一種表面陶化炭吸附材料的制備方法及設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及炭材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種表面陶化炭吸附材料的制備方法及設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，我國(guó)大氣灰霾污染日趨嚴(yán)重，如何治霾已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。城市灰霾的元兇是PM2.5，是嚴(yán)重危害人體健康的污染物，其主要化學(xué)成分有水溶性無(wú)機(jī)鹽、不溶性礦物質(zhì)和含碳物質(zhì)等，其中含碳物質(zhì)又包括水溶性和非水溶性有機(jī)化合物及元素碳?；钚蕴坎牧蠌脑砩峡晌饺コ⊿02、氮氧化物、煙塵粒子、汞、二惡英、呋喃、重金屬、揮發(fā)性有機(jī)物及其他微量元素等在內(nèi)的污染物，這些污染物與PM2.5主要污染物組分有機(jī)碳(OC)、元素碳(EC)、硝酸鹽、硫酸鹽、銨鹽、鈉鹽(Na+)以及易產(chǎn)生PM2.5污染物的前驅(qū)物S02和NOx等相對(duì)應(yīng)。因此，利用活性炭不同的結(jié)構(gòu)與化學(xué)特征，實(shí)現(xiàn)不同物質(zhì)的吸附降解功能，對(duì)于治理大氣灰霾中的PM2.5污染物具有良好的潛力。
[0003]雖然活性炭具備凈化吸附氣相中存在的各類污染物的潛力，但是在工業(yè)煙氣尾氣凈化應(yīng)用領(lǐng)域多數(shù)集中在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)階段。宄其原因，主要在于:實(shí)際工業(yè)煙氣體積流量大，PM2.5污染物成分比較復(fù)雜、含量低且總量大等特點(diǎn)，使活性炭的應(yīng)用必須同時(shí)解決以下三個(gè)問(wèn)題:1)良好的多樣吸附性，同時(shí)具備吸附PM2.5污染物中極性與非極性物質(zhì)的良好潛力；2)良好成型強(qiáng)度，較高的抗壓耐磨性能，使用過(guò)程損耗低，不造成新的炭粉塵污染；3)良好的熱再生性能，脫附便捷，循環(huán)利用率高。顯然，活性炭的物理化學(xué)性質(zhì)決定自身不容易解決上述問(wèn)題，尤其活性炭成型與加熱法再生均會(huì)不同程度降低活性炭吸附性能，循環(huán)使用過(guò)程中擠壓、沖刷與磨損也不可避免造成細(xì)顆粒炭粉塵次生污染。民用活性炭類空氣凈化材料因采用不同有機(jī)材質(zhì)濾布作為炭載體而得到了廣泛使用，但其不可再生脫附、循環(huán)使用困難以及制造成本高等特點(diǎn)無(wú)法直接移稹到大規(guī)模的工業(yè)煙氣尾氣深度凈化場(chǎng)合中使用。因此，將無(wú)機(jī)多孔材料作為活性炭載體，在工業(yè)應(yīng)用中表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)。
[0004]活性炭易吸附非極性分子，對(duì)極性有機(jī)物特別是危害較大的鹵代烴等吸附效果一般；無(wú)機(jī)陶質(zhì)多孔材料如陶粒等也具有良好的吸附特性，其帶有金屬離子、不飽和電荷，表面呈強(qiáng)極性，對(duì)極性分子和不飽和分子有很強(qiáng)親和力，對(duì)極化率大的非極性分子也有較高選擇吸附優(yōu)勢(shì)，這在水質(zhì)凈化領(lǐng)域污染物去除方面已經(jīng)得到應(yīng)用。結(jié)合國(guó)內(nèi)外的研宄，可以發(fā)現(xiàn):將活性炭與陶粒材料有機(jī)組合，利用無(wú)機(jī)陶質(zhì)多孔材料作為外殼，包裹內(nèi)部活性炭芯，制備表面陶化活性炭材料，可以明顯提高成型活性炭機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)相對(duì)獨(dú)立地保持陶粒與活性炭各自良好的吸附特性，實(shí)現(xiàn)吸附功能互補(bǔ)，大大降低了成型活性炭的成本，擴(kuò)展了活性炭的功能。制備表面陶化活性炭材料用于凈化煙氣中PM2.5污染物，需要著重解決以下兩個(gè)方面的科學(xué)問(wèn)題:一、實(shí)現(xiàn)在活性炭顆粒表面包裹高強(qiáng)度的陶質(zhì)外殼，并合理控制陶炭界面反應(yīng)，使內(nèi)部活性炭顆粒在經(jīng)歷高溫?zé)珊?，依然保持良好?qiáng)度與吸附性能；二、調(diào)控陶化表面的孔結(jié)構(gòu)，使PM2.5污染物中的極性分子優(yōu)先被陶化表層吸附，而非極性分子能夠順利透過(guò)表面陶層進(jìn)入內(nèi)部并被活性炭吸附，從而充分發(fā)揮組合優(yōu)勢(shì)。有關(guān)上述研宄，國(guó)內(nèi)外未見相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)度、高吸附、多功能、低成本”表面陶化活性炭材料的制備方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種表面陶化炭吸附材料的制備方法，其特征在于，步驟為，
活性炭芯顆粒的制備:將活性炭粉末與粘結(jié)劑混合成型制備活性炭芯顆粒；
陶化料的制備:將無(wú)機(jī)混合料與調(diào)孔劑按一定比例混合研磨制成陶化料；
外表覆蓋陶化生料殼的炭顆粒的制備:將所述活性炭芯顆粒作為母球，利用表面粘附造粒裝置將所述陶化料均勻粘附在炭芯顆粒表面，得到外表覆蓋陶化生料殼的炭顆粒；干燥:對(duì)所述外表覆蓋陶化生料殼的炭顆粒進(jìn)行干燥；
預(yù)熱及高溫?zé)Y(jié)處理:對(duì)干燥后的物料進(jìn)行中溫預(yù)熱及高溫?zé)Y(jié)處理；
冷卻:燒結(jié)后的產(chǎn)品通氮?dú)饫鋮s至室溫后出料，得到表面陶化活性炭顆粒。
[0007]進(jìn)一步，所述活性炭粉末是成型難度高的木質(zhì)物理法粉末活性炭。
[0008]任選的，所述的粘結(jié)劑為用于活性炭成型的普通無(wú)機(jī)粘結(jié)劑或有機(jī)粘結(jié)劑，成型粒度>5_，成型顆粒強(qiáng)度滿足粘附造粒時(shí)不粉碎即可；重量添加比例為小于30%。
[0009]進(jìn)一步，所述調(diào)孔劑為碳酸鈣、可溶性淀粉或明膠；重量添加比例小于10%。
[0010]進(jìn)一步，所述無(wú)機(jī)混合料由膨潤(rùn)土、娃藻土、高嶺土、頁(yè)巖、河沙、玻璃粉、粉煤灰、城市污水廠污泥或河床底泥中的一種或一種以上混合配制；混合后主要化學(xué)成分控制在如下重量范圍內(nèi) -S12:48%-68% ；A1203:15%-20% ；Fe203:3%-8%; CaO+MgO: 2%-8% ；K2CHNa20:4%-10%，C:3%_6%，粒度控制為100目以下。其中，CaO+MgO為一類物質(zhì)，在生成陶化殼層的作用相似，兩者占總物料比的和在控制范圍內(nèi)即可；同理，K2CHNa2O也是歸為堿金屬類，為一類物質(zhì)，兩者占總物料比的和在控制范圍內(nèi)即可。
[0011]進(jìn)一步，所述外表覆蓋陶化生料殼的炭顆粒的制備步驟為，將所述活性炭芯顆粒作為母球，放在表面粘附造粒裝置中，噴入硅酸鈉溶液攪拌；優(yōu)選攪拌20分鐘，讓活性炭顆粒充分浸潤(rùn)硅酸鈉溶液；再將所制備的陶化料倒入表面粘附造粒裝置中，繼續(xù)攪拌10?30min，待活性炭顆粒表面已被陶化料粉末完全包裹后，即得到外表覆蓋陶化生料殼的炭顆粒；
優(yōu)選的，所述噴入硅酸鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-20%，所述硅酸鈉溶液制備方法為將硅酸鈉粉末與水按1:4?8質(zhì)量比混合，添加0.1%醋酸，在80-90°C條件下攪拌加熱均勻。
[0012]進(jìn)一步，所述干燥步驟中，干燥溫度小于等于105°C，干燥后含水率降至2%以下； 任選的，所述預(yù)熱及高溫?zé)Y(jié)處理步驟中，預(yù)熱溫度為400-600°C，預(yù)熱時(shí)間為10-20
分鐘；高溫?zé)Y(jié)溫度為1150-1400°C，燒結(jié)終恒溫時(shí)間為10-15分鐘；
任選的，所述冷卻步驟中，冷卻速度控制在〈20 °C /min。
[0013]另一方面，本發(fā)明還保護(hù)所述表面陶化炭吸附材料的制備方法制備得到的表面陶化炭吸附材料。
[0014]所述制備得到的表面陶化炭吸附材料用于吸附極性或非極性污染物，優(yōu)選的，吸附去除重金屬或有機(jī)污染物。
[0015]另一方面，本發(fā)明還保護(hù)所述制備得到的表面陶化炭吸附材料用于廢水、廢氣或廢泥中污染物處理的用途。
[0016]另一方面，本發(fā)明還提供一種所述表面陶化炭吸附材料的制備方法的設(shè)備，其特征在于，由定量給料裝置(1、2、8和9)，混合裝置(3)、成型裝置(4)、輸送裝置(5、11、13、14和16)、表面粘附造粒裝置(6)、霧化噴射加濕裝置(7)、混合細(xì)磨裝置(10)、篩分裝置(12)、干燥裝置(15)、中溫預(yù)熱裝置(17)、高溫?zé)Y(jié)裝置(18)和冷卻裝置(19)組成；
其中1#定量給料裝置(I)出口與混合裝置(3)入口相連；2#定量給料裝置(2)出口與混合裝置(3)入口相連；混合裝置(3)出口與成型裝置(4)相連；成型裝置(4)出口與1#輸送裝置(5 )相連；1#輸送裝置(5 )出口與表面粘附造粒裝置(6 )入口相連；表面粘附造粒裝置(6)配有霧化噴射加濕裝置7 ；
3#定量給料裝置(8)出口與混合細(xì)磨裝置(10)入口相連；4#定量給料裝置(