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一种 生物质原料配合提高成型 活性炭强度的方法及其产品

阅读：658发布：2023-01-12

专利汇可以提供一种生物质原料配合提高成型活性炭强度的方法及其产品专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种生物质原料配合提高成型活性炭强度的方法及其产品，属于新型活性炭复合制备技术领域。该方法为在磷酸活化法制备活性炭的过程中，生物质原料与植物纤维配合作为制备活性炭的配料，植物纤维与生物质原料的质量比为1∶1～1∶9。本发明通过添加植物纤维替代黏结剂，克服了传统木质、煤质活性炭成型过程中外加黏结剂所带来的污染大、高成本、灰分高、稳定性差、产品性能下降等问题，为制备高强度、吸附性能好的成型活性炭提供了新方法；制备得到的活性炭耐磨强度高达98％，活性炭碘吸附值达到1159mg/g、亚甲基蓝吸附值达到270mg/g。，下面是一种生物质原料配合提高成型活性炭强度的方法及其产品专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种生物质原料配合提高成型活性炭强度的方法，其特征在于，在磷酸活化法制备活性炭的过程中，生物质原料与植物纤维配合作为制备活性炭的配料，植物纤维与生物质原料的质量比为1∶1～1∶9。
2.根据权利要求1所述的生物质原料配合提高成型活性炭强度的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)将生物质原料与植物纤维配合作为制备活性炭的配料，然后与磷酸混合，磷酸与配料混合后进行加热浸渍；所述浸渍温度为120～170℃，浸渍时间为1～3h，配料与磷酸的浸渍比为1∶0.5～1∶3，磷酸溶液浓度为30％～60％；
(2)浸渍结束后将混合物转移到成型模具中成型，成型后烘干至硬化，硬化后破碎至长度为1～2cm的颗粒，移至活化炉中进行活化，活化后经漂洗、过滤、筛分、干燥，即得成品活性炭；所述活化温度为450～550℃，活化时间为0.5～2h。
3.根据权利要求1或2所述的生物质原料配合提高成型活性炭强度的方法，其特征在于，所述生物质原料为木屑、椰壳粉或煤粉。
4.根据权利要求1或2所述的生物质原料配合提高成型活性炭强度的方法，其特征在于，所述植物纤维为大麻纤维、棉花纤维或竹纤维，植物纤维长度为1-50mm。
5.根据权利要求2所述的生物质原料配合提高成型活性炭强度的方法，其特征在于，所述浸渍温度为140～160℃，浸渍时间为2h，配料与磷酸的浸渍比为1∶1.5～3，磷酸溶液浓度为55％～60％。
6.根据权利要求2所述的生物质原料配合提高成型活性炭强度的方法，其特征在于，所述活化温度为450～500℃，活化时间为1～2h。
7.权利要求1所述生物质原料配合提高成型活性炭强度的方法制备得到的活性炭。
8.根据权利要求7所述生物质原料配合提高成型活性炭强度的方法制备得到的活性炭，其特征在于，所述活性炭为柱状活性炭或球形活性炭。
9.根据权利要求7所述生物质原料配合提高成型活性炭强度的方法制备得到的活性炭，其特征在于，所述活性炭直径为2～6mm。

说明书全文

一种生物质原料配合提高成型 活性炭强度的方法及其产品

技术领域

[0001] 本发明属于新型活性炭复合制备技术领域，具体涉及一种生物质原料配合提高成型活性炭强度的方法及其产品。

背景技术

[0002] 活性炭是一种涉及民用、军事、航天等众多领域的重要材料，成型活性炭因其具有可控的形状、较高堆积密度、无粉尘污染、易包装运输的特点，易于满足不同行业的用途，在气相吸附领域是粉末活性炭无法替代的。传统的磷酸活化法制备生物质成型活性炭时，为提高活性炭的强度，往往通过外加黏结剂成型，由于黏结剂的加入，一方面堵塞了活性炭的部分孔隙，使得制备的活性炭的比表面积、总孔容积较小，吸附性能较差，灰分含量高；另一方面增加了生产成本，且存在黏结剂污染大、消耗量高等问题。

[0003] 公开专利和文献虽然都制备了性能较好的活性炭，但无法同时实现活性炭的高吸附性能、高强度。授权专利CN104628000B以椰壳粉为原材料，与粘结剂混合后，加入活化剂浸渍活化，经挤压成型、炭化活化后制备了高强度活性炭，但由于粘结剂的加入，堵塞了部分孔隙，所制活性炭的比表面积、总孔容积较小，吸附性能较差。授权专利CN101337671公开了一种使用沥青为黏结剂，将沥青、煤粉、水混合后通过造粒设备成型制备活性炭的方法，该发明使用沥青为黏结剂，污染较大，并且制备过程没有进行活化，制备的活性炭吸附性能较低。公开专利CN106082215A以聚乙烯醇为粘结剂制备了高强度成型活性炭。该方法活性炭的孔隙容易被聚乙烯醇堵塞，并且聚乙烯醇不耐高温，以聚乙烯醇为粘结剂成型的活性炭在再生或较高温度使用时，还存在强度下降严重的缺点。福建农林大学利用磷酸木屑混化料自身热解过程中产生的焦油作为粘结剂，制备自成型颗粒活性炭。该方法不需要外加黏结剂，但需要较高温度产生焦油，能量消耗增加，且制备的活性炭强度与使用黏结剂成型活性炭有一定差距。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种生物质原料配合提高成型活性炭强度的方法，解决现有磷酸法成型活性炭制备过程中，不使用黏结剂时强度差，使用黏结剂时导致活性炭吸附性能差、灰分含量高、污染大、成本高等问题。本发明要解决的另一个技术问题是提供一种生物质原料配合提高成型活性炭强度的方法制备得到的活性炭，制得的活性炭强度高、吸附性能好。

[0005] 为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

[0006] 一种生物质原料配合提高成型活性炭强度的方法，在磷酸活化法制备活性炭的过程中，生物质原料与植物纤维配合作为制备活性炭的配料，植物纤维与生物质原料的质量比为1∶1～1∶9。具体包括以下步骤：

[0007] (1)将生物质原料与植物纤维配合作为制备活性炭的配料，然后与磷酸混合，磷酸与配料混合后进行加热浸渍；所述浸渍温度为120～170℃，浸渍时间为1～3h，配料与磷酸的浸渍比为1∶0.5～1∶3，磷酸溶液浓度为30％～60％；

[0008] (2)浸渍结束后将混合物转移到成型模具中成型，成型后烘干至硬化，硬化后破碎至长度1～2cm的颗粒，移至活化炉中进行活化，活化后经漂洗、过滤、筛分、干燥，即得成品活性炭；所述活化温度为450～550℃，活化时间为0.5～2h。

[0009] 所述生物质原料配合提高成型活性炭强度的方法，所述生物质原料为木屑、椰壳粉或煤粉。

[0010] 所述生物质原料配合提高成型活性炭强度的方法，所述植物纤维为大麻纤维、棉花纤维或竹纤维，植物纤维长度为1-50mm。

[0011] 所述生物质原料配合提高成型活性炭强度的方法，所述浸渍温度为140～160℃，浸渍时间为2h，配料与磷酸的浸渍比为1∶1.5～3，磷酸溶液浓度为55％～60％。

[0012] 所述生物质原料配合提高成型活性炭强度的方法，所述活化温度为450～500℃，活化时间为1～2h。

[0013] 上述生物质原料配合提高成型活性炭强度的方法制备得到的活性炭。

[0014] 所述生物质原料配合提高成型活性炭强度的方法制备得到的活性炭，所述活性炭为柱状活性炭或球形活性炭。

[0015] 所述生物质原料配合提高成型活性炭强度的方法制备得到的活性炭，所述活性炭直径为2～6mm。

[0016] 有益效果：与现有的技术相比，本发明的优点包括：

[0017] (1)本发明所述方法操作简便、易于实施，具有经济环保的特点，使用的植物纤维价格低、来源广、无污染，使用的磷酸活化剂可回收重复利用。

[0018] (2)本发明以植物纤维替代黏结剂，利用植物纤维的支撑、连接、包裹、充填作用和植物纤维在一定温度下半纤维素和纤维素部分分解，发生软化、熔融、黏度增大、产生焦油和低聚糖等特点，克服了传统木质、煤质活性炭成型过程中外加黏结剂所带来的污染大、高成本、灰分高、稳定性差、产品性能下降等问题，为制备高强度、吸附性能好的成型活性炭提供了新方法。

[0019] (3)本发明所制的磷酸法活性炭具有吸附能力强、灰分低、强度高、适用范围广等特点，活性炭耐磨强度高达98％，活性炭碘吸附值为1159mg/g、亚甲基蓝吸附值为270mg/g，可用于VOCs治理、油气回收、催化剂载体等多种领域。附图说明

[0020] 图1为生物质原料配合制备成型活性炭的工艺流程图。

具体实施方式

[0021] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

[0022] 实施例1

[0023] 一种生物质原料配合提高成型活性炭强度的方法，工艺流程如图1所示。称取干燥处理后的杉树木屑过40目筛，按质量比4∶1与大麻纤维(纤维长度为1-20mm)混合作为制备活性炭的配料，按浸渍比1∶2将配料与55％磷酸溶液混合，磷酸与配料混合后进行加热浸渍，浸渍温度为140℃，浸渍时间为2h；将浸渍后的混合物转移到孔径为2mm的成型模具中，使用液压千斤顶(10吨)成型机挤出成型，成型后置于140℃烘箱中烘干直至硬化，破碎至长度小于1cm的颗粒，移至450℃的活化炉中进行活化，活化时间为1h，活化后漂洗、过滤、筛分、干燥，制得成品活性炭，成品活性炭碘吸附值967mg/g，亚甲基蓝吸附值225mg/g，耐磨强度96％。

[0024] 实施例2

[0025] 称取干燥处理后的煤粉过40目筛，按质量比1∶1与大麻纤维(纤维长度为1-10mm)混合作为制备活性炭的配料，按浸渍比1∶3将配料与60％磷酸溶液混合，磷酸与配料混合后进行加热浸渍，浸渍温度为160℃，浸渍时间为2h；将浸渍后的混合物转移到孔径为6mm的成型模具中，使用液压千斤顶(10吨)成型机挤出成型，成型后置于140℃烘箱中烘干直至硬化，破碎至长度小于2cm的颗粒，移至500℃的活化炉中进行活化，活化时间1h，活化后漂洗、过滤、筛分、干燥，制得成品活性炭，成品活性炭碘吸附值723mg/g，亚甲基蓝吸附值135mg/g，耐磨强度98％。

[0026] 实施例3

[0027] 称取干燥处理后的椰壳粉过40目筛，按质量比5∶1与棉花纤维(纤维长度为1-10mm)混合作为制备活性炭的配料，按浸渍比1∶1.5将配料与55％磷酸溶液混合，磷酸与配料混合后进行加热浸渍，浸渍温度为140℃，浸渍时间为2h；将浸渍后的混合物转移到孔径为2mm的成型模具中，使用液压千斤顶(10吨)成型机挤出成型，成型后置于140℃烘箱中烘干直至硬化，破碎至长度小于1cm的颗粒，移至450℃的活化炉中进行活化，活化时间1h，活化后漂洗、过滤、筛分、干燥，制得成品活性炭，成品活性炭碘吸附值1159mg/g，亚甲基蓝吸附值270mg/g，耐磨强度95％。

[0028] 实施例4

[0029] 称取干燥处理后的杉树木屑过40目筛，按质量比9∶1与竹纤维(纤维长度为1-20mm)混合作为制备活性炭的配料，按浸渍比1∶2将配料与60％磷酸溶液混合，磷酸与配料混合后进行加热浸渍，浸渍温度为140℃，浸渍时间为2h；将浸渍后的混合物转移到孔径为
4mm的成型模具中，使用液压千斤顶(10吨)成型机挤出成型，成型后置于140℃烘箱中烘干直至硬化，破碎至长度小于1cm的颗粒，移至450℃的活化炉中进行活化，活化时间2h，活化后漂洗、过滤、筛分、干燥，制得成品活性炭，成品活性炭碘吸附值1031mg/g，亚甲基蓝吸附值250mg/g，耐磨强度93％。

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