CN117623303A - 一种纤维素基球形活性炭及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种纤维素基球形活性炭及其制备方法，涉及活性炭的生产制备技术领域。一种纤维素基球形活性炭，以纤维素材料为原料直接成型制备得到球形活性炭，其比表面积为1500‑2700m2/g，直径为0.9‑4.5mm。其制备方法包括，将纤维素材料依次经过预处理、固化、除杂、交联固化、预碳化和碳化处理，得到所述的纤维素基球形活性炭；所述纤维素材料为天然和/或人工纤维素制品,包括棉浆粕、木浆粕或旧纸张中的一种或多种；所述纤维素材料的纤维素含量在90％及以上；所述预处理和所述固化过程的总时长小于等于2h。本发明提供的纤维素基球形活性炭，具有优良的吸附活性和较强的耐磨强度，其制备方法原料廉价易得，过程简单可控，无需粘合剂，对环境友好，利于规模推广。
Description
技术领域
本发明属于活性炭的生产制备技术领域，尤其涉及一种纤维素基球形活性炭及其制备方法。
背景技术
活性炭移动床和流化床吸附器因设备小巧、吸附剂利用效率高而存在典型的技术优势，但使用过程中，吸附剂移动过程中的磨损粉化问题成为限制此类设备推广的关键因素。
为解决此问题，颗粒活性炭可加工为球形，相比常规的柱状颗粒，球形颗粒碳提高流动性，降低磨损。但因为颗粒活性炭制备过程需通过焦油、沥青等粘合剂粘合成型，所以磨损粉化问题无法彻底避免。近些年推出的树脂碳由树脂类材料(酚醛树脂、密胺树脂、沥青等)直接成型、碳化、活化制备而来，由于没有了粘合剂粘合过程，因而树脂碳的强度得到极大改善。但树脂碳的原料来源为不可再生的石化产品，环保性差，生产成本高，不适宜大规模推广。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纤维素基球形活性炭及其制备方法，以解决上述问题。
为实现以上目的，本发明特采用以下技术方案：
本发明提供一种纤维素基球形活性炭，以纤维素材料为原料直接成型制备得到球形活性炭；
优选地，所述纤维素基球形活性炭的比表面积为1500-2700m2/g；
优选地，所述纤维素基球形活性炭的直径为0.9-4.5mm。
本发明还提供一种所述的纤维素基球形活性炭的制备方法，包括，将纤维素材料依次经过预处理、固化、除杂、交联固化、预碳化和碳化处理，得到所述的纤维素基球形活性炭；
所述纤维素材料为天然和/或人工纤维素制品,包括棉浆粕、木浆粕或旧纸张中的一种或多种；
优选地，所述纤维素材料的纤维素含量在90％及以上；
优选地，所述预处理和所述固化过程的总时长小于等于2h。
可选的，所述预处理包括：
将所述纤维素材料加水破碎，经筛分并去除水分，然后与N-甲基吗啉-N-氧化物共混于水中，再依次经过搅拌、加热和抽真空脱水处理。
可选的，所述筛分包括采用5-10目筛网筛分，并取筛下物；
优选地，所述去除水分的方式包括离心和/或压滤；
优选地，所述去除水分后的纤维素材料的含水率小于60％；
优选地，所述去除水分后的纤维素材料与所述N-甲基吗啉-N-氧化物的质量比为1:3-10，所述N-甲基吗啉-N-氧化物与水的质量比为1:0.5-3；
优选地，所述加热的目标温度为80-97℃；
优选地，所述抽真空脱水的终点为体系内平衡真空度达到-0.095Mpa及以下；
优选地，所述共混、搅拌、加热和抽真空脱水处理在真空加热反应釜内进行。
可选的，所述固化包括：
将经过所述预处理的纤维素材料通过孔洞滴入凝固浴溶液中，持续搅拌至完全硬化，得到纤维素球；
所述凝固浴溶液为N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液；
优选地，所述孔洞的直径为1-4mm；
优选地，所述N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液中N-甲基吗啉-N-氧化物的质量浓度为2％-13％，溶液温度为10-25℃；
优选地，所述纤维素球的直径为1-5mm。
可选的，所述除杂包括洗涤所述固化产物，至所述N-甲基吗啉-N-氧化物的残留率为0-0.5％；
优选地，所述洗涤的温度为60-100℃；
优选地，所述洗涤可重复进行多次。
可选的，所述交联固化包括：使用交联试剂的NaHCO3溶液浸泡所述除杂得到的产物，之后取出并干燥至恒重；
所述交联试剂包括戊二醛、甲醛或环氧氯丙烷中的一种或多种；
优选地，所述NaHCO3的浓度为0.2％-1％，所述交联试剂的浓度为0.2％-2％；
优选地，所述交联试剂的NaHCO3溶液的温度为40-60℃；
优选地，所述浸泡的时间为10-24h。
可选的，所述预碳化包括：
将所述交联固化处理后的产物进行第一浸渍，浸渍时长不小于0.5h，并维持间歇搅拌；取出干燥，随后按照3-10℃/m11的速率升温至180-270℃；
优选地，所述第一浸渍采用的浸渍剂包括磷酸氢二铵、磷酸或磷酸氢铵中的一种或多种；
优选地，所述浸渍剂的质量浓度为2％-10％；
优选地，所述预碳化在空气气氛中进行。
可选的，所述碳化包括：
将进行所述预碳化后的产物进行第二浸渍，随后沥干水分并进行干燥，然后以5-10℃/m11的速率升温至380-540℃；
优选地，所述第二浸渍在磷酸溶液中进行；
优选地，所述磷酸溶液的浓度为20％-45％；
优选地，所述碳化在惰性气氛下进行。
可选的，所述纤维素基球形活性炭的制备方法还包括后处理；
所述后处理包括将所述碳化得到的产物进行水洗和干燥，得到所述的纤维素基球形活性炭；
优选地，所述水洗的终点为pH值为4-7。
本发明的有益效果：
本发明提供的纤维素基球形活性炭，首先具有较大的比表面积，较强的吸附活性，其次，其球形外型使得其在使用过程中具有更强的耐磨性能，更小的磨损，实验验证，其耐磨强度可达到99％及以上，适用于多种应用场景，且更加耐用，同时，其以纤维素材料为原料制备而得，成本低，对环境更友好。
本发明提供的纤维素基球形活性炭的制备方法，以廉价易得且可再生的纤维素材料为原料，在不使用粘合剂的前提下，将纤维素材料溶解后直接成型，制备得到球形活性炭，其生产过程中所使用的试剂基本可实现循环利用，相较于现有技术，本发明提供的方法具有生产成本更低、环保性更好、所制得的活性炭颗粒强度更强的特点，并且，整个制备过程能耗低，操作简单安全，十分利于工业扩大化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1制得的纤维素基球形活性炭的外观图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先，对本发明进行整体性解释，具体如下：
本发明提供一种纤维素基球形活性炭，以纤维素材料为原料直接成型制备得到球形活性炭；
优选地，所述纤维素基球形活性炭的比表面积为1500-2700m2/g；
优选地，所述纤维素基球形活性炭的直径为0.9-4.5mm。
可选的，所述纤维素基球形活性炭的比表面积可以为1500m2/g、1600m2/g、1700m2/g、1800m2/g、1900m2/g、2000m2/g、2100m2/g、2200m2/g、2300m2/g、2400m2/g、2500m2/g、2600m2/g以及2700m2/g之间的任意值；
可选的，所述纤维素基球形活性炭的直径可以为0.9mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm以及4.5mm之间的任意值。
本发明还提供一种所述的纤维素基球形活性炭的制备方法，包括，将纤维素材料依次经过预处理、固化、除杂、交联固化、预碳化和碳化处理，得到所述的纤维素基球形活性炭；
所述纤维素材料为天然和/或人工纤维素制品,包括棉浆粕、木浆粕或旧纸张中的一种或多种；
优选地，所述纤维素材料的纤维素含量在90％及以上；
优选地，所述预处理和所述固化过程的总时长小于等于2h。
可选的，所述纤维素材料的纤维素含量可以为90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％以及100％之间的任意值；
可选的，所述预处理和所述固化过程的总时长可以为0.1h、0.5h、1h、1.5h以及2h之间的任意值。
在一个可选的实施方式中，所述预处理包括：
将所述纤维素材料加水破碎，经筛分并去除水分，然后与N-甲基吗啉-N-氧化物共混于水中，再依次经过搅拌、加热和抽真空脱水处理。
在一个可选的实施方式中，所述筛分包括采用5-10目筛网筛分，并取筛下物；
可选的，所述筛网的目数可以为5目、6目、7目、8目、9目以及10目之间的任意值；
优选地，所述去除水分的方式包括离心和/或压滤；
优选地，所述去除水分后的纤维素材料的含水率小于60％；
优选地，所述去除水分后的纤维素材料与所述N-甲基吗啉-N-氧化物的质量比为1:3-10，所述N-甲基吗啉-N-氧化物与水的质量比为1:0.5-3；
优选地，所述去除水分后的纤维素材料与所述N-甲基吗啉-N-氧化物的质量比可以为1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9以及1:10之间的任意值，所述N-甲基吗啉-N-氧化物与水的质量比可以为1:0.5、1:1、1:1.5、1:2、1:2.5以及1:3之间的任意值；
优选地，所述加热的目标温度为80-97℃；
可选的，所述加热的目标温度可以为80℃、81℃、82℃、83℃、84℃、85℃、86℃、87℃、88℃、89℃、90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃以及97℃之间的任意值；
优选地，所述抽真空脱水的终点为体系内平衡真空度达到-0.095Mpa及以下；
优选地，所述共混、搅拌、加热和抽真空脱水处理在真空加热反应釜内进行。
在一个可选的实施方式中，所述固化包括：
将经过所述预处理的纤维素材料通过孔洞滴入凝固浴溶液中，持续搅拌至完全硬化，得到纤维素球；
所述凝固浴溶液为N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液；
优选地，所述孔洞的直径为1-4mm；
可选的，所述孔洞的直径可以为1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm以及4mm之间的任意值；
优选地，所述N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液中N-甲基吗啉-N-氧化物的质量浓度为2％-13％，溶液温度为10-25℃；
可选的，所述N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液中N-甲基吗啉-N-氧化物的质量浓度可以为2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％以及13％之间的任意值，溶液温度可以为10℃、12℃、15℃、18℃、20℃、22℃以及25℃之间的任意值；
优选地，所述纤维素球的直径为1-5mm。
可选的，所述纤维素球的直径可以为1mm、2mm、3mm、4mm以及5mm之间的任意值。
在一个可选的实施方式中，所述除杂包括洗涤所述固化产物，至所述N-甲基吗啉-N-氧化物的残留率为0-0.5％；
可选的，所述N-甲基吗啉-N-氧化物的残留率可以为0、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％以及0.5％之间的任意值；
优选地，所述洗涤的温度为60-100℃；
可选的，所述洗涤的温度可以为60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃以及100℃之间的任意值；
优选地，所述洗涤可重复进行多次。
在一个可选的实施方式中，所述交联固化包括：使用交联试剂的NaHCO3溶液浸泡所述除杂得到的产物，之后取出并干燥至恒重；
所述交联试剂包括戊二醛、甲醛或环氧氯丙烷中的一种或多种；
优选地，所述NaHCO3的浓度为0.2％-1％，所述交联试剂的浓度为0.2％-2％；
可选的，所述NaHCO3的浓度可以为0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％以及1％之间的任意值，所述交联试剂的浓度可以为0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1.0％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％以及2％之间的任意值；
优选地，所述交联试剂的NaHCO3溶液的温度为40-60℃；
可选的，所述交联试剂的NaHCO3溶液的温度可以为40℃、42℃、45℃、48℃、50℃、52℃、55℃、58℃以及60℃之间的任意值；
优选地，所述浸泡的时间为10-24h。
可选的，所述浸泡的时间可以为10h、12h、14h、16h、18h、20h、22h以及24h之间的任意值。
在一个可选的实施方式中，所述预碳化包括：
将所述交联固化处理后的产物进行第一浸渍，浸渍时长不小于0.5h，并维持间歇搅拌；取出干燥，随后按照3-10℃/m11的速率升温至180-270℃；
可选的，所述预碳化升温的速率可以为3℃/m11、4℃/m11、5℃/m11、6℃/m11、7℃/m11、8℃/m11、9℃/m11以及10℃/m11之间的任意值，目标温度可以为180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃以及270℃之间的任意值。
优选地，所述第一浸渍采用的浸渍剂包括磷酸氢二铵、磷酸或磷酸氢铵中的一种或多种；
优选地，所述浸渍剂的质量浓度为2％-10％；
可选的，所述浸渍剂的质量浓度可以为2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％以及10％之间的任意值；
优选地，所述预碳化在空气气氛中进行。
可选的，所述碳化包括：
将进行所述预碳化后的产物进行第二浸渍，随后沥干水分并进行干燥，然后以5-10℃/m11的速率升温至380-540℃；
可选的，所述碳化的升温速率可以为5℃/m11、6℃/m11、7℃/m11、8℃/m11、9℃/m11以及10℃/m11之间的任意值，目标温度可以为380℃、400℃、420℃、440℃、460℃、480℃、500℃、520℃以及540℃之间的任意值。
优选地，所述第二浸渍在磷酸溶液中进行；
优选地，所述磷酸溶液的浓度为20％-45％；
可选的，所述磷酸溶液的浓度可以为20％、25％、30％、35％、40％以及45％之间的任意值；
优选地，所述碳化在惰性气氛下进行。
在一个可选的实施方式中，所述纤维素基球形活性炭的制备方法还包括后处理；
所述后处理包括将所述碳化得到的产物进行水洗和干燥，得到所述的纤维素基球形活性炭；
优选地，所述水洗的终点为pH值为4-7。
可选的，所述水洗的终点pH值可以为4、4.5、5、5.5、6、6.5以及7之间的任意值。
将可再生的纤维素材料进行溶解、预处理，直接成型，不使用粘合剂，制备球形活性炭，存在很多技术难点需要攻克。首先，纤维素分子之间通过大量的氢键牢固结合，本身溶解难度较大，通过将纤维素黄酸化可改善其溶解能力，但黄酸化过程中伴随着H2S废气的大量排放，截止目前，NMMO是唯一获得商业化应用的纤维素溶剂，广泛应用于溶剂法纤维素纤维的生产过程，但由于考虑NMMO自身分解造成的成品白度降低问题，NMMO的使用过程较为复杂。其次，通常情况下纤维素材料分解会导致纤维素溶液粘度急剧变化，为避免发生此类状况，保证后续反应，纤维素材料的溶解和成型过程的耗时应严格控制，实验证明，本发明优选的在2小时之内完成溶解和成型，即预处理和固化，具备综合较优的效果，在该优选时间段内，结合其他相关的本发明所优选的实验参数，纤维素材料实现了完全溶解，并且固化成型效果较好。除了常规固化，由于纤维素材料的溶解过程中会有一定的分解，导致纤维素分子量降低，纤维素球容易破损，因此需要对纤维素球进行交联固化处理，其处理的试剂、浓度、用量和时间均有严格要求。
碳化过程是制备活性炭的常规过程，但本发明的特殊之处在于，纤维素在碳化过程中同时发生C1-C4脱水和C1-C6脱水，其中C1-C6脱水会最终形成气态焦油组分，从而降低碳得率。由于纤维素自身碳元素含量仅为44％左右，因而碳得率偏低，直接碳化所得的球形活性炭尺寸收缩率大，易开裂，结构疏松，同时强度偏低，因此采用磷酸及磷酸盐进行化学活化的方案。同时为了避免磷酸对纤维素溶解从而破坏纤维素球形貌，故引入预碳化过程。预碳化过程通过少量负载磷酸及磷酸盐，在较低温度下碳化，使得C1-C4脱水温度提前发生，一方面可有效提高产品得率，另一方面通过较低温度的预碳化，提高纤维素球耐受磷酸溶解的能力，在碳化过程中可实现更高的磷酸负载量，并提高最终球形活性炭的比表面积。
最终制得的球形活性炭外形规整，结构紧致，强度较高，实验验证，其耐磨强度可达到99％及以上，其球形外观和自身的无粘合特性可有效解决活性炭在移动床吸附器内流动过程中的磨损问题，而且其具有较大的比表面积，具备较强的吸附活性，是一种适合于多场景多用途广泛应用的新型活性炭。
实施例1
使用本发明提供的制备方法制备纤维素基球形活性炭。
S1：取适量棉浆粕加水破碎，经5目筛网筛分后取筛下物，然后通过离心的方式去除水分，至含水率为50％；
S2：在具有搅拌功能的真空加热反应釜内，将经过S1处理的棉浆粕与N-甲基吗啉-N-氧化物(以下简称NMMO)水溶液混合，控制物料比例为棉浆粕：NMMO＝1:3，NMMO:水＝1:0.5，开启搅拌，加热到85℃，抽真空脱水至平衡真空度达到-0.095Mpa；
S3：将S2所得棉浆粕溶液通过4mm的孔洞滴入温度为20℃、NMMO质量浓度为8％的NMMO水溶液，持续搅拌直至完全硬化，获得直径为4.7mm的纤维素球；
S4：使用80℃的水洗涤S3所得的纤维素球，至NMMO完全脱除；
S5：将S4洗涤后的纤维素球不经干燥直接浸泡在戊二醛的NaHCO3溶液中，其中NaHCO3浓度0.5％，戊二醛浓度1％，维持温度50℃，浸泡18h，之后取出干燥至恒重；
S6：使用质量浓度为5％的磷酸氢二铵溶液对S5处理后所得的纤维素球进行浸渍，之后取出烘干，然后在空气气氛中按照5℃/m11升温至200℃；
S7：将经过S6处理的纤维素球在浓度为35％的浓磷酸溶液中浸渍，随后沥干水分，烘干，在惰性气氛下按照5℃/m11升温至500℃；
S8：水洗S7制得的产物，至pH值为4后停止，然后烘干固体物，得到纤维素基球形活性炭。
所制得的纤维素基球形活性炭的外观图如图1所示，由图1可知，本发明提供的纤维素基球形活性炭的制备方法所制得的活性炭，其外观呈典型的球形状，外形规整，大小相近，结构紧致。
实施例2
使用本发明提供的制备方法制备纤维素基球形活性炭。
S1：取适量木浆粕加水破碎，经10目筛网筛分后取筛下物，然后通过压滤的方式去除水分，至含水率为20％；
S2：在具有搅拌功能的真空加热反应釜内，将经过S1处理的木浆粕与NMMO水溶液混合，控制物料比例为木浆粕：NMMO＝1:10，NMMO:水＝1:3，开启搅拌，加热到97℃，抽真空脱水至平衡真空度达到-0.095Mpa；
S3：将S2所得木浆粕溶液通过4mm的孔洞滴入温度为25℃、NMMO质量浓度为13％的NMMO水溶液，持续搅拌直至完全硬化，获得直径为4.7mm的纤维素球；
S4：使用100℃的水洗涤S3所得的纤维素球，至NMMO残留率为0.1％；
S5：将S4洗涤后的纤维素球不经干燥直接浸泡在甲醛的NaHCO3溶液中，其中NaHCO3浓度1％，甲醛浓度0.2％，维持温度60℃，浸泡10h，之后取出干燥至恒重；
S6：使用质量浓度为10％的磷酸溶液对S5处理后所得的纤维素球进行浸渍，之后取出烘干，然后在空气气氛中按照10℃/m11升温至270℃；
S7：将经过S6处理的纤维素球在浓度为45％的浓磷酸溶液中浸渍，随后沥干水分，烘干，在惰性气氛下按照10℃/m11升温至540℃；
S8：水洗S7制得的产物，至pH值为7后停止，然后烘干固体物，得到纤维素基球形活性炭。
实施例3
使用本发明提供的制备方法制备纤维素基球形活性炭。
S1：取适量旧纸张加水破碎，经8目筛网筛分后取筛下物，然后通过离心的方式去除水分，至含水率为1％；
S2：在具有搅拌功能的真空加热反应釜内，将经过S1处理的旧纸张与NMMO水溶液混合，控制物料比例为旧纸张：NMMO＝1:6，NMMO:水＝1:2，开启搅拌，加热到80℃，抽真空脱水至平衡真空度达到-0.095Mpa；
S3：将S2所得旧纸张溶液通过2mm的孔洞滴入温度为10℃、NMMO质量浓度为2％的NMMO水溶液，持续搅拌直至完全硬化，获得直径为2.8mm的纤维素球；
S4：使用60℃的水洗涤S3所得的纤维素球，至NMMO残留率为0.5％；
S5：将S4洗涤后的纤维素球不经干燥直接浸泡在环氧氯丙烷的NaHCO3溶液中，其中NaHCO3浓度0.2％，环氧氯丙烷浓度2％，维持温度40℃，浸泡24h，之后取出干燥至恒重；
S6：使用质量浓度为2％的磷酸氢铵溶液对S5处理后所得的纤维素球进行浸渍，之后取出烘干，然后在空气气氛中按照3℃/m11升温至180℃；
S7：将经过S6处理的纤维素球在浓度为20％的浓磷酸溶液中浸渍，随后沥干水分，烘干，在惰性气氛下按照7℃/m11升温至380℃；
S8：水洗S7制得的产物，至pH值为5后停止，然后烘干固体物，得到纤维素基球形活性炭。
实施例4
使用本发明提供的制备方法制备纤维素基球形活性炭。
S1：取适量棉浆粕加水破碎，经6目筛网筛分后取筛下物，然后通过离心的方式去除水分，至含水率为20％；
S2：在具有搅拌功能的真空加热反应釜内，将经过S1处理的棉浆粕与NMMO水溶液混合，控制物料比例为棉浆粕：NMMO＝1:6，NMMO:水＝1:1.5，开启搅拌，加热到90℃，抽真空脱水至平衡真空度达到-0.095Mpa；
S3：将S2所得棉浆粕溶液通过1.5mm的孔洞滴入温度为20℃、NMMO质量浓度为10％的NMMO水溶液，持续搅拌直至完全硬化，获得直径为1.7mm的纤维素球；
S4：使用90℃的水洗涤S3所得的纤维素球，至NMMO完全脱除；
S5：将S4洗涤后的纤维素球不经干燥直接浸泡在戊二醛的NaHCO3溶液中，其中NaHCO3浓度0.8％，戊二醛浓度1.8％，维持温度60℃，浸泡24h，之后取出干燥至恒重；
S6：使用质量浓度为8％的磷酸氢二铵溶液对S5处理后所得的纤维素球进行浸渍，之后取出烘干，然后在空气气氛中按照5℃/m11升温至250℃；
S7：将经过S6处理的纤维素球在浓度为40％的浓磷酸溶液中浸渍，随后沥干水分，烘干，在惰性气氛下按照5℃/m11升温至450℃；
S8：水洗S7制得的产物，至pH值为5后停止，然后烘干固体物，得到纤维素基球形活性炭。
将实施例1-4所制得的纤维素基球形活性炭进行相关性能测试，其中耐磨强度测试参照活性炭球盘法强度测试标准GB/T 20451-2006，所测得的参数如表1所示：
表1实施例1-4制得的纤维素基球形活性炭参数表
| 测试项目 | 直径mm | 比表面积m2/g | 耐磨强度 |
| 实施例1 | 2.2 | 1670 | 99.6％ |
| 实施例2 | 2.2 | 1530 | 99.7％ |
| 实施例3 | 1.6 | 1980 | 99.2％ |
| 实施例4 | 0.9 | 2686 | 99.3％ |
由实施例1-4可知，本发明提供的制备方法，所制得的纤维素基球形活性炭，均具有较高的比表面积，具备较强的吸附活性，同时由于其规整紧致的球形外型，使得其具备很强的耐磨强度。并且其制备原料廉价可再生，制备过程成本低、操作方便，具备广泛的工业应用前景。
请注意，以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种纤维素基球形活性炭，其特征在于，以纤维素材料为原料直接成型制备得到球形活性炭；
优选地，所述纤维素基球形活性炭的比表面积为1500-2700m2/g；
优选地，所述纤维素基球形活性炭的直径为0.9-4.5mm。
2.一种如权利要求1所述的纤维素基球形活性炭的制备方法，其特征在于，包括，将纤维素材料依次经过预处理、固化、除杂、交联固化、预碳化和碳化处理，得到所述的纤维素基球形活性炭；
所述纤维素材料为天然和/或人工纤维素制品,包括棉浆粕、木浆粕或旧纸张中的一种或多种；
优选地，所述纤维素材料的纤维素含量在90％及以上；
优选地，所述预处理和所述固化过程的总时长小于等于2h。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述预处理包括：
将所述纤维素材料加水破碎，经筛分并去除水分，然后与N-甲基吗啉-N-氧化物共混于水中，再依次经过搅拌、加热和抽真空脱水处理。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述筛分包括采用5-10目筛网筛分，并取筛下物；
优选地，所述去除水分的方式包括离心和/或压滤；
优选地，所述去除水分后的纤维素材料的含水率小于60％；
优选地，所述去除水分后的纤维素材料与所述N-甲基吗啉-N-氧化物的质量比为1:3-10，所述N-甲基吗啉-N-氧化物与水的质量比为1:0.5-3；
优选地，所述加热的目标温度为80-97℃；
优选地，所述抽真空脱水的终点为体系内平衡真空度达到-0.095Mpa及以下；
优选地，所述共混、搅拌、加热和抽真空脱水处理在真空加热反应釜内进行。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述固化包括：
将经过所述预处理的纤维素材料通过孔洞滴入凝固浴溶液中，持续搅拌至完全硬化，得到纤维素球；
所述凝固浴溶液为N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液；
优选地，所述孔洞的直径为1-4mm；
优选地，所述N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液中N-甲基吗啉-N-氧化物的质量浓度为2％-13％，溶液温度为10-25℃；
优选地，所述纤维素球的直径为1-5mm。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述除杂包括洗涤所述固化产物，至所述N-甲基吗啉-N-氧化物的残留率为0-0.5％；
优选地，所述洗涤的温度为60-100℃；
优选地，所述洗涤可重复进行多次。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述交联固化包括：使用交联试剂的NaHCO3溶液浸泡所述除杂得到的产物，之后取出并干燥至恒重；
所述交联试剂包括戊二醛、甲醛或环氧氯丙烷中的一种或多种；
优选地，所述NaHCO3的浓度为0.2％-1％，所述交联试剂的浓度为0.2％-2％；
优选地，所述交联试剂的NaHCO3溶液的温度为40-60℃；
优选地，所述浸泡的时间为10-24h。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述预碳化包括：
将所述交联固化处理后的产物进行第一浸渍，浸渍时长不小于0.5h，并维持间歇搅拌；取出干燥，随后按照3-10℃/m11的速率升温至180-270℃；
优选地，所述第一浸渍采用的浸渍剂包括磷酸氢二铵、磷酸或磷酸氢铵中的一种或多种；
优选地，所述浸渍剂的质量浓度为2％-10％；
优选地，所述预碳化在空气气氛中进行。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述碳化包括：
将进行所述预碳化后的产物进行第二浸渍，随后沥干水分并进行干燥，然后以5-10℃/m11的速率升温至380-540℃；
优选地，所述第二浸渍在磷酸溶液中进行；
优选地，所述磷酸溶液的浓度为20％-45％；
优选地，所述碳化在惰性气氛下进行。
10.根据权利要求2-9任一项所述的制备方法，其特征在于，还包括后处理；
所述后处理包括将所述碳化得到的产物进行水洗和干燥，得到所述的纤维素基球形活性炭；
优选地，所述水洗的终点为pH值为4-7。
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