要求1所述的一种改性活性炭催化剂的制备方法,其特征在于,步骤(4)所述的活化是指使用空气活化法在800~1000℃的条件下活化3~5h。
9.一种根据权利要求1~8任一项所述的制备方法所制备得到的改性活性炭催化剂。
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