一種化學法制備顆?；钚蕴康姆椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明提供了一種化學法制備顆?；钚蕴康姆椒?，將植物原料破碎至20-80目，烘干，與堿脲體系混合，依次進行低溫溶解、捏合、成型、干燥、炭活化、回收、漂洗、烘干后得到產品。本發(fā)明借助堿脲體系溶解纖維素，形成膠粘物，對物料產生膠合和塑化作用，以使物料在不添加粘結劑的條件下成型，制得的顆粒活性炭具有高吸附性和高機械強度。
【專利說明】一種化學法制備顆?；钚蕴康姆椒?br> 【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于活性炭制備領域，具體涉及一種化學法制備顆粒活性炭的方法。
【背景技術】
[0002]活性炭作為一種多孔性碳材料，因其具有發(fā)達的孔隙結構和巨大的比表面積，物理化學性質穩(wěn)定，耐酸堿，耐高溫以及表面含有多種官能團等特性，而被廣泛應用于化工、制藥、食品和環(huán)保等各個領域。特別是，以燃煤為主的我國造成的空氣污染，產生了大量的煙塵、SO2和NOx，嚴重地影響了人們的居住環(huán)境，使得顆?；钚蕴康难芯亢蛻糜辛溯^快的發(fā)展。綜觀國內外其他顆?；钚蕴可a方法，原料包括木質、煤炭、石油、塑料等，以Η3Ρ04、ZnCl2、K0H或NaOH等為活化劑，加浙青、樹脂類和活性白土等作粘結劑，經(jīng)混捏擠壓成型，再采用氣體活化法或化學活化法進行炭活化，最終后處理形成產品。
[0003]目前，顆粒狀活性炭的制備方法主要有兩種:物理或活化法和化學活化法。物理活化法是采用粘結劑進行成型，成型后再采用物理法在較高溫度下進行炭活化，王銳等采用羧甲基纖維素鈉為粘結劑，制備成型活性炭，討論了粘結劑添加量和炭化溫度對活性炭孔結構、吸附性能和強度的影響。研究結果表明，隨著粘結劑添加量的增加，成型活性炭的比表面積、孔容積和吸附性能逐漸降低。該法存在能耗高、得率低、價格高等不足，而且粘結劑的使用 會對活性炭的孔隙產生一定的堵塞。
[0004]與物理活化法制備顆?；钚蕴肯啾?，化學法有利于提高產品得率，降低能耗和生產成本，具有一定的經(jīng)濟和社會效益?；瘜W法利用捏合加熱過程中生成焦油等可以起到增塑和粘結性能的物質，在無需另外添加塑化劑和粘結劑的條件下，實現(xiàn)原料的自成型，制得顆?；钚蕴?。孟中磊等以桉樹鋸末為原料，采用磷酸法制備顆粒活性炭，研究了活化溫度、浸潰比、活化時間等對產品吸附性能、得率和強度的影響。結果表明，顆?；钚蕴康牡馕街?、亞甲基藍吸附值和強度分別可達到790、172.5 mg/g和95%。Usmani等以堿抽出去灰分的稻殼為原料，在不額外添加粘結劑的條件下，采用氯化鋅法制備顆?；钚蕴?。結果表明，以75%氯化鋅作為活化劑可以制得強度較高，微孔、中孔和大孔結構發(fā)達的顆?；钚蕴?。
[0005]然而，目前顆?；钚蕴恐苽洳粌H存在生產成本大等問題，而且難于在滿足良好吸附性能的基礎上，保持較高的機械強度。與目前公開的顆?；钚蕴恐苽浞椒ǖ南嚓P專利對t匕，本發(fā)明優(yōu)勢在于工藝簡化，成本降低，化學藥劑用量少，在良好吸附性能基礎下具有足夠高的機械強度。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種化學法制備顆?；钚蕴康姆椒ǎ柚鷫A脲體系溶解纖維素，形成膠粘物，對物料產生膠合和塑化作用，以使物料在不添加粘結劑的條件下成型，制得的顆?；钚蕴烤哂懈呶叫院透邫C械強度。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
一種化學法制備顆粒活性炭的方法包括以下步驟:(1)將植物原料破碎至20-80目，烘干備用；
(2)將步驟(1)的植物屑與堿脲體系混合；
(3)步驟(2)的混合物依次進行低溫溶解、捏合、成型、干燥、炭活化、回收、漂洗、烘干后得到產品。
[0008]所述的堿脲體系為堿脲水溶液，其中的堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰中的一種，脲為尿素或硫脲。
[0009]堿脲體系中堿脲的質量比為7-21:12-24。
[0010]低溫溶解為-20~(TC迅速混勻。
[0011]植物屑與堿脲體系的質量比為1:0.5-1.5。
[0012]常溫捏合l_3h。
[0013]活化溫度為550-950°C，時間為 30_90min。
[0014]本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于:借助堿脲體系溶解纖維素，形成膠粘物，對物料產生膠合和塑化作用，以使物料在不添加粘結劑的條件下成型，制得的顆?；钚蕴烤哂懈呶叫院透邫C械強度，藥劑利用率高，制備成本低，有利于推廣應用。
【具體實施方式】
[0015]一種化學法制備顆?；钚蕴康姆椒òㄒ韵虏襟E:
(1)將植物原料破碎至20-80目，烘干備用；
(2)將步驟(1)的植物屑與堿脲體系混合；
(3)步驟(2)的混合物依次進行低溫溶解、捏合、成型、干燥、炭活化、回收、漂洗、烘干后得到產品。
[0016]所述的堿脲體系為堿脲水溶液，其中的堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰中的一種，脲為尿素或硫脲。
[0017]堿脲體系中堿脲的質量比為7-21:12-24。
[0018]低溫溶解為-20~(TC迅速混勻。
[0019]植物屑與堿脲體系的質量比為1:0.5-1.5。
[0020]常溫捏合l_3h。
[0021]活化溫度為550-950°C，時間為 30_90min。
[0022]本發(fā)明首先利用低溫溶解技術，因為低溫下堿脲體系中的NaOH水合物更容易與纖維素上-OH結合形成新的氫鍵網(wǎng)絡，從而破壞纖維素分子間及分子內的氫鍵作用；而尿素分子很容易自組裝形成包合物，阻止了纖維素分子重新結合，從而導致了纖維素的溶解。植物原料中的纖維素溶解形成膠粘物，從而對物料產生了膠合、塑化作用；捏合擠壓成型、造粒、干燥后物料形成了顆粒形狀；在隨后的炭活化過程中，體系中的堿進一步起作用，大大促進了物料的炭化、活化過程；另一方面，由于堿的催化降解作用，促使碳前軀體發(fā)生脫水、低分子化形成糠醛等低分子物；在高溫活化和催化劑作用下，這些低分子物又相互縮合成堅固的締合結構，從而形成高強度的顆粒活性炭，同時也生成氣體逸出物料體系，從而產生了造孔作用。
[0023]實施例1:按重量計算，事先配制14%Na0H/24%尿素溶液(其中水62wt%)，置于冰箱冷凍備用。將50g粒徑60目的杉木粉加到75g解凍至-20°C的氫氧化鈉/尿素溶液中，快速攪拌混勻后，顏色由淡黃色迅速轉變?yōu)樽睾稚勰┯煞稚钷D化為粘稠的團狀；然后放入Z型雙槳攪拌捏合機中常溫下充分混捏2h后，顏色無明顯變化，團狀粘稠度增加；再將團狀放入前擠式雙螺桿擠條機壓制成Φ2.5mm柱狀出條，裝在瓷盤中放入105°C烘箱中，固化IOh ;接著將柱狀物裝入坩鍋，加蓋，放入馬弗爐，通入1.0L/min氮氣保護，以10°C /min升至800°C保溫Ih進行炭活化。降溫取出，冷卻后直接裝封即成產品；或用熱水反復洗滌至PH值達6為止，于105°C烘箱中烘干6h，即為高強度顆粒活性炭產品。
[0024]實施例2:按重量計算，事先配制7%K0H/12%尿素溶液(其中水81wt%)，置于冰箱冷凍備用。將50g粒徑20目的杉木粉加到50g解凍至0°C的KOH /尿素溶液中，快速攪拌混勻后，顏色由淡黃色迅速轉變?yōu)樽睾稚?，粉末由分散狀轉化為粘稠的團狀；然后放入Z型雙槳攪拌捏合機中常溫下充分混捏Ih后，顏色無明顯變化，團狀粘稠度增加；再將團狀放入前擠式雙螺桿擠條機壓制成Φ2.5mm柱狀出條，裝在瓷盤中放入105°C烘箱中，固化12h ;接著將柱狀物裝入坩鍋，加蓋，放入馬弗爐，通入1.5L/min氮氣保護，以15°C /min升至550°C保溫30min進行炭活化。降溫取出，冷卻后直接裝封即成產品；或用熱水反復洗滌至pH值達7為止，于105°C烘箱中烘干8h，即為高強度顆?；钚蕴慨a品。
[0025]實施例3:按重量計算，事先配制21%NaOH/12%硫脲溶液(其中水67wt%)，置于冰箱冷凍備用。將50g粒徑80目的杉木粉加到25g解凍至-10°C的氫氧化鈉/硫脲溶液中，快速攪拌混勻后，顏色由淡黃色迅速轉變?yōu)樽睾稚?，粉末由分散狀轉化為粘稠的團狀；然后放入Z型雙槳攪拌捏合機中常溫下充分混捏3h后，顏色無明顯變化，團狀粘稠度增加；再將團狀放入前擠式雙螺桿擠條機壓制成Φ2.5mm柱狀出條，裝在瓷盤中放入105°C烘箱中，固化Ilh ;接著將柱狀物裝入坩鍋，加蓋，放入馬弗爐，通入1.2L/min氮氣保護，以12°C /min升至950°C保溫1.5h進行炭活化。降溫取出，冷卻后直接裝封即成產品；或用熱水反復洗滌至PH值達7為止，于105°C烘箱中烘干7h，即為高強度顆?；钚蕴慨a品。
[0026]依據(jù)國家標準GB/T12496.10-1999的方法，測定三個不同質量比NaOH/尿素的耐磨強度。如表1所示，顆?；钚蕴康膹姸染笥?9%，說明本發(fā)明制備的產品具有很高的機械強度。
[0027]顆?；钚蕴康牡馕街禍y定按GB/T 12496-1999相應方法進行。
[0028]表1制備工藝及產品性能
【權利要求】
1.一種化學法制備顆粒活性炭的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將植物原料破碎至20-80目，烘干備用； (2)將步驟(1)的植物屑與堿脲體系混合； (3)步驟(2)的混合物依次進行低溫溶解、捏合、成型、干燥、炭化、活化、回收、漂洗、烘干后得到產品。
2.根據(jù)權利要求1所述的化學法制備顆?；钚蕴康姆椒ǎ涮卣髟谟?所述的堿脲體系為堿脲水溶液，其中的堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰中的一種，脲為尿素或硫脲。
3.根據(jù)權利要求2所述的化學法制備顆?；钚蕴康姆椒?，其特征在于:堿脲體系中堿脲的質量比為7-21:12-24。
4.根據(jù)權利要求1所述的化學法制備顆?；钚蕴康姆椒?，其特征在于:低溫溶解為-20~(TC迅速混勻。
5.根據(jù)權利要求1所述的化學法制備顆?；钚蕴康姆椒?，其特征在于:植物屑與堿脲體系的質量比為1:0.5 - 1.5。
6.根據(jù)權利要求1所述的化學法制備顆?；钚蕴康姆椒?，其特征在于:常溫捏合l_3h。
7.根據(jù)權利要求1所述的化學法制備顆?；钚蕴康姆椒?，其特征在于:活化溫度為550-950°C，時間為 30-90min。
8.—種如權利要求1所述的方法制得的顆?；钚蕴?，其特征在于:所述的顆粒活性炭的耐磨強度大于99%。
【文檔編號】C01B31/08GK103950929SQ201410219043
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權日:2014年5月23日
【發(fā)明者】黃彪, 盧燕鳳, 林冠烽, 李燃, 盧麒麟, 李濤, 唐麗榮, 曾常偉, 陳學榕, 陳燕丹, 呂建華 申請人:福建農林大學