專利名稱：廢聚苯乙烯泡沫制備活性炭的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種廢聚苯乙烯泡沫制備活性炭的方法，屬于活性炭吸附劑制備領(lǐng)域。
目前用于生產(chǎn)活性炭的原料主要有木材類植物質(zhì)原料和煤等化石燃料，原則上，所有含碳的物質(zhì)都可以用作生產(chǎn)活性炭的原料，但是有一類高分子材料，如聚苯乙烯在通常的炭化條件下會(huì)氣化，因而，在傳統(tǒng)意義上作為生產(chǎn)活性炭的原料是不行的。通過磺化，使以廢聚苯乙烯泡沫為原料實(shí)現(xiàn)了活性炭的制備。經(jīng)查新，這在國(guó)內(nèi)外資料中未見相關(guān)報(bào)道。
除了塑料循環(huán)再生利用，我們國(guó)家沒有其它更大的動(dòng)力來促使廢舊塑料分類回收的發(fā)展。因此，廢聚苯乙烯泡沫主要是與其它垃圾混合在一起進(jìn)行焚燒和填埋以及隨意丟棄在環(huán)境中。這對(duì)環(huán)境危害巨大。當(dāng)然，也有極少部分被利用來進(jìn)行熱能回收和熱裂解或制取涂料、膠粘劑等。做這些用途廢聚苯乙烯泡沫不見得比其它原料更具有優(yōu)勢(shì)；2001年全球聚苯乙烯樹脂的總產(chǎn)量約12500kt。預(yù)計(jì)到2005年將達(dá)到16000kt。聚苯乙烯泡沫是其中的一類產(chǎn)品。該物質(zhì)在環(huán)境中存在的量是巨大的，這一點(diǎn)本身就決定了對(duì)它應(yīng)該有多種合理的利用途徑。另外，對(duì)于塑料這類產(chǎn)品，無論如何循環(huán)再生利用，最終還是要進(jìn)入環(huán)境的。聚苯乙烯泡沫埋在地下200年也不會(huì)降解，這就導(dǎo)致在環(huán)境中逐漸積累。因此，找到科學(xué)的處理方法勢(shì)在必行。
活性炭是應(yīng)用廣泛的吸附劑和環(huán)保產(chǎn)品，是對(duì)環(huán)境友好的。目前我國(guó)活性炭的年產(chǎn)量約10萬噸，有關(guān)專家作過預(yù)測(cè)，到2010年我國(guó)對(duì)活性炭的需求僅水處理一項(xiàng)就可以達(dá)到20萬噸。應(yīng)該說活性炭是一個(gè)有很好發(fā)展前景的行業(yè)。雖然聚苯乙烯泡沫是含碳比較高的有機(jī)物，但是直接用作活性炭生產(chǎn)的原料是行不通的。因?yàn)椋煌母呔畚镌诨靖艚^空氣、常壓下加熱表現(xiàn)出不同的行為，有的會(huì)部分轉(zhuǎn)化為炭化物料，如聚氯乙烯、纖維素等；有的會(huì)全部分解為小分子物質(zhì)揮發(fā)，比如聚苯乙烯等。所以必須對(duì)聚苯乙烯泡沫進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，才能使其適合于做生產(chǎn)活性炭的原料。廢聚苯乙烯泡沫在環(huán)境中存在的量是巨大的，由于沒有得到很好的開發(fā)和利用，造成了環(huán)境污染和資源的浪費(fèi)。大量的實(shí)驗(yàn)工作證明廢聚苯乙烯泡沫經(jīng)過磺化處理后，可以達(dá)到這樣的目的，適合于做生產(chǎn)活性炭的原料?；钚蕴渴且环N在水處理、食品、國(guó)防、化工、醫(yī)藥等行業(yè)用途廣泛的吸附材料和環(huán)保產(chǎn)品，不言而喻，將廢聚苯乙烯泡沫制備成活性炭具有一定的社會(huì)效益和環(huán)境效益。
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，有利于環(huán)境保護(hù)的工藝方法，使廢聚苯乙烯泡沫能夠轉(zhuǎn)化為可應(yīng)用的活性炭產(chǎn)品。本發(fā)明的基本構(gòu)思是如下將廢聚苯乙烯泡沫先經(jīng)濃硫酸磺化，得到磺化廢聚苯乙烯泡沫?；腔瘡U聚苯乙烯泡沫基礎(chǔ)上可以采用兩條處理路線。一是直接用磷酸浸漬，再經(jīng)過炭化和活化過程得到活性炭。另外，磺化廢聚苯乙烯泡沫可以直接炭化得到炭化料。在炭化料的基礎(chǔ)上可以采用水蒸氣活化制備活性炭，也可以將炭化料磨粉、成型后，再經(jīng)過一次炭化過程，然后用水蒸氣活化來制備活性炭。
濃硫酸的預(yù)處理是在200℃以下到室溫的范圍內(nèi)進(jìn)行，主要的目的是充分使聚苯乙烯泡沫發(fā)生磺化。得到的中間物料是粘稠略帶彈性、半透明淡褐色的漿糊狀物質(zhì)，如果有白心則說明沒有處理好，會(huì)嚴(yán)重影響收率和產(chǎn)品質(zhì)量。硫酸用量的質(zhì)量比為物料的0.5至4倍；磷酸浸漬過程要使磷酸與中間物料充分混合。磷酸用量的質(zhì)量比為物料的2至4倍；炭、活化的溫度要求在400-700℃的范圍內(nèi)進(jìn)行；后處理包括酸洗、水洗、干燥、粉碎、磨粉等普通做法，根據(jù)所得產(chǎn)品需要進(jìn)行選用；炭化過程可以選用耐酸的設(shè)備，炭化溫度可以在500-800℃的范圍內(nèi)，根據(jù)要得到的炭化料的質(zhì)量選用；制備定型顆?；钚蕴繒r(shí)，磨粉要求在180-200目；成型過程可以選用適合的成型設(shè)備。粘合劑可以用木焦油、煤焦油和淀粉等。另外需加少量的水。例如炭粉、木焦油和水的比例可以按質(zhì)量比4∶2∶1配成；活化過程可以根據(jù)需要采用適當(dāng)?shù)幕罨O(shè)備和活化氣體進(jìn)行。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能夠很好地利用聚苯乙烯泡沫廢料進(jìn)行生產(chǎn)活性炭，達(dá)到廢物利用，有利環(huán)保的目的。該工藝簡(jiǎn)單易行、成本低、效果好。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1取廢聚苯乙烯泡沫100g，濃硫酸預(yù)處理過程是用濃硫酸在180℃處理物料，酸的用量為物料的2倍；時(shí)間是30min。得到的中間物料是粘稠略帶彈性、半透明淡褐色的漿糊狀物質(zhì)。此中間物質(zhì)經(jīng)過洗滌，以除去物料表面過量的酸，然后，放入耐酸、耐高溫容器，比如瓷坩堝，此時(shí)加入物料3倍的磷酸活化劑，然后在500℃活化，既從室溫加熱到500℃，并保溫60min，得到活化料，最后經(jīng)水洗、干燥，就得到粉狀活性炭成品63g。活性炭的得率按廢聚苯乙烯泡沫質(zhì)量計(jì)為63％。
實(shí)施例2取廢聚苯乙烯泡沫100g，濃硫酸預(yù)處理過程是用濃硫酸在180℃處理物料，酸的用量為物料的2倍；時(shí)間是30min。得到的中間物料是粘稠略帶彈性、半透明淡褐色的漿糊狀物質(zhì)。此中間物質(zhì)經(jīng)過洗滌，以除去物料表面過量的酸，然后，放入耐酸、耐高溫容器，比如瓷坩堝，在600℃進(jìn)行炭化，既從室溫加熱到600℃，并保溫60min，得到炭化料80g。將此炭化料移入小型活化設(shè)備以水蒸氣為活化劑，每小時(shí)通入量為400g，在950℃下活化60min可以得到活化料，再將活化料磨成粉，得到粉狀活性炭35g?；钚蕴康牡寐拾磸U聚苯乙烯泡沫質(zhì)量計(jì)為35％。
實(shí)施例3取廢聚苯乙烯泡沫100g，濃硫酸預(yù)處理過程是用濃硫酸在180℃處理物料，酸的用量為物料的2倍；時(shí)間是30min。得到的中間物料是粘稠略帶彈性、半透明淡褐色的漿糊狀物質(zhì)。此中間物質(zhì)經(jīng)過洗滌，以除去物料表面過量的酸，然后，放入耐酸、耐高溫容器，比如瓷坩堝，在700℃進(jìn)行炭化，既從室溫加熱到700℃，并保溫60min，得到炭化料140g。將此炭化料磨成180-200目的粉，然后加入70g木焦油和14ml的水，充分混合、成型，再經(jīng)過700℃炭化，得到炭化料99g，將此炭化料移入小型活化設(shè)備以水蒸氣為活化劑，每小時(shí)通入量為400g，在950℃下活化60min可以得到定型顆?；钚蕴?0g?；钚蕴康牡寐拾磸U聚苯乙烯泡沫質(zhì)量計(jì)為20％。
權(quán)利要求
1一種由廢聚苯乙烯泡沫制備活性炭的方法，屬于活性炭吸附劑制備領(lǐng)域。其特征是將廢聚苯乙烯泡沫經(jīng)濃硫酸磺化預(yù)處理后，采用傳統(tǒng)的制備工藝來得到不同類型的活性炭產(chǎn)品。
2根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢聚苯乙烯泡沫制備活性炭的方法，其特征是硫酸用量的質(zhì)量比為廢聚苯乙烯泡沫的0.5至4倍；濃硫酸的預(yù)處理是在200℃到室溫的范圍內(nèi)進(jìn)行，在此基礎(chǔ)上加入磷酸，經(jīng)400-700℃溫度范圍內(nèi)活化后，得到活性炭產(chǎn)品。
3根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢聚苯乙烯泡沫制備活性炭的方法，其特征是硫酸用量的質(zhì)量比為廢聚苯乙烯泡沫的0.5至4倍；濃硫酸的預(yù)處理是在200℃到室溫的范圍內(nèi)進(jìn)行，在此基礎(chǔ)上，在溫度范圍400-700℃進(jìn)行炭化，得到炭化物料。
4根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的廢聚苯乙烯泡沫處理方法，其特征是硫酸用量的質(zhì)量比為廢聚苯乙烯泡沫的0.5至4倍；濃硫酸的預(yù)處理是在200℃到室溫的范圍內(nèi)進(jìn)行，然后進(jìn)行炭化，得到炭化物料。在此基礎(chǔ)上對(duì)炭化料進(jìn)行磨粉、成型等處理或不處理，然后，采用水蒸氣在750-1000℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行活化，制備活性炭。
全文摘要
本發(fā)明是一種由廢聚苯乙烯泡沫制備活性炭的方法，屬于活性炭吸附劑制備領(lǐng)域。將廢聚苯乙烯泡沫經(jīng)濃硫酸磺化預(yù)處理后，進(jìn)一步，采用傳統(tǒng)的制備工藝來得到活性炭產(chǎn)品。廢聚苯乙烯泡沫在通常的炭化條件下會(huì)氣化，在傳統(tǒng)意義上作為生產(chǎn)活性炭的原料是不行的。通過磺化，可以使廢聚苯乙烯泡沫實(shí)現(xiàn)活性炭的制備。將廢聚苯乙烯泡沫作為生產(chǎn)活性炭的一種新原料是一項(xiàng)有積極意義的工作。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單易行，制備成本低廉，有利于廢物資源化和環(huán)境保護(hù)，發(fā)展前景廣闊。
文檔編號(hào)C01B31/10GK1569622SQ0314568
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2003年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月11日
發(fā)明者李海朝 申請(qǐng)人:東北林業(yè)大學(xué)