木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯(lián)產(chǎn)化學(xué)法活性炭的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯(lián)產(chǎn)化學(xué)法活性炭的方法，以水蒸汽對新鮮杉木屑進行蒸餾，所得蒸汽冷卻后冷凝液經(jīng)油水分離后得到杉木精油；以提油后杉木屑與磷酸按照純磷酸與絕干木屑質(zhì)量比為1.8～3.0:1的比例進行混合，并按照磷酸質(zhì)量的1%～8%的比例加入助催化劑濃硫酸充分混合后，然后送入密閉的保溫桶30～90℃下進行低溫滲透處理1～48h；通過炭化、活化及后處理得到化學(xué)法粉狀活性炭；或者通過塑化、捏合、成型、干燥固化、炭活化及后處理后得化學(xué)法顆粒活性炭。無需添加粘結(jié)劑可制成木質(zhì)柱狀活性炭。達到了高效綜合利用廢棄物、減少自然資源開采、減輕環(huán)境污染和節(jié)能減排的多重目的。
【專利說明】木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯(lián)產(chǎn)化學(xué)法活性炭的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化工【技術(shù)領(lǐng)域】，是一種木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯(lián)產(chǎn)化學(xué)法活性炭技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]杉木是我國重要的用材樹種，在我國南方分布極廣，其中湖南西南部，江西、浙江南部和廣東、廣西以及福建北部是杉木的中心產(chǎn)區(qū)。據(jù)第四次全國森林資源連續(xù)清查統(tǒng)計:我國杉木人工林面積達911萬hm2，占全國人工用材林面積的30.4%，總蓄積量3.4億m3，不少成熟林的蓄積量可達105m3/hm2，在國民經(jīng)濟中占有重要地位。江西是我國杉木的主要分布區(qū)域和產(chǎn)地之一，全省以杉木為優(yōu)勢樹種的林分面積約140萬hm2，占全省森林總面積的30%，其立木蓄積量約為5500萬m3。木材生產(chǎn)采伐作業(yè)后，將產(chǎn)生大量的杉木屑等木質(zhì)纖維素類廢棄物，而杉木屑又是一種很好的生產(chǎn)活性炭的原料，自我國開始進行活性炭生產(chǎn)以來，杉木屑均是直接作為原料的。而其實杉木中含有杉木精油，是一種具有高附加值的
[0003]精油(essential oil)是存在于植物體中的一類可隨水蒸汽蒸餾，且具有一定香味的揮發(fā)性油狀液體的總稱。杉木精油是一種從杉木中提取的，無色或微黃色、透明具有芳香味的液體。它具有強有力的木香、麝香、龍涎香香氣，可適用配幻想型香精，主要用于化妝品和皂類。杉木精油中柏木醇含量為60%左右，其余還有α-菔烯、柏木烯、攬香烯、α-松油醇、β -石竹烯等。柏木醇俗稱柏木腦，目前市場價格在120元.kg—1左右。杉木精油和杉木烯烴投放生產(chǎn)驗證，完全可以部分替代柏木油產(chǎn)品。已在國內(nèi)多家生產(chǎn)廠家使用，并有部分產(chǎn)品出口，比使用柏木油降低成本20%以上。有較好的銷售市場，經(jīng)濟效益較高，資源豐富，國內(nèi)每年需求量達1000余噸。每噸價格1.2萬~3萬元。
[0004]杉木精油不僅是一種寶貴的天然資源，杉木精油中的各種成分還具有藥用價值。Chang ST在對杉木精油抗白蟻活性實驗中發(fā)現(xiàn)，柏木醇比α -杜松醇、鐵銹羅漢柏醇具有更強的抗白蟻能力，杉木精油中的其他萜類化合物成分，已確定具有生理活性的成分如下:雪松醇能起到解痙功效；α -菔烯有明顯鎮(zhèn)咳和祛痰功能，并有抗真菌(如白念珠菌)作用；β_菔烯也具有抗炎、消痰、抗真菌作用；α-石竹烯具有平喘作用；莰醇抗心肌缺血，促進神經(jīng)膠質(zhì)細胞生長，止痛、防腐、抗炎等。
[0005]開發(fā)杉木資源在精油提取行業(yè)中的利用，既可以緩解我國天然植物精油需求量不斷增加所帶來的壓力，部分取代廣為應(yīng)用的柏木油，又可以推動我國林區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展。
[0006]杉木屑經(jīng)一定工藝的預(yù)處理，提取出杉木精油，其剩余物再去成型制作機制炭，其外觀和強度較原木屑成型產(chǎn)品質(zhì)量都有所下降，產(chǎn)生的經(jīng)濟價值比較低，導(dǎo)致杉木提取精油行業(yè)的利潤不高。
[0007]工業(yè)溶劑生產(chǎn)、化工產(chǎn)品生產(chǎn)、石油的開采與加工、有機物料的儲運等過程以及家庭室內(nèi)都會有揮發(fā)性有機物(VOCs)的產(chǎn)生。而VOCs的種類比較多，基本屬于有毒氣體，危害人類的健康；參與形成光化學(xué)煙霧和氣溶膠，污染環(huán)境；鹵代烴類有機物會破壞臭氧層。VOCs的污染問題已經(jīng)引起了世界的高度關(guān)注，發(fā)達國家多年前就開始執(zhí)行了嚴格的VOCs排放標準，作為發(fā)展中國家的中國，目前首要考慮的是解決VOCs的污染問題，對于VOCs的回收關(guān)注不多。我國每年因蒸發(fā)損失的輕質(zhì)油約4.7X105t，如果進行油氣回收可以減少損失約4.35 X 105t，其價值約合人民幣2 X IO9元。由此可見，若能經(jīng)濟有效地回收VOCs，特別是高濃度、高價值的VOCs，將會帶來的是環(huán)保、經(jīng)濟和健康的三重效益，對于推動我國循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展和社會可持續(xù)發(fā)展也可謂意義深遠。未來，VOCs的回收將在世界范圍內(nèi)越來越受重視。
[0008]活性炭吸附法是當(dāng)前吸附回收VOCs的最有效方式之一，早已應(yīng)用于VOCs的回收處理。具有高比表面積及發(fā)達孔隙的粒狀活性炭可將VOCs分子截留，達到對廢氣進行分離凈化的目的。德國Bayer公司采用D47/4活性炭變壓分離丙酮混合氣體，回收率達95%以上。日本Bell公司采用活性炭變壓吸附分離法回收到純度達98%的乙醇產(chǎn)品，美國的輕質(zhì)油回收基本上采用的是高丁烷工作容量的活性炭。
[0009]現(xiàn)如今，人類的生活質(zhì)量不斷提升，高污染的化工廠基本都遷離了城市，這樣，汽車對環(huán)境的污染就成為城市空氣第一污染源，而汽車對大氣的污染主要來源于汽車尾氣和燃油氣體的蒸發(fā)，其中尾氣污染占70%，燃油蒸發(fā)物污染占30%。美國早在上世紀60年代末就研究在汽車上使用活性炭吸附汽油蒸汽，由于這種活性炭技術(shù)含量較高，市場價格較高，這種專用活性炭目前國內(nèi)全部依賴進口，而進口價在8~10萬元/噸。崔國根在2010年7月申請了杉木屑經(jīng)提取杉木精油后制備物理法活性炭的專利，申請?zhí)?201010218281.X。此方法產(chǎn)品得率低，10-13噸左右的杉木屑才能生產(chǎn)I噸活性炭，木屑消耗較大，且當(dāng)今活性炭行業(yè)的物理法木屑粉狀活性炭的工業(yè)化尚不完善，生產(chǎn)成本較高，市場競爭力不高；生產(chǎn)中需要1000°C左右的高溫，能耗較高，沒有達到最高效的綜合利用杉木屑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了解決現(xiàn)有技術(shù)`存在的問題，本發(fā)明提供了一種木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯(lián)產(chǎn)化學(xué)法活性炭的方法，具有杉木綜合利用率高，活性炭品質(zhì)好的特點。
[0011]一種木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯(lián)產(chǎn)化學(xué)法活性炭的方法，以水蒸汽對新鮮杉木屑進行蒸餾，所得蒸汽冷卻后冷凝液經(jīng)油水分離后得到杉木精油；以提油后杉木屑與磷酸按照純磷酸與絕干木屑質(zhì)量比為1.8~3.0:1的比例進行混合，并按照磷酸質(zhì)量的1%~8%的比例加入助催化劑濃硫酸充分混合后，然后送入密閉的保溫桶30~90°C下進行低溫滲透處理I~48h ;通過炭化、活化及后處理得到化學(xué)法粉狀活性炭；或者通過塑化、捏合、成型、干燥固化、炭活化及后處理后得化學(xué)法顆?；钚蕴?。
[0012]蒸餾時，蒸汽溫度為110°C，蒸餾時間為3-4小時，水與絕干木屑的質(zhì)量比為7-8:1。
[0013]磷酸的濃度為40%wt~70%wt。
[0014]提油后的杉木屑，過10~60目篩再使用。
[0015]化學(xué)法粉狀活性炭的炭化溫度為210~300°C，炭化時間為30~120分鐘，活化溫度為350~500°C，活化時間為30~120分鐘。
[0016]化學(xué)法顆?；钚蕴康乃芑瘻囟?00~150°C，塑化時間60~120分鐘。
[0017]捏合采用捏合機處理5-10分鐘。[0018]采用油壓成型機直接壓制成型。
[0019]干燥固化溫度為210~300°C，干燥固化時間為30~120分鐘。
[0020]炭活化溫度為350~500°C，炭活化時間為30~120分鐘。
[0021]有益效果
[0022]本發(fā)明提出了杉木屑提取杉木精油聯(lián)產(chǎn)多種類活性炭技術(shù)，達到了高效綜合利用廢棄物、減少自然資源開采、減輕環(huán)境污染和節(jié)能減排的多重目的。本發(fā)明還可根據(jù)不同應(yīng)用吸附、脫色領(lǐng)域所需的孔結(jié)構(gòu)進行定向制備。
[0023]通過提取精油和其提取精油剩余物制備化學(xué)法活性炭兩個工藝的有機結(jié)合，實現(xiàn)了廢棄杉木屑的最高效綜合利用，降低環(huán)境污染，節(jié)約資源，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益，提升產(chǎn)業(yè)競爭力，為我國經(jīng)濟社會協(xié)調(diào)發(fā)展提供支撐，符合林業(yè)相關(guān)科技規(guī)劃的要求。
[0024]杉木屑提取精油工藝與活性炭生產(chǎn)結(jié)合成一體化技術(shù)，提油后木屑經(jīng)化學(xué)活化法可以制備出高附加值的粉狀和粒狀活性炭，而且在提取杉木精油過程中由于部分有機物被提取出來，使得杉木屑的分子間的孔隙得到了更多的暴露，有利于后續(xù)活化時活化劑對杉木屑的滲透，制得性能更優(yōu)的活性炭
[0025]并且，本發(fā)明提出了低溫密閉容器浸潰方法，此方法的目的是為了保證加熱過程中不會因為水蒸汽的蒸發(fā)導(dǎo)致木屑浸潰的磷酸濃度發(fā)生改變，使得磷酸分子充分的滲透進入木屑組織結(jié)構(gòu)中，避免了敞開式浸潰隨著水蒸汽的蒸發(fā)導(dǎo)致磷酸濃度不斷升高，浸潰程度不徹底，而且未滲透進入木屑組織內(nèi)的磷酸極易因水蒸汽蒸發(fā)的夾帶造成磷酸的浪費和環(huán)境的污染。通過 密閉式浸潰方法可以大幅度提高活性炭的吸附性能。而且在密閉條件下低溫滲透處理后在制備顆粒活性炭時不用另外添加粘合劑即可以直接塑化、捏合成型。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1杉木屑提取精油聯(lián)產(chǎn)化學(xué)法活性炭技術(shù)流程圖。
【具體實施方式】
[0027]本發(fā)明公開了一種木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯(lián)產(chǎn)化學(xué)法活性炭技術(shù),主要步驟如下所述:
[0028]I)采用余熱鍋爐產(chǎn)生的水蒸汽對新鮮木屑進行蒸餾，蒸汽溫度為110°C，以水與絕干木屑的質(zhì)量比7-8:1蒸餾3-4小時，混合蒸汽進入冷卻工序，冷凝液經(jīng)油水分離后得到杉木精油。
[0029]2)采用步驟I)中提油后的杉木屑，按照磷木比(純磷酸與絕干木屑質(zhì)量比)1.8:I~3.0: 1，定量稱取磷酸(40%~70%wt)和催化劑，催化劑加入量為磷酸液質(zhì)量的1%~8%。充分混合后送入保溫桶中30~90°C下滲透I~48小時。采用40%~70%的磷酸更利于回收利用。
[0030]3)生產(chǎn)粉狀活性炭:將步驟2)中的混合料在210~300°C下處理30~120分鐘。
[0031]4)然后送入活化轉(zhuǎn)爐，在350~500°C下活化處理30~120分鐘，經(jīng)后處理得到粉狀活性炭。
[0032]5)生產(chǎn)顆粒活性炭:將步驟2)中的混合料在100~150°C下塑化處理60~120分鐘。[0033]6)將具有可塑性的物料轉(zhuǎn)爐捏合機中捏合5~10分鐘，物料捏合均勻后轉(zhuǎn)入成型設(shè)備，直接壓制成直徑為2mm或4mm的柱狀物料，不需要另外添加粘合劑。
[0034]7)將柱狀物料通過輸送帶轉(zhuǎn)入炭化轉(zhuǎn)爐，在210~300°C下保留30~120分鐘，使物料充分干燥固化。
[0035]8)待固化結(jié)束，將物料轉(zhuǎn)入活化轉(zhuǎn)爐中，在350~500°C，保持30~120分鐘，活化結(jié)束后，將產(chǎn)品經(jīng)后處理后得到成品。
[0036]實施例1:
[0037]1)用余熱鍋爐回收活性炭生產(chǎn)過程中預(yù)熱產(chǎn)生的蒸汽對含水量為30%的經(jīng)過篩選的新鮮杉木屑進行蒸餾，蒸餾溫度為110°C，蒸餾3小時后，杉木屑中所含的有效成分隨蒸汽一同進入冷卻工序，得到液態(tài)原油水，油水分離后得到杉木精油，剩余物為提油后杉木屑；
[0038]2)將提油后杉木屑與60%wt磷酸液按照磷木比2.0:1進行混合，并按照磷酸質(zhì)量的1%加入催化劑濃硫酸(98%wt)，混合料送入密閉保溫桶中在70°C下恒溫保持3小時后轉(zhuǎn)入炭化轉(zhuǎn)爐進行炭化，炭化爐溫度為250°C，停留時間為60分鐘，然后送入活化轉(zhuǎn)爐，活化溫度為450°C，活化時間為30分鐘，得到活化料，再經(jīng)回收、漂洗、烘干、磨粉等后處理得到粉狀活性炭，產(chǎn)品的性能:亞甲基藍脫色力為20ml/0.lg(285mg/g)，碘值為1120mg/g，焦糖脫色力為120%。
[0039]實施例2:
[0040]1)用余熱鍋爐回收活性炭生產(chǎn)過程中的預(yù)熱產(chǎn)生的蒸汽對含水量為30%的經(jīng)過篩選的新鮮杉木屑進行蒸餾，蒸餾溫度為110°C，蒸餾3小時后，杉木屑中所含的有效成分隨蒸汽一同進入冷卻工序，得到液態(tài)原油水，油水分離后得到杉木精油，剩余物為提油后杉木屑；
[0041]2)將提油后杉木屑與65%wt磷酸液按照磷木比2.0:1進行混合，并按照磷酸質(zhì)量的2%加入催化劑濃硫酸(98%)，混合料送入密閉保溫桶中在80°C下恒溫保持1.5小時后轉(zhuǎn)入塑化轉(zhuǎn)爐，塑化溫度為150°C，停留時間為I小時，塑化料經(jīng)捏合機處理10分鐘后送入油壓機中成型直徑為2_的柱狀料，然后轉(zhuǎn)入炭化轉(zhuǎn)爐進行炭化，炭化爐溫度為280°C，停留時間為70分鐘，然后送入活化轉(zhuǎn)爐，活化溫度為500°C，活化時間為30分鐘，得到活化料，再經(jīng)回收、漂洗、烘干等后處理得到顆?；钚蕴?，產(chǎn)品的性能:亞甲基藍脫色力為17ml/0.lg(240mg/g)，碘值為1156mg/g，丁烷工作容量為12g/100ml，強度為91%，比表面積可達 2800m2/g。
[0042]實施例3:
[0043]1)用余熱鍋爐回收活性炭生產(chǎn)過程中的預(yù)熱產(chǎn)生的蒸汽對含水量為30%的經(jīng)過篩選的新鮮杉木屑進行蒸餾，蒸餾溫度為110°C，蒸餾3小時后，杉木屑中所含的有效成分隨蒸汽一同進入冷卻工序，得到液態(tài)原油水，油水分離后得到杉木精油，剩余物為提油后杉木屑；
[0044]2)將提油后杉木屑與65%wt磷酸液按照磷木比2.0:1進行混合，并按照磷酸質(zhì)量的1%加入催化劑濃硫酸(98%)，混合料送入密閉保溫桶中在70°C下恒溫保持2小時后轉(zhuǎn)入塑化塑化轉(zhuǎn)爐塑化，塑化溫度為150°C，停留時間為I小時，塑化料經(jīng)捏合機處理10分鐘后送入油壓機中成型直徑為4mm的柱狀料，然后轉(zhuǎn)入炭化轉(zhuǎn)爐進行炭化，炭化爐溫度為260°C，停留時間為90分鐘，然后送入活化轉(zhuǎn)爐，活化溫度為500°C，活化時間為60分鐘，得到活化料，再經(jīng)回收、漂洗、烘干等后處理得到顆粒活性炭，產(chǎn)品的性能:亞甲基藍脫色力為16ml/0.1g (225mg/g)，`碘值為 1076mg/g，丁烷工作容量為 llg/100ml，強度為 93%。
【權(quán)利要求】
1.一種木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯(lián)產(chǎn)化學(xué)法活性炭的方法，以水蒸汽對新鮮杉木屑進行蒸餾，所得蒸汽冷卻后冷凝液經(jīng)油水分離后得到杉木精油；其特征在于，以提油后杉木屑與磷酸按照純磷酸與絕干木屑質(zhì)量比為1.8~3.0:1的比例進行混合，并按照磷酸質(zhì)量的1%~8%的比例加入助催化劑濃硫酸充分混合后，然后送入密閉的保溫桶30~90°C下進行低溫滲透處理I~48h ;通過炭化、活化及后處理得到化學(xué)法粉狀活性炭；或者通過塑化、捏合、成型、干燥固化、炭活化及后處理后得化學(xué)法顆粒活性炭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯(lián)產(chǎn)化學(xué)法活性炭的方法，其特征在于，蒸餾時，蒸汽溫度為110°C，蒸餾時間為3-4小時，水與絕干木屑的質(zhì)量比為7-8:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯(lián)產(chǎn)化學(xué)法活性炭的方法，其特征在于，磷酸的濃度為40%wt~70%wt。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯(lián)產(chǎn)化學(xué)法活性炭的方法，其特征在于，提油后的杉木屑，過10~60目篩再使用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯(lián)產(chǎn)化學(xué)法活性炭的方法，其特征在于，化學(xué)法粉狀活性炭的炭化溫度為210~300°C，炭化時間為30~120分鐘，活化溫度為350~500°C，活化時間為30~120分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯(lián)產(chǎn)化學(xué)法活性炭的方法，其特征在于，化學(xué)法顆?；钚蕴康乃芑瘻囟?00~150°C，塑化時間60~120分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯(lián)產(chǎn)化學(xué)法活性炭的方法，其特征在于，捏合采用捏 合機處理5-10分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯(lián)產(chǎn)化學(xué)法活性炭的方法，其特征在于，采用油壓成型機直接壓制成型。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯(lián)產(chǎn)化學(xué)法活性炭的方法，其特征在于，干燥固化溫度為210~300°C，干燥固化時間為30~120分鐘。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯(lián)產(chǎn)化學(xué)法活性炭的方法，其特征在于，炭活化溫度為350~500°C，炭活化時間為30~120分鐘。
【文檔編號】C01B31/08GK103756787SQ201310727903
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】朱光真, 鄧先倫, 孫康, 郭昊, 張燕萍 申請人:中國林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所