專利名稱：：利用等離子體裂解煤固體產物制備活性炭的方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種活性炭的制備方法，特別涉及以等離子體裂解煤固體副產物為原料的活性炭制備方法。
背景技術：
：活性炭是一種多功能的工業(yè)吸附劑，由80%以上的固定碳，以及少量的氧、硫、氮、氫的非金屬元素及數(shù)量組成不同的金屬鹽類構成，結構以亂排的有機石墨狀二元結晶為主，存在大量無規(guī)則排列的螺層狀晶體結構，使各微孔結構之間形成了形狀不同、大小不等的眾多空隙，這種孔隙結構使其具有優(yōu)秀的吸附功能。其已經廣泛用于工業(yè)廢水、廢氣和空氣凈化裝置，在有機合成、食品和醫(yī)藥工業(yè)方面也有著重要的作用?；钚蕴慨a品主要分為煤質活性炭和木質活性炭，其中煤質活性炭以各地出產的原煤為原料，包括煙煤、無煙煤、褐煤、泥煤等，此外還有石油焦、煤焦油、煤瀝青、石油殘渣等。而木質活性炭多以椰殼、竹子等材料為原料生產。煤質活性炭制備過程的一般流程為除灰、炭化、活化和洗滌。其中活化過程是增加原料孔道、提高吸附能力的關鍵步驟，目前的方法主要是物理活化法和化學活化法。物理活化法是將碳化材料在高溫下用水蒸氣、二氧化碳、空氣等處理，在內部擴孔，得到發(fā)達的微孔結構。化學方法則是將含碳材料用化學藥品浸漬后在適當?shù)臏囟认陆涍^炭化、活化制取活性炭的方法。其關鍵點在于化學試劑的選擇，包括氫氧化鉀、磷酸等都是常用活化試劑。對不同原料，活化方法有所不同，對含碳、氫、氧含量及揮發(fā)分均較高的原料，如泥煤、褐煤、木材及椰殼等，多采用化學活化法，其本身揮發(fā)分離去所形成的微孔對化學試劑的吸收有利，因此能夠促進活化，特別的，如果原料中氫、氧含量高，則多采用磷酸法，因磷酸的脫水效應可以有效的除去原料中的氫氧元素，形成孔道；若原料本身性能出眾，揮發(fā)分多，則應采用堿法，制備高品質的超級活性炭、特種活性炭。而對碳氫氧含量相對較低，雜質元素較多的原料，則多采用物理活化法，通過反應燒蝕一部分炭，從而造出孔道，此時制得的中孔較多，吸附效果不如前者。煤粉經過等離子體裂解后產生含乙炔的氣體混合物。這是一種新型的煤加工工藝，因其具有節(jié)能、環(huán)保和節(jié)約資源等特點，近年來受到高度重視。由于裂解過程屬于超短接觸反應，煤粉不能反應完全，同時由于存在結焦現(xiàn)象，因此裂解產物包括氣液固三相，經淬冷后，固相部分就沉積下來，稱為固體產物(即煤粉經過等離子體裂解后所得的固體產物)。固體產物中包括未分解完全的煤粉、裂解后產生的碳黑類物質及無機物，其特點在于固體產物的粒徑小(平均4050iim，95%以上的顆粒的粒徑在150ym以下)，比表面積比原煤略大(約12m7g)。目前，此固體產物主要用于燃料，為鍋爐等提供熱能。到目前為止，以等離子體裂解煤后的固體產物為原料制備活性炭的方法尚未見文獻報道。
發(fā)明內容本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種利用等離子體裂解煤固體產物制備活性炭的方法，采用該方法制備而得的活性炭具有吸附效率高、脫色性能好、各項指標符合國標規(guī)定等特點。為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種利用等離子體裂解煤固體產物制備活性炭的方法，包括以下步驟1)、將煤粉經過等離子體裂解后所得的固體產物進行干燥處理，得干燥固體產物，作為含碳原料；2)、將質量濃度為96%98%的濃硫酸和質量濃度為75%85%的磷酸溶液按照020mL:80mL的體積比混合，得混酸溶液；然后將上述含碳原料放入混酸溶液中浸漬，含碳原料的質量與混酸溶液體積之比為40100g:100mL;3)、將步驟2)的所得物過濾，所得濾渣在惰性氣體的保護下于200450°C的溫度下灼燒活化0.52h，得粗品；4)、將粗品經洗滌、烘干，得活性炭。作為本發(fā)明的利用等離子體裂解煤固體產物制備活性炭的方法的改進，所述浸漬時間為612小時。作為本發(fā)明的利用等離子體裂解煤固體產物制備活性炭的方法的進一步改進，步驟1)的干燥處理為將固體產物于80105t:烘干12h。在本發(fā)明中，步驟2)可單獨采用質量濃度為75%85%的磷酸溶液作為活化劑，也可采用質量濃度為96%98%的濃硫酸和質量濃度為75%85%的磷酸溶液按照特定比例混合后形成的混酸溶液作為活化劑。步驟3)進行過濾，所得濾液濃縮后可反復回用。步驟4)用粗品質量24倍的水洗滌，然后在80105t:下烘干。本發(fā)明人在發(fā)明過程中獲知，由于煤粉在等離子體裂解前就經過了嚴格的除硫除塵等工藝，因此所得的固體產物雜質含量低，碳氫氧含量很高，經測試，該固體產物的含碳量高達90-95%，灰分約在7-8%，而干燥無灰基揮發(fā)分則達到了30.3%;上述％均為質量百分比。而通常情況下，活性炭成品的原料灰分要求在10%以下，對比數(shù)據(jù)可見，固體產物的灰分含量能夠滿足要求，同時其揮發(fā)分含量很高，在制備過程中容易離去，能產生大量孔道，對提高活化能力十分有利；該固體產物符合制備活性炭的要求，其C、H、0三元素相對含量與一般常用原煤經過炭化后的產物含量接近；因此，以此固體產物為原料，只需一步活化即可制備活性炭。采用本發(fā)明的方法制備活性炭，具有工藝簡單、收率高的特點，收率能達到52%以上；所得的活性炭孔隙結構豐富、比表面積大，因此具有脫色能力強、吸附能力強的特點，具體參數(shù)見表l所示。表l本發(fā)明制備活性炭的主要指標<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>由表中指標可以看出，本發(fā)明所得的活性炭產品性能好，對煤粉經過等離子體裂解后所得的固體產物的利用非常充分，有較好的經濟效益。具體實施例方式實施例1、一種利用等離子體裂解煤固體產物制備活性炭的方法，依次進行以下步驟1)、將煤粉經過等離子體裂解后所得的固體產物進行干燥處理將100g固體產物置于馬弗爐中，升溫至8(TC，保溫干燥2h，得70g干燥固體產物作為含碳原料；2)、將50g含碳原料放入100mL質量分數(shù)80%的磷酸溶液內混合均勻，浸漬12h;3)、將步驟2)的所得物過濾，所得濾渣置于坩堝內放入馬弗爐中，向馬弗爐內通入氮氣保護，然后升溫至30(TC進行灼燒活化，活化時間為lh;得粗品；4)、將粗品經水洗兩次(100mLX2)后、烘干(在IO(TC下烘干3h)，得活性炭28.7g。得率57.4%，該活性炭主要性能參數(shù)如下亞甲基藍吸附值(mg/g):150160碘吸附值(mg/g):750800比表面積(m7g):1000。實施例2、一種利用等離子體裂解煤固體產物制備活性炭的方法，將實施例1步驟3)中的活化溫度改為40(TC，其余同實施例1。得活性炭26.35g。得率52.7%，該活性炭主要性能參數(shù)如下亞甲基藍吸附值(mg/g):170180碘吸附值(mg/g):9501000比表面積(m7g):1150。實施例3、一種利用等離子體裂解煤固體產物制備活性炭的方法，將實施例1步驟2)中的浸漬時間改為8h，將步驟3)中的活化時間改為2h，其余同實施例l。得活性炭26.65g。得率53.3%，該活性炭主要性能參數(shù)如下亞甲基藍吸附值(mg/g):165175碘吸附值(mg/g):900950比表面積(m7g):1110。實施例4、一種利用等離子體裂解煤固體產物制備活性炭的方法，依次進行以下步1)、將煤粉經過等離子體裂解后所得的固體產物進行干燥處理將lOOg固體產物置于馬弗爐中，升溫至105t:，保溫干燥lh，得68.5g干燥固體產物作為含碳原料；2)、將10mL質量濃度為98%的濃硫酸和40mL質量濃度為80%的磷酸混合，得混酸溶液；然后將40g含碳原料放入上述混酸溶液中浸漬12h，3)、將步驟2)的所得物過濾，所得濾渣置于坩堝內放入馬弗爐中，向馬弗爐內通入氮氣保護，然后升溫至30(TC進行灼燒活化，活化時間為lh;得粗品；4)、將粗品經水洗兩次(100mLX2)后、烘干，得活性炭25.68g。得率64.2%，該活性炭主要性能參數(shù)如下亞甲基藍吸附值(mg/g):155160碘吸附值(mg/g):800850比表面積(m7g):770。實施例5、一種利用等離子體裂解煤固體產物制備活性炭的方法，依次進行以下步驟1)、將煤粉經過等離子體裂解后所得的固體產物進行干燥處理將100g固體產物置于馬弗爐中，升溫至95"，保溫干燥1.5h，得68.5g干燥固體產物作為含碳原料；2)、將5mL質量濃度為98%的濃硫酸和40mL質量濃度為80%的磷酸混合，得混酸溶液；然后將18g含碳原料放入上述混酸溶液中浸漬6h;3)、將步驟2)的所得物過濾，所得濾渣置于坩堝內放入馬弗爐中，向馬弗爐內通入氮氣保護，然后升溫至20(TC進行灼燒活化，活化時間為2h;得粗品；4)、將粗品經水洗兩次(100mLX2)后、烘干，得活性炭10.98g。得率61%，其主要參數(shù)為亞甲基藍吸附值(mg/g):160165碘吸附值(mg/g):830860比表面積(m7g):750。實施例6、一種利用等離子體裂解煤固體產物制備活性炭的方法，依次進行以下步驟1)、將煤粉經過等離子體裂解后所得的固體產物進行干燥處理將100g固體產物置于馬弗爐中，升溫至8(TC，保溫干燥2h，得70g干燥固體產物作為含碳原料；2)、將0.5mL質量濃度為98%的濃硫酸和40mL質量濃度為80%的磷酸溶液混合，得混酸溶液；然后將40.5g含碳原料放入上述混酸溶液中浸漬8h;3)、將步驟2)的所得物過濾，所得濾渣置于坩堝內放入馬弗爐中，向馬弗爐內通入氮氣保護，然后升溫至45(TC進行灼燒活化，活化時間為0.5h;得粗品；4)、將粗品經水洗兩次(100mLX2)后、烘干，得活性炭22.59g。得率55.1%。其主要參數(shù)為亞甲基藍吸附值(mg/g):145150碘吸附值(mg/g):720760比表面積(m2/g):900。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個具體實施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發(fā)明公開的內容直接導出或聯(lián)想到的所有變形，均應認為是本發(fā)明的保護范圍。權利要求一種利用等離子體裂解煤固體產物制備活性炭的方法，其特征是包括以下步驟1)、將煤粉經過等離子體裂解后所得的固體產物進行干燥處理，得干燥固體產物，作為含碳原料；2)、將質量濃度為96％～98％的濃硫酸和質量濃度為75％～85％的磷酸溶液按照0～20mL∶80mL的體積比混合，得混酸溶液；然后將上述含碳原料放入混酸溶液中浸漬，含碳原料的質量與混酸溶液體積之比為40～100g∶100mL；3)、將步驟2)的所得物過濾，所得濾渣在惰性氣體的保護下于200～450℃的溫度下灼燒活化0.5～2h，得粗品；4)、將粗品經洗滌、烘干，得活性炭。2.根據(jù)權利要求1所述的利用等離子體裂解煤固體產物制備活性炭的方法，其特征是所述浸漬時間為612小時。3.根據(jù)權利要求2所述的利用等離子體裂解煤固體產物制備活性炭的方法，其特征是所述步驟1)的干燥處理為將固體產物于80105t:烘干12h。全文摘要本發(fā)明公開了一種利用等離子體裂解煤固體產物制備活性炭的方法，包括以下步驟1)將煤粉經過等離子體裂解后所得的固體產物進行干燥處理，得干燥固體產物，作為含碳原料；2)將質量濃度為96％～98％的濃硫酸和質量濃度為75％～85％的磷酸溶液按照0～20mL∶80mL的體積比混合，得混酸溶液；然后將上述含碳原料放入混酸溶液中浸漬；3)將步驟2)的所得物過濾，所得濾渣在惰性氣體的保護下灼燒活化，得粗品；4)將粗品經洗滌、烘干，得活性炭。采用該方法制備而得的活性炭具有吸附效率高、脫色性能好、各項指標符合國標規(guī)定等特點。文檔編號C01B31/00GK101723364SQ201010100030公開日2010年6月9日申請日期2010年1月22日優(yōu)先權日2010年1月22日發(fā)明者任其龍,何潮洪,吳忠標,張濤,榮岡,錢超,陳豐秋,陳新志申請人:浙江大學