專利名稱：涂敷的活性炭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種粉塵性能得到改善的活性炭微珠和活性炭顆粒。本發(fā)明特別涉及一種因磨損而對(duì)粉塵損耗敏感的活性炭，其中粉化可導(dǎo)致產(chǎn)物損失，并經(jīng)常產(chǎn)生與產(chǎn)物最終用途有關(guān)的其它問題。
活性炭由于其較高的吸附能力長(zhǎng)時(shí)間用于從液體或氣體中除去雜質(zhì)和回收有用的物質(zhì)。通常，“活化”指用各種方法使孔結(jié)構(gòu)得到改善的任何過程。典型的商購(gòu)活性炭產(chǎn)物表現(xiàn)出至少300m2/g的表面積(用B.E.T標(biāo)準(zhǔn)中的氮吸附法測(cè)量)。為了說明這一問題，術(shù)語“活性炭”和“活化碳”可以交換使用。典型的活化過程包括碳源如樹脂廢料、煤、煤焦炭、石油焦炭、褐煤、聚合物材料、和木質(zhì)纖維材料(包括紙漿和紙、紙漿生產(chǎn)的殘留物、木(如碎木塊、鋸末和木板)、果殼(如杏殼、椰子殼)、核、和果皮(如橄欖皮和櫻桃核))的熱處理(使用氧化氣體)或化學(xué)處理(通常使用磷酸或金屬鹽如氯化鋅)。
在US31093中公開了用磷酸(H3PO4)對(duì)木質(zhì)碳進(jìn)行化學(xué)活化以改善碳的脫色和吸附氣體能力的過程。同時(shí)，US5162286提出特別致密并含有較高褐煤(30％)的木質(zhì)材料如果殼、果核和核的磷酸活化的方法。在US5204310中也提出了木質(zhì)纖維材料的磷酸活化過程，它是制備高活性、高密度碳的一個(gè)步驟。
同時(shí)，US4769359提出通過用NaOH和KOH的混合物處理煤焦炭和炭、褐煤、或褐煤，并在惰性氣氛中將它們加熱到至少500EC的過程。US5102855公開了通過用磷酸或磷酸銨處理報(bào)紙和棉毛來制備能達(dá)到較高表面積的活性炭的方法。在US5143889中將煤型瀝青作為前體通過用NaOH和/或KOH進(jìn)行處理從而制備活性炭。
然而，一旦制得活性炭產(chǎn)物，在其使用之前或使用期間，其可能要有一些老化。在材料處理和活性炭實(shí)際使用期間，磨損會(huì)以粉塵的形式使材料損耗。產(chǎn)物的粉塵特性是其相對(duì)硬度和形狀、以及在物料進(jìn)出工廠、運(yùn)輸裝卸、受體負(fù)載時(shí)如何對(duì)其處理、和產(chǎn)物實(shí)際應(yīng)用時(shí)受體如何對(duì)其處理的函數(shù)。在某些應(yīng)用中，如在其中活性炭總是震動(dòng)并可能不得不經(jīng)受碰撞的汽車濾罐中使用時(shí)，由粉塵性導(dǎo)致的產(chǎn)物老化可延續(xù)至產(chǎn)物使用壽命終結(jié)時(shí)。
活性炭材料的硬度主要是前體材料硬度的函數(shù)，例如典型的煤型活性炭比典型的木型活性炭硬?；钚蕴款w粒的形狀也是前體材料形狀的函數(shù)?；钚蕴款w粒形狀的不規(guī)則性、即存在多個(gè)尖銳的邊角會(huì)導(dǎo)致粉塵問題，當(dāng)然，活性炭的相對(duì)硬度和形狀都可以進(jìn)行改進(jìn)。例如，US4677086、5324703、5538932提出由木質(zhì)纖維前體來制備高密度微粒產(chǎn)物的方法。還有，US5039651提出一種由片形、板形、微粒形、塊形等形狀的纖維素和淀粉前體來制備成型活性炭的方法。還有，US4221695公開了通過以下步驟制取用于人造器官的微珠狀吸附劑的方法，包括將石油瀝青與芳香化合物和鏈烴的聚合物或共聚物混合、溶解，并將所得到的混合物分散在水中，從而形成微珠，對(duì)這些微珠進(jìn)行除去芳香烴、不熔化、碳化、和最后活化等一系列處理。
盡管這些方法和其它方法會(huì)影響活性炭的硬度和形狀，然而，產(chǎn)物粉塵性一直成為在某些應(yīng)用中的一個(gè)問題。例如，在上述US4221695中，專利權(quán)人描述了用作人造器官吸附劑的石油瀝青基活性炭的常規(guī)微珠，其中，血液通過該吸附劑直接注入，從而致使血液中不是完全沒有碳粉塵。他們觀察到在活性炭制備的過程中，一些粉塵不知不覺進(jìn)入到一些原料中，并且當(dāng)對(duì)模制的微珠進(jìn)行清洗或其它處理時(shí)形成一些粉塵。專利權(quán)人指出當(dāng)在吸附劑表面涂敷成膜物質(zhì)時(shí)，預(yù)計(jì)不會(huì)有什么效果，因?yàn)橥糠蟮奈镔|(zhì)起到減少吸附在吸附劑上的材料的吸附速度、并限制所吸附的材料分子尺寸的作用。


圖1是表示所涂敷的聚合物、各種來源的成型活性炭的丁烷工作能力值(BWC)以及在其各自的BWC值時(shí)所涂敷的聚合物的效果的曲線，其如表3所示。
圖2是表示涂敷的聚合物、各種來源的成型活性炭的初始粉塵值、以及在其各自的初始粉塵值時(shí)所涂敷的聚合物的效果的曲線，其如表3所示。
圖3是表示涂敷的聚合物、各種來源的成型活性炭的粉塵率數(shù)值、以及在其各自的粉塵率數(shù)值時(shí)所涂敷的聚合物的效果的曲線，其如表3所示。
現(xiàn)已知道事實(shí)上，通過在顆粒狀、或成型活性炭上面涂敷一層連續(xù)的薄聚合物涂層，由顆粒狀和成型活性炭的粉塵導(dǎo)致的產(chǎn)物損耗可以被明顯降低，或基本消除，而不減少活性炭的吸附速度或吸附能力。在將涂敷的聚合物涂層干燥后，除去任何殘留的碳粉塵。涂敷聚合物的顆粒狀或成型活性炭產(chǎn)物表現(xiàn)出大于15g/100g的丁烷活度。優(yōu)選地，涂敷聚合物的顆粒狀或成型活性炭也表現(xiàn)出大于9.0g/dL的丁烷工作能力。
特別是，粉塵化的自動(dòng)活性炭微珠在材料處理和濾罐應(yīng)用中存在著一個(gè)勢(shì)能問題。有人公開了一種其基礎(chǔ)是“在最終產(chǎn)物上面涂敷一層可見聚合物涂層并隨后消除任何殘留的粉塵”的方法。當(dāng)“初始粉塵”值≤0.3mg/dL和“粉塵率”值≤0.01mg/min/dL時(shí)，表明該產(chǎn)物可被認(rèn)為沒有粉塵，但二者均低于標(biāo)準(zhǔn)粉塵磨損試驗(yàn)的檢測(cè)極限。當(dāng)“粉塵率”值≤0.06mg/min/dL時(shí)，表明該產(chǎn)物基本沒有粉塵，如以下實(shí)施例表中所示，大大低于未涂敷的活性炭粉塵率的可檢測(cè)值在本發(fā)明經(jīng)處理的活性炭的粉塵率中是最高的。盡管從上述所提到的現(xiàn)有技術(shù)來看，二者是意想不到的，并且是人們所不期望的，但丁烷吸附能力和工作能力等性能的保留程度是涂敷的微珠一個(gè)重要的性能。如以下實(shí)施例所示，涂敷的微珠保留了未涂敷的微珠丁烷活度的94-100％和丁烷工作能力(BWC)的88-100％。例如，本發(fā)明涂敷的成型和顆粒狀活性炭具有大于15克/100克、優(yōu)選大于25克/100克、更優(yōu)選大于35克/100克、更加優(yōu)選大于45克/100克、更加更優(yōu)選大于55克/100克、更加更加優(yōu)選大于65克/100克、而最優(yōu)選大于75克/100克的丁烷活度。同時(shí)，本發(fā)明涂敷的成型和顆粒狀活性炭具有大于9.0g/dL，優(yōu)選大于10.0/dL、更優(yōu)選大于11.0g/dL、更加優(yōu)選大于12.0g/dL、更加更優(yōu)選大于13.0g/dL、更加更加優(yōu)選大于14.0g/dL，而最優(yōu)選大于15.0g/dL的丁烷工作能力。
另一特征是該涂層使微珠具有了一個(gè)光滑、誘人的外觀，它喚起人們對(duì)產(chǎn)品清潔度的關(guān)注。涂層光滑的特性來源于聚合物的成膜特性和以乳液形式將聚合物涂敷到微珠上的乳液。由本發(fā)明組合物和方法提供的額外便利和優(yōu)點(diǎn)可通過涂層材料的天然顏色或通過向聚合物乳液中加入著色劑如顏料和任選的光亮劑來達(dá)到。特別是，可通過不同的顏色編號(hào)確定不同的碳產(chǎn)品。顏色編號(hào)可涉及產(chǎn)品的用途、工廠來源、顧客標(biāo)識(shí)、或任何所需要的標(biāo)識(shí)。
涂敷的成型和顆粒狀活性炭也是疏水的，這可通過其在水中飄浮而不是迅速潤(rùn)濕和沉降來得到證明。在涂敷的活性炭微珠的試驗(yàn)中，當(dāng)將未涂敷的微珠放入水中時(shí)，在26秒鐘內(nèi)，有一半微珠下沉，而涂敷的微珠在水中卻不會(huì)被水滲透，并在六天以上仍然是飄浮的?？?jié)櫇裥院蜌饪卓挂簯B(tài)水填充的性能在一些散裝烴儲(chǔ)存應(yīng)用中對(duì)氣體吸附劑塊體特別實(shí)用。在那些應(yīng)用中，吸附劑會(huì)偶然注入一些水，以便快速冷卻熱的部位，但如果水保留在碳的孔隙內(nèi)，吸附劑則難以重新使用。涂敷的成型或顆粒狀活性炭的另一個(gè)潛在的用途是用于從水中除去痕量的有機(jī)化合物，其中對(duì)微珠中水濃度的限制增加了對(duì)有機(jī)化合物吸附的選擇性。涂層可設(shè)計(jì)成對(duì)待吸附的痕量有機(jī)化合物滲透多，而對(duì)主要成分滲透少，這樣就改善了活性炭的吸附能力。
用本發(fā)明乳液涂敷后的光滑微珠和用以前分散液涂敷后的微珠之間的外觀差別是由用于涂敷涂層的聚合物的不同形式導(dǎo)致的。乳液粒徑小于分散液，因而當(dāng)載體液體干燥時(shí)，由于毛細(xì)管力的作用，乳液形成連續(xù)的膜。而僅靠干燥分散液無法形成連續(xù)的膜，并且它們留下了尺寸與初始分散的顆粒相似的離散(即不連續(xù)的)聚合物顆粒。另一方面，連續(xù)的、用乳液涂敷的聚合物膜提供了光滑的外觀，涂層的整體性、使微珠粉塵減少的特性、及疏水性，而這些是用分散液涂敷的、非連續(xù)的膜所沒有的。
還有，應(yīng)該指出在成型或顆粒狀碳上涂敷聚合物乳液而形成的聚合物膜是一種連續(xù)膜，它可以是多孔的或無孔的，這取決于碳材料表面形狀的不規(guī)則性。多孔連續(xù)膜的外觀在形狀較不規(guī)則的顆粒狀活性炭上比在成型的活性炭上更容易形成。
可將本發(fā)明方法描述成一種通過涂敷活性炭材料而基本消除活性炭材料粉塵損耗的方法，其包括以下步驟(a)在活性炭材料的裸露表面上噴射聚合物乳液，同時(shí)在高于室溫的工藝溫度下使活性炭處于渦流態(tài)；(b)在高于室溫的溫度下，干燥涂敷的活性炭材料。
該方法可任選地包括將活性炭材料預(yù)熱至室溫以上的溫度這一初始步驟。還有，本發(fā)明所要求保護(hù)的方法還可包括另一步驟(c)通過除去其上的任何殘留粉塵，而對(duì)干燥的涂敷活性炭材料進(jìn)行脫粉塵化。
如熟悉現(xiàn)有技術(shù)的專業(yè)人員所理解的那樣，各種工藝條件通常是相互關(guān)聯(lián)的，如處理時(shí)間和處理溫度。這些操作條件可能取決于待涂敷的碳材料(是成型的還是顆粒狀的、是煤質(zhì)的還是木質(zhì)纖維質(zhì)的等等)和涂敷材料(相對(duì)揮發(fā)度、粘度等等)的特性。因此，對(duì)于涂層的涂敷和干燥步驟而言，溫度范圍可為室溫至280F(138℃)，而處理時(shí)間可為大約5分鐘-大約12小時(shí)。對(duì)于成型的或顆粒狀活性炭材料和涂敷材料的大多數(shù)組合情況而言，涂敷和干燥步驟的優(yōu)選操作溫度范圍大約是175F(80℃)-250F(121℃)，而處理時(shí)間大約是30分鐘-6小時(shí)。
通過各種已知的方法能夠誘發(fā)活性炭材料的渦流態(tài)。例如，顆粒狀或成型(通常為微珠)的碳材料可被放入旋轉(zhuǎn)的滾筒攪拌設(shè)備中或放在流化床上?；钚蕴坎牧咸幱趧?dòng)態(tài)中而不是靜態(tài)中是至關(guān)重要的，同時(shí)涂敷涂層材料時(shí)的狀態(tài)要確保在活性炭材料的表面區(qū)域上面形成相對(duì)均勻的涂層。如何達(dá)到動(dòng)態(tài)并不是重要的。
本發(fā)明方法的產(chǎn)品可描述為一種包括活性炭材料的物質(zhì)的組合物，該活性炭表現(xiàn)出初始、預(yù)涂敷丁烷活度和丁烷工作能力，并且其表面被一層連續(xù)的聚合物模所覆蓋。所說的聚合物膜用于基本消除由粉塵導(dǎo)致的活性炭材料的損耗，并且其中涂敷的活性炭材料分別表現(xiàn)出為初始、預(yù)涂敷丁烷活度和丁烷工作能力值90-100％的最終、涂敷后的丁烷活度和丁烷工作能力。
可用于要求保護(hù)的本發(fā)明中的涂層材料是那些可形成連續(xù)膜的物質(zhì)。特別是，適合作為涂層材料的聚合物、共聚物和聚合物混合物包括聚烯烴如聚乙烯、聚丙烯、聚異丁烯、聚苯乙烯、聚異戊二烯、聚氯戊二烯、聚-4-甲基1-戊烯、聚丁二烯、和聚丁烯；聚丙烯酸如聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸酯、和聚丙烯酸；鹵代鏈烷烴如聚四氟乙烯、三氟乙烯、氟乙烯、氟代亞乙烯、氟丁烯、和氟丙烯；和其它聚合物，包括聚氨酯、聚對(duì)苯二甲酸乙酯、苯乙烯基丁二烯、改性的聚丁二烯、環(huán)氧衍生物、改性的醇酸、聚酯、淀粉、甲基纖維素、乙基纖維素、羧甲基纖維素、聚乙酸乙烯酯、乙酸纖維素、硝酸纖維素、三乙酸纖維素、乙酸纖維素、鄰苯二甲酸酯、碼啉代丁酸丙酸纖維素、羥丙基甲基纖維素、乙烯乙酸乙烯酯、丙烯酸共聚物、聚砜、聚醚砜、聚醚、聚乙二醇、聚亞胺、聚丁烯、聚乙烯醚、聚乙烯酯、聚烷基硫醚、聚芳基硫醚、醚、聚乙烯酯、聚烷基硫醚、聚芳基硫醚、木質(zhì)素磺酸酯、聚丙烯酰胺、氰基丙烯酸酯、酰胺、聚酰亞胺、聚硅氧烷、甲基丙烯腈、聚丙烯腈、聚乙烯吡啶、聚乙烯苯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷(pyrrolidene)、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚乙烯醇縮甲醛縮合物、聚甲醛縮合物、聚碳酸酯、和聚偏二氯乙烯。
本發(fā)明在此所描述的成型或顆粒狀活性炭材料可從任何已知的活性炭前體中得到，前體包括煤、木質(zhì)纖維材料(包括紙漿和紙、紙漿生產(chǎn)的殘留物、木(例如碎木塊、鋸末和木板))、果殼(如杏殼和椰子殼)、核、和果核(如橄欖核和櫻桃核)、石油、骨煤、和血。
以下實(shí)施例描述本發(fā)明方法和按照本發(fā)明方法處理的材料的性能。
使活性炭微珠在旋轉(zhuǎn)的滾筒中翻滾并用熱的空氣槍將其開始加熱到250F(121℃)，從而對(duì)活性炭微珠可進(jìn)行涂敷。當(dāng)活性炭在熱空氣流的作用下溫度保持在大約150F(66℃)時(shí)，可隨后連續(xù)地將聚合物乳液噴射到碳上面。(聚乙烯乳液固含量為3.5重量％，聚硅氧烷乳液固含量為3.9重量％)。隨后在220F(105℃)下干燥該涂敷的活性炭一整夜。干燥后，通過最初10-20分鐘粉塵磨損試驗(yàn)(以下描述)的震動(dòng)和空氣流處理，除去微珠外部的任何殘留粉塵。與未涂敷材料的黯淡外表相比，最終涂敷的產(chǎn)物具有明亮、光滑的外觀。
表1比較了未涂敷和涂敷微珠的粉塵磨損性能、和丁烷性能。表中也包括了僅使用去離子水進(jìn)行噴射的基準(zhǔn)試樣的數(shù)據(jù)，以便證明聚合物涂層對(duì)改變粉塵性能的重要性。在30分鐘的試驗(yàn)(以下描述)中用兩點(diǎn)法對(duì)粉塵磨損率進(jìn)行測(cè)量。
表1試樣ID 涂層負(fù)載 初始粉塵量 粉塵率 AD丁烷活度 丁烷活度 BWC丁烷比(重量％) (mg/dL) (mg/mim/dL) (g/mL) (g/100g) (g/dL) (g/dL)未涂敷10.361 35.012.6 10.90.864聚乙烯 11.4 0.69 0.353 35.012.4 10.90.883乳液RunlA 2.920.00 0.00 0.361 33.011.9 10.20.858RunlB 1.630.00 0.00 0.356 33.712.0 10.30.860硅氧烷乳液Run23.440.00 0.00 0.349 32.311.3 9.60.8541相同試樣、重復(fù)測(cè)量-從而獲得可重復(fù)的平均讀數(shù)，3由濕基重量增量(1.0重量％)和所用乳液重量(4.8重量％)的平均值得出，3由濕基重量增量(0.5重量％)和所用乳液重量(2.8重量％)的平均值得出，4由濕基重量增量(0.5重量％)和所用乳液重量(2.8重量％)的平均值得出。
用改進(jìn)的“顆粒狀碳粉塵磨損標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法”(ASTM D5159-91)中3-過濾器版本中的方法對(duì)初始粉塵量和粉塵率等數(shù)值進(jìn)行測(cè)量。將1.0dL碳試樣放入在試驗(yàn)器件固定器上的篩孔為0.250mm的篩中，并進(jìn)行40m/s/s RMS加速震動(dòng)，同時(shí)每間隔十分鐘就向下吹7升/分鐘空氣流。放置在試樣篩下面的玻璃纖維過濾器收集來自試樣中的粉塵。用三種不同的過濾器進(jìn)行震動(dòng)步驟和吹空氣流步驟三次。用以下等式計(jì)算粉塵率粉塵率(mg/min/dL)、DR=0。0732W3其中，W3是第三個(gè)過濾器的毫克重量增量。
由該等式算出的粉塵率在占用標(biāo)準(zhǔn)ASTM方法獲得的粉塵率±13％的標(biāo)準(zhǔn)誤差之內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)ASTM方法使用了又補(bǔ)充了三次十分鐘的試驗(yàn)間隔后獲得的過濾器重量數(shù)據(jù)。
用第一過濾器毫克重量增量W1減十分鐘內(nèi)磨損的粉塵量(10×DR)來計(jì)算初始粉塵量初始粉塵量(mg/dL)=W1-10DR注意第二過濾器的重量增量W2并沒有直接用在這些計(jì)算中。然而，W2通過顯示重量增量是零或負(fù)值對(duì)確認(rèn)試樣是否達(dá)到粉塵率探測(cè)極限有用。
粉塵率的固有誤差是±0.01mg/dL。其通過對(duì)計(jì)算等式進(jìn)行偏微分誤差分析而獲得，并且在該過程中要求按克計(jì)算以四位數(shù)表示數(shù)值讀取到0.1毫克。同樣，初始粉塵量的固有誤差為±0.3mg/dL。因而，無法探測(cè)到的粉塵率為0.01mg/min/dL，而無法探測(cè)到的初始粉塵量為0.3mg/dL。
與初始粉塵的減少量相比、粉塵率的急劇降低是本發(fā)明涂敷的成型或顆粒狀活性炭材料的一個(gè)很重要的特征。按定義，0.01mg/min/dL或更少的粉塵率意味著在磨損試驗(yàn)中消除了初始粉塵，從而達(dá)到了試驗(yàn)的探測(cè)極限，并且證明通過其它方法同樣能夠較容易地消除初始粉塵。另外，通過比較，完全除去初始粉塵而不是大大減少粉塵率看來沒有什么實(shí)際意義，因?yàn)楫?dāng)通過震動(dòng)、攪拌和在其上施加其它動(dòng)力使試樣處于顆粒間相互運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)之中時(shí)，預(yù)計(jì)粉塵很容易再會(huì)出現(xiàn)。
按照在US5204310中公開的方法測(cè)定丁烷活度和丁烷工作能力，并且該文獻(xiàn)記載的內(nèi)容在此引入作為參考。
作為聚合物涂層的結(jié)果，實(shí)施例1的數(shù)據(jù)表明處理后的試樣顯示出其初始粉塵量和粉塵率數(shù)值在探測(cè)不到的范圍內(nèi)。
用本發(fā)明制備的一個(gè)試樣(“Run 3A”)是用實(shí)施例1的聚合物涂敷方法制備的10個(gè)復(fù)制品試樣的混合物。以不同的方式制備另一個(gè)用本發(fā)明方法制備的試樣(“Run 3B”)。使用直徑為2(英尺)的帶有提升器的較大旋轉(zhuǎn)滾筒，用間接和直接燃燒的燃燒器而不是直接用熱的空氣流來最初加熱試樣。沒有使用脫塵步驟。
表2比較了未涂敷和涂敷微珠的硬度、丁烷性能和粉塵磨損性能。用3-過濾器試驗(yàn)法測(cè)量粉塵數(shù)據(jù)。
表Ⅱ試樣ID 涂層微珠AD丁烷丁烷BWC丁烷比初始粉塵率量 硬度 (g/mL) 活度活度(g/dL) 粉塵量 (mg/min/dL)(重量％) (g/100g)(g/dL) (mg/dL)未涂敷 - 68.6 0.295 60.217.715.40.8703.2 0.22涂敷Run3A13.3 99.9 0.304 60.018.215.50.8490.9 0.01Run3B22.6 100.0 0.298 59.717.815.30.8601.8 0.031混合試樣丁烷比，活度和BWC是10個(gè)組成復(fù)制的試樣的平均值。2對(duì)應(yīng)于Run3A的不同制備方法，沒有采用除去初始粉塵的脫塵步驟。
證明在涂敷前直徑為2mm的BAX1500微珠增加后的硬度為68.6，而用大約1-3重量％的聚乙烯涂敷后的微珠硬度為99.9-100.0，并且表明在試驗(yàn)中平均粒徑?jīng)]有變化。與未涂敷的微珠相比，涂敷后的微珠保留了原丁烷工作能力的97-100％。
用上述實(shí)施例1的方法涂敷涂層。在分析之前不進(jìn)行脫塵步驟。通過將試樣加熱到932F(500℃)、并用經(jīng)已知聚乙烯含量的碳校驗(yàn)的烴分析議測(cè)量揮發(fā)組成的數(shù)量，從而確定聚合物負(fù)載量(涂層重量％)。
結(jié)果表示在表Ⅲ和圖1、2和3中。
表Ⅲ試樣ID測(cè)試的AD 丁烷活度 丁烷活度 BWC丁烷比初始粉塵率涂敷量 (g/mL) (％)(g/dL) (g/dL) 粉塵量 (mg/min/dL)(重量％) (mg/dL)2mm木質(zhì)-- 0.282 66.518.816.2 0.8652.240.15未涂敷*-- 0.283 62.917.815.8 0.8903.310.11平均0.283 64.718.316.0 0.8782.780.13涂敷Run4A 0.4 0.279 65.118.215.7 0.8631.420.06Run4B 1.1 0.282 65.118.416.0 0.8680.810.03Run4C 2.4 0.288 63.818.415.9 0.8670.280.022.8mm煤質(zhì)未涂敷*-- 0.326 51.316.714.4 0.859-- 0.323 50.716.414.2 0.8706.760.53平均0.325 51.016.614.3 0.8646.760.53涂敷Run5A 0.7 0.328 52.617.314.6 0.8473.000.00Run5B 1.5 0.334 51.317.114.5 0.8470.700.00Run5C 2.8 0.337 51.217.314.5 0.8380.000.002mm橄欖質(zhì)--0.355 41.414.712.4 0.8475.7 0.22未涂敷涂敷Run6A 0.7 0.347 44.215.412.3 0.8011.240.04Run6B 1.4 0.353 44.215.612.3 0.7890.230.01Run6C 2.4 0.356 43.515.512.2 0.7911.600.00*相同試樣，重復(fù)測(cè)試-以獲得具有代表性的平均讀數(shù)。
分別比較它們各自的未涂敷碳，初始粉塵量和粉塵率大大減少。按體積計(jì)，丁烷工作能力和丁烷活度沒有受影響。
用上述實(shí)施例1的方法涂敷涂層。在評(píng)估兩種未涂敷BAX1500的試樣性能后，用固含量為9重量％的丙烯酸共聚物乳液涂敷同樣的BAX1500工廠生產(chǎn)的試樣。同樣，在測(cè)量未涂敷BAX1100試樣的性能后，用固含量為6重量％的丙烯酸共聚物乳液涂敷同樣的BAX1100工廠生產(chǎn)的試樣。在分析涂敷的試樣之前，不進(jìn)行脫塵步驟。通過將試樣加熱到932F(500℃)，并用經(jīng)已知共聚物含量的碳校驗(yàn)的烴分析儀測(cè)量揮發(fā)組分的數(shù)量，從而來確定在BAX1500上面的涂層量。由涂敷試樣的濕基重量增量和所涂敷的乳液噴射量得到在BAX1100上面的涂層加載量。丙烯酸共聚物涂層具有與聚乙烯和硅氧烷減少粉塵的上述優(yōu)點(diǎn)同樣的優(yōu)點(diǎn)，而對(duì)關(guān)鍵性能沒有顯著影響，其如表Ⅳ所示。
表Ⅳ試樣ID涂敷量 AD 丁烷活 丁烷活 BWC丁烷比 初始粉塵率(重量％) (g/mL) 度度 (g/dL) 粉塵量 (mg/min/(％) (g/dL) mg/dLdL)未涂敷BAX15001-- 0.28266.5 18.8 16.2 0.8652.240.15-- 0.28362.9 17.8 15.8 0.8903.310.11平均 0.28364.7 18.3 16.0 0.8782.780.13用丙烯酸共聚物涂敷Run7A1.620.27765.0 18.0 15.6 0.8681.930.01Run7B3.420.28364.7 18.3 15.8 0.8621.300.00未涂敷BAX11003- 0.36135.0 12.6 10.9 0.864-- 0.35335.0 12.4 10.9 0.88311.40 0.69平均 0.35735.0 12.5 10.9 0.87411.40 0.69用丙烯酸共聚物涂敷Run84.340.352 34.0 12.0 10.2 0.856 1.02 0.001注明表3中的未涂敷木質(zhì)試樣2用烴分析法測(cè)量3注明表1中的“未涂敷”試樣41.0重量％和7.7重量％的平均值(分別從濕基重量增量和乳液固體噴射量中得出)數(shù)據(jù)表明在BAX1500成型活性炭上涂敷1.6重量％的聚合物涂層基本消除了粉塵，而僅僅BWC有明顯損失。更加吃驚的是在同樣的活性炭材料上涂敷3.4重量％的涂層完全消除了粉塵，并且BWC反而是負(fù)損失。還有，在BAX1100成型活性炭上涂敷4.3重量％的涂層完全消除了粉塵，而BWC僅減少6.4％。
因此，本申請(qǐng)人發(fā)明的主題是
(1)一種包括活性炭材料的物質(zhì)的組合物，該活性炭表現(xiàn)出初始、預(yù)涂敷丁烷活度和丁烷工作能力，并且其表面被一層連續(xù)的聚合物膜所覆蓋。所說的聚合物膜用于基本消除由粉塵導(dǎo)致的活性炭材料的損耗，并且其中涂敷的活性炭材料分別表現(xiàn)出至少為初始、預(yù)涂敷丁烷活度和工作能力值90％的最終、涂敷后的丁烷活度和丁烷工作能力。
(2)一種基本消除活性炭材料粉塵磨損的方法，該活性炭表現(xiàn)出初始、預(yù)涂敷丁烷活度和丁烷工作能力，該方法包括在活性炭材料表面上涂敷一層連續(xù)的聚合物膜的步驟。其中涂敷的活性炭材料分別表現(xiàn)出至少為初始、預(yù)涂敷丁烷活度和工作能力值90％的最終、涂敷后的丁烷活度和丁烷工作能力。
(3)一種通過涂敷活性炭材料基本消除活性炭材料粉塵磨損的方法，該方法包括以下步驟(a)在活性炭材料的裸露表面上噴射聚合物乳液。同時(shí)在高于室溫的工藝溫度下使活性炭處于渦流態(tài)；(b)在高于室溫的溫度下，干燥涂敷的活性炭材料。
(4)一種包括活性炭材料的物質(zhì)的組合物，其表面被一層連續(xù)的聚合物膜所覆蓋，所說的聚合物膜用于基本消除由粉塵導(dǎo)致的活性炭材料的損耗，涂敷后的活性炭表現(xiàn)出大于15克/100克的丁烷活度。
同時(shí)描述了本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，應(yīng)該明白對(duì)本發(fā)明可作出不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)和不超出所附權(quán)利要求書范圍的各種變化、變通。因此，也應(yīng)該明白本發(fā)明不限于在優(yōu)選的技術(shù)方案和附圖中用于輔助描述本發(fā)明的具體細(xì)節(jié)，并且，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的專業(yè)人員來說，對(duì)輔助性的具體細(xì)節(jié)作出變通是顯而易見的。因此，權(quán)利要求書與對(duì)現(xiàn)有技術(shù)作出改進(jìn)的范圍的同等范圍一致。
權(quán)利要求
1．一種包括活性炭材料的物質(zhì)的組合物，該活性炭表現(xiàn)出初始、預(yù)涂敷丁烷活度和丁烷工作能力，并且其表面被一層連續(xù)的聚合物膜所覆蓋。所說的聚合物膜用于基本消除由粉塵導(dǎo)致的活性炭材料的損耗，其中涂敷的活性炭材料分別表現(xiàn)出至少為初始、預(yù)涂敷丁烷活度和丁烷工作能力值90％的最終、涂敷后的丁烷活度和丁烷工作能力。
2．一種權(quán)利要求1的組合物，其中，最終、涂敷后的丁烷活度和丁烷工作能力分別至少為初始、預(yù)涂敷丁烷活度和丁烷工作能力值的95％。
3．一種權(quán)利要求1的組合物，其中，最終、涂敷后的丁烷活度和丁烷工作能力分別至少為初始、預(yù)涂敷丁烷活度和丁烷工作能力值的98％。
4．一種權(quán)利要求1的組合物，其中，最終、涂敷后的丁烷活度和丁烷工作能力分別至少為初始、預(yù)涂敷丁烷活度和丁烷工作能力值的100％。
5．一種基本消除活性炭材料粉塵磨損的方法，該活性炭表現(xiàn)出初始、預(yù)涂敷丁烷活度和丁烷工作能力，該方法包括在活性炭材料表面上涂敷一層連續(xù)的聚合物膜的步驟，其中涂敷的活性炭材料表現(xiàn)出分別至少為初始、預(yù)涂敷丁烷活度和丁烷工作能力值90％的最終、涂敷后的丁烷活度和丁烷工作能力。
6．一種權(quán)利要求5的方法，其中，最終、涂敷后的丁烷活度和丁烷工作能力分別至少為初始、預(yù)涂敷丁烷活度和丁烷工作能力值的95％。
7．一種權(quán)利要求6的方法，其中，最終、涂敷后的丁烷活度和丁烷工作能力分別至少為初始、預(yù)涂敷丁烷活度和丁烷工作能力值的98％。
8．一種權(quán)利要求7的方法，其中，最終、涂敷后的丁烷活度和丁烷工作能力分別至少為初始、預(yù)涂敷丁烷活度和丁烷工作能力值的100％。
9．一種通過涂敷活性炭材料基本消除活性炭材料粉塵磨損的方法，該方法包括以下步驟(a)在活性炭材料的裸露表面上噴射聚合物乳液，同時(shí)在高于室溫的工藝溫度下使活性炭處于渦流態(tài)；(b)在高于室溫的溫度下，干燥涂敷的活性炭材料。
10．一種權(quán)利要求9的方法，其還包括以下步驟(c)通過除去其上面的任何殘留粉塵，從而使干燥的涂敷活性炭材料脫塵。
11．一種權(quán)利要求9的方法，它還包括在高于室溫的溫度下加熱活性炭材料的初始步驟。
12．一種權(quán)利要求9的方法，其中，將工藝溫度保持在大約室溫-280F(138℃)下大約1分鐘-12小時(shí)。
13．一種權(quán)利要求12的方法，其中將工藝溫度保持在大約100F(38℃)-大約250F(121℃)下大約5分鐘-6小時(shí)。
14．一種權(quán)利要求1的組合物，其中聚合物選自于聚乙烯、聚丙烯、聚異丁烯、聚苯乙烯、聚異戊二烯、聚氯戊二烯、聚-4-甲基1-戊烯、聚丁二烯、和聚丁烯；聚丙烯酸如聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸酯、和聚丙烯酸；鹵代烷烴如聚四氟乙烯、三氟乙烯、氟乙烯、氟代亞乙烯、氟丁烯、和氟丙烯；和其它聚合物，包括聚氨酯、聚對(duì)苯二甲酸乙酯、苯乙烯基丁二烯、改性的聚丁二烯、環(huán)氧衍生物、改性的醇酸、聚酯、淀粉、甲基纖維素、乙基纖維素、羧甲基纖維素、聚乙酸乙烯酯、乙酸纖維素、硝酸纖維素、三乙酸纖維素、乙酸纖維素、鄰苯二甲酸酯、碼啉代丁酸丙酸纖維素、羥丙基甲基纖維素、乙烯乙酸乙烯酯、丙烯酸共聚物、聚砜、聚醚砜、聚醚、聚乙二醇、聚亞胺、聚丁烯、聚乙烯醚、聚乙烯酯、聚烷基硫醚、聚芳基硫醚、醚、聚乙烯酯、聚烷基硫醚、聚芳基硫醚、木質(zhì)素磺酸酯、聚丙烯酰胺、氰基丙烯酸酯、酰胺、聚酰亞胺、聚硅氧烷、甲基丙烯腈、聚丙烯腈、聚乙烯吡啶、聚乙烯苯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷(pyrrolidene)、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚乙烯醇縮甲醛縮合物、聚甲醛縮合物、聚碳酸酯、和聚偏二氯乙烯。
15．一種權(quán)利要求14的組合物，其中聚合物選自于丙烯酸聚合物和聚乙烯。
16．一種權(quán)利要求1的組合物，其中活性炭材料從煤、木質(zhì)纖維材料、石油、骨煤和血液中得到。
17．一種權(quán)利要求16的組合物，其中木質(zhì)纖維材料選自于紙漿、紙、紙漿生產(chǎn)的殘余物、木塊、鋸末、木板、果殼、核、和果核。
18．權(quán)利要求5的方法，其中聚合物選自于聚乙烯、聚丙烯、聚異丁烯、聚苯乙烯、聚異戊二烯、聚氯戊二烯、聚-4-甲基1-戊烯、聚丁二烯、和聚丁烯；聚丙烯酸如聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸酯、和聚丙烯酸；鹵代烷烴如聚四氟乙烯、三氟乙烯、氟乙烯、氟代亞乙烯、氟丁烯、和氟丙烯；和其它聚合物，包括聚氨酯、聚對(duì)苯二甲酸乙酯、苯乙烯基丁二烯、改性的聚丁二烯、環(huán)氧衍生物、改性的醇酸、聚酯、淀粉、甲基纖維素、乙基纖維素、羧甲基纖維素、聚乙酸乙烯酯、乙酸纖維素、硝酸纖維素、三乙酸纖維素、乙酸纖維素、鄰苯二甲酸酯、碼啉代丁酸丙酸纖維素、羥丙基甲基纖維素、乙烯乙酸乙烯酯、丙烯酸共聚物、聚砜、聚醚砜、聚醚、聚乙二醇、聚亞胺、聚丁烯、聚乙烯醚、聚乙烯酯、聚烷基硫醚、聚芳基硫醚、醚、聚乙烯酯、聚烷基硫醚、聚芳基硫醚、木質(zhì)素磺酸酯、聚丙烯酰胺、氰基丙烯酸酯、酰胺、聚酰亞胺、聚硅氧烷、甲基丙烯腈、聚丙烯腈、聚乙烯吡啶、聚乙烯苯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷(pyrrolidene)、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚乙烯醇縮甲醛縮合物、聚甲醛縮合物、聚碳酸酯、和聚偏二氯乙烯。
19．一種權(quán)利要求18的方法，其中聚合物選自于聚硅氧烷、丙烯酸共聚物、和聚乙烯。
20．一種權(quán)利要求l的方法，其中活性炭材料選自于煤、木質(zhì)纖維材料、石油、骨煤和血液。
21．一種權(quán)利要求20的組合物，其中木質(zhì)纖維材料選自于紙漿、紙、紙漿生產(chǎn)的殘余物、木塊、鋸末、木板、果殼、核、和果核。
22．一種包括活性炭材料的物質(zhì)的組合物，其表面被一層連續(xù)的聚合物膜所覆蓋，所說的聚合物膜用于基本消除由粉塵導(dǎo)致的活性炭材料的損耗，并且涂敷后的活性炭表現(xiàn)出大于15克/100克的丁烷活度。
23．一種權(quán)利要求22的組合物，其中涂敷后的活性炭表現(xiàn)出大于25克/100克的丁烷活度。
24．一種權(quán)利要求23的組合物，其中涂敷后的活性炭表現(xiàn)出大于35克/100克的丁烷活度。
25．一種權(quán)利要求24的組合物，其中涂敷后的活性炭表現(xiàn)出大于45克/100克的丁烷活度。
26．一種權(quán)利要求25的組合物，其中涂敷后的活性炭表現(xiàn)出大于55克/100克的丁烷活度。
27．一種權(quán)利要求26的組合物，其中涂敷后的活性炭表現(xiàn)出大于65克/100克的丁烷活度。
28．一種權(quán)利要求27的組合物，其中涂敷后的活性炭表現(xiàn)出大于75克/100克的丁烷活度。
29．一種權(quán)利要求22的組合物，其粉塵率值不大于0.06mg/min/dL。
30．一種權(quán)利要求1的組合物，其粉塵率值不大于0.06mg/min/dL。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在顆粒狀或成型的活性炭上涂敷一聚合物涂層,從而基本消除或明顯降低由粉塵導(dǎo)致的產(chǎn)物損耗,而不減少活性炭的吸附速度和吸吮能力。在干燥聚合物涂層后,除去任何殘留的粉塵。同時(shí),本發(fā)明也公開了由所公開的方法形成的新型產(chǎn)品。
文檔編號(hào)C01B31/00GK1296859SQ00105398
公開日2001年5月30日 申請(qǐng)日期2000年2月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月23日
發(fā)明者L·H·希爾茲克, E·D·托爾斯, D·R·B·沃克 申請(qǐng)人:維思特瓦苛有限公司