一種柱狀椰殼活性炭及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于活性炭材料的制備領(lǐng)域，具體涉及一種柱狀椰殼活性炭及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 活性炭由于其碳原子平面層雜亂且無規(guī)律地排列成"螺層狀結(jié)構(gòu)"，且都是以分子 間力相互結(jié)合，因此，活性炭的耐磨損度、耐壓強(qiáng)度都很差。同時(shí)，活性炭作為催化劑載體， 越來越多的被運(yùn)用到催化領(lǐng)域，具有一定強(qiáng)度及孔結(jié)構(gòu)的成型活性炭日益受到人們的重 視。
[0003] 成型活性炭的制備通?？梢苑譃閮深悾阂活愂且蕴假|(zhì)前驅(qū)體為原料制備成型活 性炭，另一類是直接以粉狀活性炭為原料制備成型活性炭。通常對(duì)于粉狀活性炭而言，其 異常發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，加大了成型的難度，同時(shí)，粘結(jié)劑的加入，也會(huì)對(duì)空隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行堵塞、 破壞，因此，要同時(shí)提高吸附性能與機(jī)械強(qiáng)度是十分困難的。而對(duì)于第一種制備方法，技 術(shù)相對(duì)比較成熟，在工業(yè)中運(yùn)用較為廣泛，技術(shù)路線大體如下：碳質(zhì)前驅(qū)體與活化劑、粘結(jié) 劑混合一捏合一成型一炭化活化一洗滌一篩選。通常制備工藝對(duì)成型活性炭的性能具有 很大的影響，尤其粘結(jié)劑的選擇以及在炭化活化過程中溫度和時(shí)間的控制。在傳統(tǒng)的制 備方法中，相關(guān)專利也涉及較多，專利CN 1528510A公開了一種木質(zhì)車用顆粒活性炭及其 制備方法，該方法并沒有添加粘結(jié)劑，中孔率能達(dá)60%以上，柱狀炭的強(qiáng)度達(dá)到85%，專利 CN103058186A公開了一種以木肩為原料制備顆?；钚蕴康姆椒?，同樣沒有添加粘結(jié)劑，所 得的顆粒炭具有較高的強(qiáng)度以及比表面，但介孔率并不高，而在催化領(lǐng)域，對(duì)成型活性炭的 強(qiáng)度有更高的要求，同時(shí)，較高的微孔率并不適合作為催化劑載體，較高的介孔率才能進(jìn)一 步促進(jìn)催化的進(jìn)行，因此，發(fā)明一種具有高強(qiáng)度、并且具有較高介孔率的成型活性炭顯得尤 為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種具有高強(qiáng)度、較高介孔率的椰殼柱 狀活性炭。通過在活性炭制備過程中加入有機(jī)粘結(jié)劑，以及適當(dāng)?shù)墓に囌{(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)比表面以 及孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控，并達(dá)到較高的介孔率、高強(qiáng)度。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種柱狀椰殼活性炭為椰殼經(jīng)破碎、篩分后，加入有機(jī)粘結(jié)劑進(jìn)行浸漬處理，再經(jīng)成 型、活化后制得的柱狀活性炭；其側(cè)壓強(qiáng)度彡210 N/cm，介孔率在70%~90%。
[0006] 一種制備如上所述的柱狀椰殼活性炭的方法：包括以下步驟： (1) 椰殼的預(yù)處理：將干凈的椰殼在1~1〇 wt%的強(qiáng)酸溶液中浸泡10~20h后，清洗烘 干； (2) 破碎、篩分：經(jīng)烘干的椰殼，經(jīng)破碎磨粉，過100目~200目篩，烘干備用； (3) 浸漬處理：將步驟（2)制得的椰殼粉與有機(jī)粘結(jié)劑混合均勻，再加入活化劑、水，在 30~50°C 浸漬 l~3h ; (4)炭化活化：將經(jīng)擠壓成型、固化成型處理的椰殼料置于氣氛爐中炭化、活化，活化后 的椰殼柱狀炭，置于去離子水中洗滌至中性，烘干，得到柱狀椰殼活性炭。
[0007] 步驟（3)所述的有機(jī)粘結(jié)劑為田菁粉、羧甲基纖維素鈉、聚乙烯醇、淀粉中的一種 或者兩種混合，添加量為椰殼粉質(zhì)量的1%~15%。
[0008] 步驟（3)所述的活化劑為磷酸，磷酸與椰殼粉的質(zhì)量比為0. 25~2. 0:1，水的加入 量為椰殼粉質(zhì)量的20%~60%。
[0009] 步驟（4)所述的固化成型處理為：經(jīng)擠壓成型的椰殼料置于50~150°C的烘箱中固 化定型，固化時(shí)間l~5h。
[0010] 步驟（4)所述的炭化活化為：將柱狀椰殼料置于氣氛爐中炭化、活化，采用Ar氛 圍，流量控制在1〇〇~400 mL/min，終溫控制在450~1100°C，維持I h，升溫速率控制為5 °C/ min〇
[0011] 本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于： 1) 本發(fā)明制得的柱狀椰殼活性炭具有高強(qiáng)度，其側(cè)壓強(qiáng)度可達(dá)到210 N/cm，強(qiáng)度 彡95%，高于實(shí)驗(yàn)室購買的商用椰殼柱狀活性炭；介孔率介于70°/『90% ; 2) 本發(fā)明通過對(duì)工藝進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，可對(duì)比表面積、孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，同時(shí)滿足高強(qiáng) 度的要求，也能夠得到較高的介孔率，更加適合于催化領(lǐng)域； 3) 本發(fā)明選用有機(jī)粘結(jié)劑，只需少量添加，再通過對(duì)炭化活化溫度與時(shí)間的調(diào)控，即可 制備高強(qiáng)度、高介孔率的椰殼柱狀活性炭。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 以下以具體實(shí)施例來說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的包括范圍不僅限于此。
[0013] 實(shí)施例1 將干凈的椰殼在5 wt%的硫酸溶液中浸泡15 h后，清洗烘干；然后將椰殼用粉碎機(jī)粉 碎，過150目篩；取50 g椰殼粉備用，有機(jī)粘結(jié)劑選用田菁粉，添加量為4 g，加入磷酸，磷酸 與椰殼粉的質(zhì)量比選取1. 5:1，水量控制為15 g，在40°C浸漬2h ;混合均勾后，開始捏合，時(shí) 間設(shè)置30min，然后置于擠條機(jī)中進(jìn)行成型，隨后柱狀物料在150°C的烘箱中固化定型lh， 接著將物料放入氣氛爐中進(jìn)行炭化活化，采用Ar氣氛圍，流量控制在300 mL/min，終溫溫 度設(shè)定為500°C，恒溫活化lh?；罨玫闹鶢钐浚?jīng)過漂洗，pH值至6~7,烘干即得樣品，參 數(shù)見下表。
[0014] 實(shí)施例2 將干凈的椰殼在10 Wt%的鹽酸溶液中浸泡10 h后，清洗烘干；然后用粉碎機(jī)粉碎， 過150目篩；取50 g備用，有機(jī)粘結(jié)劑選用聚乙烯醇，添加量為4 g，加入磷酸，磷酸與椰 殼粉的質(zhì)量比為1: 1，水量控制為15 g，在30°C浸漬3h，混合均勻后，開始捏合，時(shí)間設(shè)置 30min，然后置于擠條機(jī)中進(jìn)行成型，隨后柱狀物料在130°C的烘箱中固化定型3h，接著將 物料放入氣氛爐中進(jìn)行炭化活化，采用Ar氣氛圍，流量控制在400 mL/min，終溫溫度設(shè)定 為700°C，恒溫活化lh。活化好的柱狀炭，經(jīng)過漂洗，pH值至6~7，烘干即得樣品，參數(shù)見下 表。
[0015] 實(shí)施例3 將干凈的椰殼在lwt%的強(qiáng)酸溶液中浸泡20h后，清洗烘干；然后用粉碎機(jī)粉碎，然后過 150目篩；取50 g備用，有機(jī)粘結(jié)劑選用田菁粉與聚乙烯醇，混合質(zhì)量比例為1:1，添加量為 4g ;然后加入磷酸，磷酸與椰殼分的質(zhì)量比選取1:1，水量控制為15 g，在50°C浸漬Ih ;混 合均勻后，開始捏合，時(shí)間設(shè)置30min，然后置于擠條機(jī)中進(jìn)行成型，隨后柱狀物料在50°C 的烘箱中固化定型3h，接著將物料放入氣氛爐中進(jìn)行炭化活化，采用Ar氣氛圍，流量控制 在300 mL/min，終溫溫度設(shè)定為1100°C，恒溫活化lh?；罨玫闹鶢钐?，經(jīng)過漂洗，pH值至 6~7,烘干即得樣品，參數(shù)見下表。
[0016] 實(shí)施例4 將干凈的椰殼在7wt%的強(qiáng)酸溶液中浸泡13 h后，清洗烘干；然后用粉碎機(jī)粉碎，過150 目篩，取50 g備用，有機(jī)粘結(jié)劑選用田菁粉與聚乙烯醇，混合質(zhì)量比例為1: 1，添加量為4 g;加入磷酸，磷酸與椰殼粉的質(zhì)量比選取0. 75:1，水量控制為25 g，在40°C浸漬2h ;混合均 勻后，開始捏合，時(shí)間設(shè)置30min，然后置于擠條機(jī)中進(jìn)行成型，隨后柱狀物料在130°C的烘 箱中固化定型lh，接著將物料放入氣氛爐中進(jìn)行炭化活化，采用Ar氣氛圍，流量控制在300 mL/min，終溫溫度設(shè)定為800°C，恒溫活化lh?；罨玫闹鶢钐浚?jīng)過漂洗，pH值至6~7，烘 干即得樣品，參數(shù)見下表。
[0017] 實(shí)施例5 將干凈的椰殼在80 wt%的強(qiáng)酸溶液中浸泡15h后，清洗烘干；然后用粉碎機(jī)粉碎，過 150目篩，取50g備用，有機(jī)粘結(jié)劑選用田菁粉與羧甲基纖維素鈉，質(zhì)量比例為1: 1，添加 量為4 g;然后加入磷酸，磷酸與椰殼粉的質(zhì)量比選取1:1，水量控制為30 g，在30°C浸漬 3h ;混合均勻后，開始捏合，時(shí)間設(shè)置30min，然后置于擠條機(jī)中進(jìn)行成型，隨后柱狀物料在 130°C的烘箱中固化定型lh，接著將物料放入氣氛爐中進(jìn)行炭化活化，采用Ar氣氛圍，流量 控制在300 mL/min，終溫溫度設(shè)定為900°C，恒溫活化Ih ;活化好的柱狀炭，經(jīng)過漂洗，pH值 至6~7,烘干即得樣品，參數(shù)見下表。
[0018] 實(shí)施例6 將干凈的椰殼在7wt%的強(qiáng)酸溶液中浸泡13h后，清洗烘干；將預(yù)處理后的椰殼用粉碎 機(jī)粉碎，然后過150目篩，取50 g備用，不添加粘結(jié)劑，加入磷酸，磷酸與椰殼粉的質(zhì)量比選 取1:1，水量控制為15g，在40°C浸漬Ih ;混合均勻后，開始捏合，時(shí)間設(shè)置30min，然后置于 擠條機(jī)中進(jìn)行成型，隨后柱狀物料在130°C的烘箱中固化定型lh，接著將物料放入氣氛爐 中進(jìn)行炭化活化，采用Ar氣氛圍，流量控制在300 mL/min，終溫溫度設(shè)定為1100°C，恒溫活 化Ih ;活化好的柱狀炭，經(jīng)過漂洗，pH值至6~7,烘干即得樣品，參數(shù)見下表。
[0019] 性能檢測(cè)： 現(xiàn)將實(shí)施例1~6得到的椰殼柱狀活性炭的性能測(cè)定結(jié)果呈現(xiàn)在表1中，從表1可以看 出本發(fā)明得到的活性炭中孔率較高，強(qiáng)度普遍高于購買的商業(yè)化椰殼柱狀活性炭，以及未 經(jīng)有機(jī)粘結(jié)劑處理的活性炭。
[0020] 表1本發(fā)明處理得到的活性炭的性質(zhì)
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種柱狀椰殼活性炭，其特征在于：所述的活性炭為椰殼經(jīng)破碎、篩分后，加入有機(jī) 粘結(jié)劑進(jìn)行浸漬處理，再經(jīng)成型、活化后制得的柱狀活性炭；其側(cè)壓強(qiáng)度多210 N/cm，強(qiáng)度 彡95%，介孔率在70%~90%。
2. -種制備如權(quán)利要求1所述的柱狀椰殼活性炭的方法，其特征在于：包括以下步 驟： (1) 椰殼的預(yù)處理：將干凈的椰殼在1~1〇 wt%的強(qiáng)酸溶液中浸泡10~20h后，清洗烘 干； (2) 破碎、篩分：經(jīng)烘干的椰殼，經(jīng)破碎磨粉，過100目~200目篩，烘干備用； (3) 浸漬處理：將步驟（2)制得的椰殼粉與有機(jī)粘結(jié)劑混合均勻，再加入活化劑、水，在 30~50°C 浸漬 l~3h ; (4) 椰殼粉經(jīng)擠壓成型、固化成型、炭化活化處理后，得到柱狀椰殼活性炭。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的柱狀椰殼活性炭的制備方法，其特征在于：步驟（3)所述的有 機(jī)粘結(jié)劑為田菁粉、羧甲基纖維素鈉、聚乙烯醇、淀粉中的一種或者兩種混合，添加量為椰 殼粉質(zhì)量的1%~15%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的柱狀椰殼活性炭的制備方法，其特征在于：步驟（3)所述的活 化劑為磷酸，磷酸與椰殼粉的質(zhì)量比為〇. 25~2. 0:1，水的加入量為椰殼粉質(zhì)量的20%~60%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的柱狀椰殼活性炭的制備方法，其特征在于：步驟（4)所述的固 化成型處理為：經(jīng)擠壓成型的椰殼料置于50~150°C的烘箱中固化定型，固化時(shí)間l~5h。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的柱狀椰殼活性炭的制備方法，其特征在于：步驟（4)所述的炭 化活化為：將柱狀椰殼料置于氣氛爐中炭化、活化，采用Ar氛圍，流量控制在100~400 mL/ min，終溫控制在450~1100°C，維持1 h，升溫速率控制為5 °C /min。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)度、高介孔率的柱狀椰殼活性炭及其制備方法，其側(cè)壓強(qiáng)度可達(dá)210 N/cm，強(qiáng)度≥95%，介孔率介于70%~90%。其制備方法為：將預(yù)處理的椰殼破碎篩分，將一定粒度的木粉與特定的有機(jī)粘結(jié)劑混合均勻，在一定的磷木比下加入磷酸與適量的水，并依次進(jìn)行浸漬、捏合、擠條成型、固化、炭化活化、洗滌、干燥后得到產(chǎn)物。在一定的高強(qiáng)度區(qū)間內(nèi)，通過控制條件，比表面可達(dá)900~1600 m2/g，孔容0.4~0.8 cm3/g，介孔率介于70%~90%，可控性也是其優(yōu)勢(shì)之一。因其高強(qiáng)度及高介孔率的孔結(jié)構(gòu)，可作為固定床反應(yīng)器中的固體催化劑，在催化領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。
【IPC分類】C01B31-08
【公開號(hào)】CN104628000
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510064269
【發(fā)明人】倪軍, 詹勇, 林建新, 林炳裕, 江莉龍
【申請(qǐng)人】福州大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年2月9日