從酚醛泡沫廢料制備活性炭的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種從酚醛泡沫廢料制備活性炭的方法，以進一步提高所得活性炭的吸附性能。本發(fā)明的方法包括：氣化，在缺氧條件和800~1000℃的溫度熱處理酚醛泡沫廢料；活化，在800~1000℃的溫度下用水蒸氣活化所述酚醛泡沫廢料，得到活性炭；洗滌，除去其中的部分灰分，洗滌液優(yōu)選使用稀鹽酸。本發(fā)明的方法還優(yōu)選包括使用成型劑的造粒步驟。本發(fā)明有效利用酚醛泡沫廢料得到高比表面積的活性炭，制備成本低，收率高。
【專利說明】從酚醛泡沬廢料制備活性炭的方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及活性炭的制備方法，尤其涉及從工業(yè)廢料中獲得活性炭的方法。

【背景技術】
[0002] 酚醛泡沫保溫板是以酚醛樹脂和阻燃劑、抑煙劑、固化劑、發(fā)泡劑、及其它助劑等 多種物質(zhì)配制成的閉孔型硬質(zhì)泡沫塑料，導熱系數(shù)僅為〇. 〇23W/m*k左右，是一種難燃、防 火低煙的材料。由于酚醛泡沫保溫板是目前主流的建筑用保溫、防火材料，其年產(chǎn)量驚人， 在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量邊角料。這些邊角料密度小、質(zhì)量輕，堆置時占用大量空間；又由于 在制備過程中加入了各種有機化學試劑，具有一定的毒性，直接排放會污染環(huán)境。因此，酚 醛泡沫保溫板廢料的資源再利用是一個非常重要的領域。
[0003] CN102583372公開一種以酚醛泡沫廢料為原料制備高比表面無灰活性炭的方法， 其將酚醛泡沫廢料于惰性氣體條件下，在炭化爐中密閉炭化，在400-500°C炭化2-4h，期間 每隔20-40min充分攪拌物料一次，每次攪拌前需將溫度降至KKTC以下，攪拌充分后再升 溫密閉炭化，直至炭化完成，冷卻出料；活化是在700-900°C條件下，以水蒸氣為活化劑在 管式電熱爐內(nèi)進行，活化30-60min，即可得到粉末狀高比表面積活性炭。該方法僅僅通過 炭化和活化，沒有將酚醛樹脂中的灰分有效去除，因此所得的活性炭的吸附性能還有提高 的空間。另外，該方法需要在炭化過程中進行若干次充分攪拌，該攪拌要求將溫度降低到 KKTC以下，這種多次降溫、升溫的操作在工業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)中非常不方便。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明提出一種新的由酚醛泡沫廢料制備活性炭的方法，以進一步提高所得活性炭 的吸附性能。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明，酚醛泡沫廢料制備活性炭的方法包括：氣化，在缺氧條件和 80(Γ1000?的溫度熱處理酚醛泡沫廢料；活化，在80(Tl00(TC的溫度下用水蒸氣活化所述 酚醛泡沫廢料，得到活性炭；洗滌，除去其中的部分灰分。
[0006] 在洗滌步驟中，可以用稀酸溶液洗滌得到的活性炭，其中優(yōu)選使用稀鹽酸。
[0007] 進一步地，在酸洗后進行水洗，以將活性炭恢復為中性。優(yōu)選用熱水進行水洗。
[0008] 在本發(fā)明的另一種【具體實施方式】中，用水進行洗滌，同時對物料施加微波，這樣可 以避免酸的使用，減輕了無害化處理的負擔。
[0009] 在本發(fā)明的一種【具體實施方式】中，還包括成型步驟，在成型步驟中，向物料中混入 成型劑，然后造粒。所用的成型劑優(yōu)選是淀粉懸浮液、纖維素懸浮液或羧甲基纖維素鈉溶 液、焦油、煤焦油、聚乙烯醇、酚醛樹脂等。
[0010] 本發(fā)明有效地利用了生產(chǎn)酚醛泡沫保溫材料過程中產(chǎn)生的大量廢料，并以其為原 料制備得到了高比表面積活性炭，制備成本低，收率高，無脫灰過程，無廢酸廢堿排放，有效 地解決環(huán)保問題。

【具體實施方式】 toon] 酚醛泡沫保溫板在制備時加入了大量的有機化學試劑，對其成分分析，得：灰分為 10%、揮發(fā)份48. 06%、固定碳含量為41. 73%。本發(fā)明提出一種構思，將其中的碳元素轉化為 可工業(yè)利用的活性炭。
[0012] 在本發(fā)明的一般方面，由酚醛泡沫廢料制備活性炭的方法包含三個主要步驟，即 氣化、活化和洗滌。
[0013] 氣化是在80(n〇00°C的溫度下將廢料在缺氧氣氛中保持一段時間，使其中的部分 元素例如氫、氧變成氣體揮發(fā)掉，得以提高產(chǎn)品中的碳含量。優(yōu)選的氣化溫度為80(T90(TC。 在本發(fā)明中，氣化的時間可以控制在5~20分鐘，可以根據(jù)氣化溫度選擇氣化時間。在氣化 過程中，可以向氣化爐中通入氬氣、氮氣等氣體，以維持缺氧環(huán)境，從氣體的易得性考慮，氮 氣是優(yōu)選的。
[0014] 在進行完上述氣化后，對所得物料進行活化。在本發(fā)明的一種典型方式中，用水蒸 氣在800-1000°C的溫度進行活化。時間可以在3(Γ60分鐘。水蒸氣的用量優(yōu)選為炭化料重 量的0. 85-1. 5倍。
[0015] 盡管沒有嘗試其他活化方式，但是本發(fā)明并不排除其他活化方式。本領域技術人 員可以很容易想到使用例如二氧化碳、煙道氣、氧氣活化等其他活化方式。
[0016] 在經(jīng)過氣化和活化之后，酚醛泡沫廢料已經(jīng)呈現(xiàn)初步的活性炭形態(tài)，能去除其中 的40左右的揮發(fā)份，固定碳含量為80%左右。。其中還含有一定的基本上由無機鹽組成的 灰分，這些灰分嵌布在活性炭中，質(zhì)量占活性炭的大約30%左右，顯著降低吸附性能，也會 給使用環(huán)境帶來二次污染。因此除去這些灰分對活性炭的應用是有利的。在本發(fā)明的一種 典型實施方式中，用稀酸溶液洗滌活性炭，酸可以快速地溶解或者消耗其中的無機鹽，使其 從活性炭中脫附?？梢允褂玫南∷岚蛩帷⒘姿岷望}酸，其中優(yōu)選鹽酸。稀酸的濃度可以 在5-15%的范圍。
[0017] 作為另一種優(yōu)選方式，可以用水進行洗滌，為了提高洗滌效率，可以對活性炭施加 微波。在微波輻射下，活性炭中的無機鹽也可以快速溶入水中，這種方式可以避免消耗酸而 有利于環(huán)保。
[0018] 在上述使用酸洗滌的情況下，對于某些具體應用的活性炭(例如用于凈化液體 時)，可以對其作進一步的水洗，以除去其中的酸而呈現(xiàn)大致的中性?？梢蕴岣咚臏囟葋?達到快速洗滌的目的，例如用40°c或者更高溫度的熱水洗滌。通過實驗得出，用約60-70°C 的水洗滌活性炭，可以將用水量降低至30%左右。
[0019] 經(jīng)過上述清洗，最終得到的活性炭的灰分含量被降低至10%或者更低。
[0020] 通常，酚醛泡沫廢料在氣化之前被破碎成較小的尺寸，例如破碎至1厘米的直徑 或者以下。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，將廢料破碎至2-3毫米粒徑的小顆粒，甚至可 以更小，這種小粒徑更有利于廢料的氣化。氣化后的廢料基本呈粉末狀。在這種情況下，優(yōu) 選將氣化后的廢料進行成型，該成型步驟也可以在活化步驟之后進行。
[0021] 上述成型是指向物料中放入成型劑，然后造粒，干燥，得到顆粒狀材料。成型劑賦 予材料初粘力，使得材料在造粒時可以很好地成型，以致在后續(xù)加工步驟中具有適宜的加 工性能?？梢杂糜诒景l(fā)明的成型劑包括粘接樹脂、水溶性膠、淀粉、纖維素、焦油、煤焦油、聚 乙烯醇、酚醛樹脂等。優(yōu)選的成型劑是淀粉懸浮液、纖維素懸浮液、羧甲基纖維素鈉等，這些 成型劑是水基的，而且粘結力不太高，可以在加工過程中方便地攪拌物料，在造粒后又具有 足夠的初粘力。而且，成型劑中的有效成分在活化過程中（如果成型步驟之后進行活化）轉 化成碳粘結劑。
[0022] 在使用上述成型劑進行成型后，優(yōu)選對成型的顆粒進行固化處理，這里的固化是 通過干燥法除去成型過程中由成型劑引入的水分。這種水分去除是必需的，如果留有大量 水分存在，在活化過程中升溫速度較快，顆粒表面的水分還來不及蒸發(fā)就會在高溫下和炭 發(fā)生反應，而會過多的碳變成揮發(fā)份，降低活性炭的收率。
[0023] 實施例1 :
[0024] 將酚醛泡沫廢料粉碎至小塊（因為氣化時會將小塊轉變成粉末狀的），置于900°C 的管式爐中在氮氣保護氛圍下保溫l〇min，將氣化過的原材料與質(zhì)量分數(shù)為5%的CMC溶液 (羧甲基纖維素鈉)按重量比為1:3混合后，進行捏合、成型，再轉入烘箱中120°C下固化3小 時。固化結束后，轉入瓷坩堝中，放入電阻爐中，升溫速率設為l〇°C/min升至950°C，在水 蒸氣氛圍下保溫40min，水蒸氣用量為活化料的0. 95倍?；罨Y束后用1%的鹽酸溶液煮 沸20min再用熱自來水將產(chǎn)品洗滌至中性，真空抽濾，在150°C下烘至恒重，破碎到一定目 數(shù)即可得到成品活性炭。
[0025] 實施例2 :
[0026] 將酚醛泡沫廢料粉碎至小塊，置于850°C的管式爐中在氮氣保護氛圍下保溫 20min，將氣化過的原材料與質(zhì)量分數(shù)為5%的CMC溶液按重量比為1:2. 8混合后，進行捏 合、成型，再轉入烘箱中120°C下固化3小時。固化結束后，轉入瓷坩堝中，放入電阻爐中， 升溫速率設為l〇°C /min升至900°C，在水蒸氣氛圍下保溫60min，水蒸氣用量為活化料的 1. 25倍?；罨Y束后用1%的鹽酸溶液煮沸20min再用熱自來水將產(chǎn)品洗滌至中性，真空抽 濾，在150°C下烘至恒重，破碎到一定目數(shù)即可得到成品活性炭。
[0027] 比較例：
[0028] 將粒相同塊狀的酚醛泡沫廢料投入到炭化爐中，在通入氮氣的條件下，進行密閉 炭化作業(yè)，在40(T50(rC下炭化3小時，炭化期間每隔30分鐘將物料充分攪拌一次，每次攪 拌前將溫度降至90°C，攪拌充分后再升溫繼續(xù)炭化。炭化后冷卻出料，在700°C以水蒸氣為 活化劑在管式電熱爐內(nèi)進行活化，活化時間30分鐘，得到成品活性炭。
[0029] 表1酚醛泡沫保溫板廢料制備活性炭的性能
[0030]

【權利要求】
1. 一種由酚醛泡沫廢料制備活性炭的方法，包括下面的步驟： 氣化，在缺氧條件和8〇(Tio〇(rc的溫度熱處理酚醛泡沫廢料， 活化，在80(n〇0(TC的溫度下用水蒸氣活化所述酚醛泡沫廢料，得到活性炭， 洗滌，除去其中的部分灰分。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，用稀酸溶液洗滌得到的活性炭。
3. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，所述稀酸為稀鹽酸溶液。
4. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，在酸洗后進行水洗。
5. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其中，用熱水進行水洗。
6. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，用水進行洗滌，同時對物料施加微波。
7. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，還包括成型步驟，在成型步驟中，向物料中混入 成型劑，然后造粒。
8. 根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，所述成型劑選自淀粉懸浮液、纖維素懸浮液、羧 甲基纖維素鈉溶液、焦油、煤焦油、聚乙烯醇和酚醛樹脂中的一種或者多種。
【文檔編號】C01B31/10GK104098095SQ201310126059
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年4月11日 優(yōu)先權日:2013年4月11日
【發(fā)明者】唐一林, 江成真, 鄧剛, 劉曉敏, 焦峰, 時鋒, 李學通 申請人:濟南圣泉集團股份有限公司