專利名稱：直接用炭制造的活性炭蜂窩體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型活性炭蜂窩體及其制造方法。
活性炭是常用的吸附劑，形狀通常為顆粒狀和粉末狀。活性炭蜂窩體則具有大的幾何接觸面積和使用所需的足夠強(qiáng)度，有非常優(yōu)異的動力學(xué)性能，避免了通常活性炭的應(yīng)用裝置中由于顆粒炭或粉末炭堆積裝填阻力大易降低吸附效率等缺點(diǎn)，改善并拓寬了活性炭的使用性能和應(yīng)用領(lǐng)域。
已有活性炭蜂窩體的制造方法，根據(jù)專利申請?zhí)?9109217.X和申請?zhí)?3102811.6等文獻(xiàn)所述，主要特征可敘述為將成品活性炭磨細(xì)加入適量的無機(jī)粘結(jié)劑，攪拌混合均勻成漿料然后壓濾脫水、捏練、陳腐后在壓力擠出機(jī)中成型而得到蜂窩狀活性炭的“坯體”，根據(jù)不同使用要求，或?qū)⑦@種“坯體”低溫焙燒后制得成品(不耐水)，或?qū)ⅰ芭黧w”用石墨粉填滿并焙燒到1100～1200℃制得成品(耐水)，其他一些制備方法在上述專利申請文件中也已作了比較，本發(fā)明不再途述。
綜上所述，已有活性炭蜂窩體的制造方法有一個共同點(diǎn)，即所用的主原料是“活性炭”—把“活性炭”加工制作成活性炭蜂窩體。
本發(fā)明制造活性炭蜂窩體的基本特征是主原料不用活性炭而采用僅僅炭化了的材料(以下簡稱炭)作主原料，在制得有使用強(qiáng)度的蜂窩體的同時使炭活化從而得到活性炭蜂窩體。簡言之，把“炭”加工制作成活性炭蜂窩體。
由此可知，已有制造方法制得的活性炭蜂窩體，其作為吸附劑的使用功能——大的吸附性主要是原料中的活性炭預(yù)有的，與制造方法基本無關(guān)。而本發(fā)明制得的活性炭蜂窩體，其作為吸附劑的使用功能——大的吸附性卻不是原料預(yù)有的，而是完全通過制造方法獲得的。由此可見，本發(fā)明與已有的活性炭蜂窩體制造方法是根本不同的。還有值得一提的是，專利申請?zhí)?9109217.X申請文件中也包含用炭制造蜂窩體的內(nèi)容，但它只是用炭化料制造炭蜂窩體而不是用炭化料制造活性炭蜂窩體，與本發(fā)明仍根本不同。由上述比較也可以知道本發(fā)明要解決的技術(shù)關(guān)鍵是如何使蜂窩坯體中的炭活化成為活性炭并同時得到使用所需的其他性能和強(qiáng)度的蜂窩體。
下面敘述本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容。
本發(fā)明有如下特征一、配料中主原料不用成品活性炭而用通常稱之為“炭”的沒有活性或活性非常小的炭化材料，配比為原料總重量的30～75％?！疤俊卑?、果殼、鋸末等植物源材料以及天然煤和其他含碳原材料經(jīng)炭化工藝而成。
二、配料時特別加入我們稱之為“活化材料”的碳酸鹽材料，焙燒至一定溫度時它能分解放出“活化劑”——二氧化碳?xì)怏w使炭活化。為了使活化過程加快和活化完全，還加入少量的活化催化劑——工業(yè)純堿。
二氧化碳使炭活化的反應(yīng)機(jī)理可用下式表示V=K1·Pco21+K2·Pco+K3·Pco2-------(1)]]>式中，V是二氧化碳對炭的活化速度，PCO和PCO2分別是一氧化碳和二氧化碳的分壓，K1、K2、K3為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。由(1)式可知，PCO和PCO2的大小影響活化速度V。實(shí)際上控制配料中的碳酸鹽加入量可控制PCO2和PCO，從而使活化反應(yīng)在最佳速率下進(jìn)行。大量實(shí)踐證明，加入相當(dāng)于炭10～15％的碳酸鹽材料和1％的工業(yè)純堿活化效果好。
三、一氧化碳和二氧化碳的分壓與焙燒活化爐的性質(zhì)和溫度有關(guān)，為了有效控制PCO和PCO2，焙燒活化爐采用電爐而不用燃油、燃?xì)饣蛉济旱母G爐，焙燒活化爐上下溫差不大于±5℃。操作制度為；最高焙燒活化溫度900～1000℃并保溫1～2小時，升溫至750℃時開始至最高焙燒活化溫度保溫后再降溫至750℃時為止，控制這一過程的時間在6～7小時。
四、焙燒活化爐升溫至750℃時開始從電爐上下幾個不同方位通入水蒸氣，一直持續(xù)至最高焙燒活化溫度保溫1～2小時再降溫至750℃時關(guān)閉水蒸氣，控制水蒸氣的通入量為爐內(nèi)坯體總重量的2倍左右。這樣做的目的是使活化更為完全和一致。
本發(fā)明制得的活性炭蜂窩體性能優(yōu)良，成本低，具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。
下面以實(shí)施例進(jìn)一步具體說明。
實(shí)施例一配比炭(木炭、果殼炭等)67份(重量，下同)，軟質(zhì)粘土10份、海泡石5份、膨潤土5份、淀粉5份、白云石8份外加純堿1份。將原料按常規(guī)粉碎并混合均勻，加工成含水量(干基，下同)28～30％的可塑料，混練2～3次后在不小于2MPa的壓力機(jī)中制得蜂窩坯體，干燥至坯體含水量5％以下時裝入電焙燒活化爐內(nèi)，裝爐方法為裸裝。通電升溫，至750℃時從電爐上部兩個相對方位(例如東和西方位)和爐子下部另兩個相對方位(例如南和北方位)向爐內(nèi)通入水蒸氣，850℃ 左右坯體內(nèi)部的碳酸鹽開始分解放出二氧化碳?xì)怏w，至950℃保溫1.5小時這段時間炭和已炭化的淀粉在二氧化碳?xì)怏w和水蒸氣雙重作用，碳酸鈉(純堿)的催化作用下基本得到完全活化，同時坯體中軟質(zhì)粘土等無機(jī)材料經(jīng)過一系列的物理化學(xué)變化后形成液相和晶相。保溫結(jié)束后斷電冷卻，至750℃時關(guān)閉水蒸氣。必須控制通入爐內(nèi)水蒸氣的總量約為爐內(nèi)坯體總重量的2倍左右，并使這段過程的時間為6～7小時左右。冷卻至200℃以下時爐門才能打開，至常溫時取出制品。得到的活性炭蜂窩體是一種由無機(jī)粘結(jié)材料將已經(jīng)活化的炭松散而均勻地粘結(jié)為一個蜂窩整體的具有一定強(qiáng)度和耐水能力，又具有發(fā)達(dá)孔隙和較大幾何表面以及小的流體阻力的新型活性炭品種——活性炭蜂窩體。
本發(fā)明制得的活性炭蜂窩體，正壓(平行于通道方向)強(qiáng)度大于1.5MPa，側(cè)壓(垂直于通道方向)強(qiáng)度大于0.25MPa，苯吸附量大于0.15克/克活性炭，在表面風(fēng)速0.8m/s時，阻力不大于50毫米水柱(床層厚度60厘米)，在水中長時間浸泡未有破損開裂和溶出物。
權(quán)利要求
1.一種直接用炭制造的活性炭蜂窩體，其特征在于配料中采用占原料總重量30～75％的炭，相當(dāng)于炭重量10～15％的碳酸鹽和1％的工業(yè)純堿，剩余組份用粘土和少量有機(jī)粘合劑，加工成型為炭蜂窩坯體，在焙燒的同時直接使炭活化為活性炭而得到活性炭蜂窩體。
2.權(quán)利要求1中所述的炭是指木、果殼、鋸末等植物源材料，天然煤和其他合炭原材料經(jīng)“炭化”工藝而得到的通常稱為“炭”的物質(zhì)。
3.權(quán)利要求1中所述的碳酸鹽可以是天然碳酸鹽類礦物例如石灰石、白云石等，也可以是工業(yè)碳酸鹽材料。
4.權(quán)利要求1中所述粘土是指膨潤土、海泡石及其他氧化鋁含量較少的軟質(zhì)粘土。
5.權(quán)利要求1中所述的焙燒和活化是指用電焙燒活化爐在焙燒的同時利用組份中碳酸鹽材料焙燒至一定溫度時分解出來的二氧化碳?xì)怏w以及通入的水蒸氣雙重活化作用、工業(yè)純堿的催化作用使炭蜂窩坯體轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚蕴糠涓C體。其操作制度是(1)最高焙燒活化溫度900～1000℃保溫1～2小時，上下溫差不大于±5℃；(2)升溫至750℃開始通入水蒸氣一直到最高溫度并保溫1～2小時后降溫至750℃關(guān)閉水蒸氣，控制整個這一過程的時間為6～7小時，水蒸氣的通入量為裝爐坯體總重量的2倍左右。
全文摘要
一種直接用炭制造的活性炭蜂窩體及其工藝方法，其特征在于主原料不用活性炭而用炭，再加入適量碳酸鹽及工業(yè)純堿，在高溫下分解放出活化劑—二氧化碳?xì)怏w，剩余組份為粘土和少量有機(jī)粘合劑，用電焙燒活化爐焙燒活化，最高焙燒活化溫度900～1000℃并保溫1～2小時，升溫至750℃時通入水蒸汽并控制通入量及升溫、保溫、降溫的時間。制得的是一種耐水，吸附性、動力學(xué)性能和使用強(qiáng)度都好的新型活性炭蜂窩體。
文檔編號B01J20/30GK1153681SQ9512097
公開日1997年7月9日 申請日期1995年12月31日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月31日
發(fā)明者汪祥麟, 陳魁學(xué) 申請人:汪祥麟