一種異型特種活性炭、制備方法及成型模具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種活性炭，該活性炭為柱狀體，截面為梅花狀，具有貫穿柱狀體的通孔；外緣的直徑是3-5mm，內(nèi)緣的直徑是2.5-4mm，長度為3-7mm，通孔孔徑為0.5-1.5mm，具有4-12個梅花瓣，梅花柱狀空心活性炭在用作催化劑載體時的吸附能力強，提高了催化劑的使用效率，氣體轉(zhuǎn)化率得到大幅提高，達(dá)99.2%；成型模具能夠增加活性炭吸附面積且能夠降低生產(chǎn)成本且保證空心活性炭的表面不易被刮花；若干進(jìn)料孔為空心活性炭成型提供足夠的物料；因活性炭與管道內(nèi)壁摩擦磨損而損壞時，只需更換筒狀構(gòu)件，而不需要更換整個成型模具，如此可以節(jié)省生產(chǎn)成本；可以保證成型的空心活性炭的內(nèi)外表面被刮花。
【專利說明】-種異型特種活性炭、制備方法及成型模具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種異型特種活性炭，具體的說，涉及一種梅花柱狀空心活性炭、制 備方法及成型模具，屬于活性炭【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 人們知道，現(xiàn)有的活性炭材料有大量的孔隙，高的比表面積，在其表面還有多種活 性官能團，具有很好的催化活性，不僅如此，化學(xué)穩(wěn)定性也很好，機械強度也很高，可以反復(fù) 使用，這些優(yōu)異的特性使得現(xiàn)有活性炭材料成為一種備受世人關(guān)注的優(yōu)質(zhì)吸附劑。活性炭 就在食品、醫(yī)藥上脫色、防毒和除味等方面很早就獲得了應(yīng)用，并且隨著時間的推移，他們 作為優(yōu)質(zhì)的吸附劑和催化劑載體越來越廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、國防、醫(yī)藥衛(wèi)生、化工、環(huán)保等 工業(yè)【技術(shù)領(lǐng)域】。但是，隨著工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)有活性炭材料的性能越來越不適應(yīng)環(huán) 保、醫(yī)藥、電容器等重要領(lǐng)域的實際要求，因此急需提高他們的性能，例如增加比表面積、提 高吸附速度與效率。能夠滿足許多行業(yè)，例如超級電容器、制藥、催化劑載體等對這類材料 的基本要求，所以，這種中孔型活性炭（大于2nm，小于50nm的微孔）在涉及吸附技術(shù)的領(lǐng) 域里具有非常廣闊的前景。
[0003] 在實現(xiàn)發(fā)明過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下問題：現(xiàn)有中孔活性炭 材料在應(yīng)用于催化劑載體方面中，還存在很多不足，吸附容量、吸附速度、與原料氣接觸面 積方面尚不理想。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對以上不足，提供一種異型特種活性炭，克服了傳 統(tǒng)活性炭吸附效果差的缺陷，本發(fā)明梅花柱狀空心活性炭在用作催化劑載體時的吸附能力 增強，提1? 了催化劑的使用效率，轉(zhuǎn)化率得到大幅提1?，達(dá)99. 2%。
[0005] 本發(fā)明的第二個目的是提供所述活性炭的制備方法。
[0006] 本發(fā)明的第二個目的是提供生產(chǎn)所述活性炭的成型模具。
[0007] 為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：該活性炭為柱狀體，截面為 梅花狀，該活性炭具有貫穿柱狀體的通孔；該活性炭外緣的直徑是3-5mm，內(nèi)緣的直徑是 2. 5_4mm，長度為3_7mm，通孔孔徑為0. 5-1. 5mm。
[0008] 可以使被催化氣體在與催化劑接觸后能迅速催化反應(yīng)并迅速通過，加速了催化反 應(yīng)進(jìn)行，最有利于被載化合物(氯化汞）的吸附。
[0009] 進(jìn)一步地，該活性炭具有4-12個梅花瓣。
[0010] 進(jìn)一步地，該活性炭的BET比表面積是1085-1310m2/g，比孔容0. 4-0. 8cm3/g，中孔 孔容 0. 5-0. 61cm3/g ; 該活性炭的平均孔徑為25. 7-31. 5nm，強度大于95%，堆積重400-480g/L。 toon] 該項指標(biāo)表征了該種活性炭的吸附能力，上述指標(biāo)有利于使活性炭在用作催化劑 載體時的吸附能力增強，在此指標(biāo)時活性炭的吸附能力非常利于被載化合物(氯化汞）的吸 附。
[0012] 基于以上活性炭，本發(fā)明提供一種異型特種活性炭的制備方法，該制備方法提 供： 原料選擇步驟，原料煤選用太西無煙煤，將無煙煤過200目篩制成煤粉； 壓制成型步驟，將煤粉與煤焦油、水進(jìn)行混捏，其重量配比為煤粉：焦油：水=70% :20% : 10%，混捏時間在15-20分鐘，混捏后的煤粉進(jìn)入液壓機中壓制成梅花柱狀空心活性炭條， 壓制過程中壓力控制在15-20Mpa。
[0013] 對梅花狀中空活性炭起到了定型作用，由此步驟制得的活性炭使被催化氣體在與 催化劑接觸后能迅速催化反應(yīng)并迅速通過，加速了催化反應(yīng)進(jìn)行，試驗標(biāo)明該種煤質(zhì)制作 附載用活性炭比普通煤制作附載用活性炭效果更好； 炭化步驟： 梅花柱狀空心活性炭條先進(jìn)行晾曬，然后進(jìn)入炭化爐進(jìn)行炭化，炭化爐溫度控制在爐 頭500-600°C，爐尾350-400°C，炭化時間15-20分鐘，得炭化料。在此指標(biāo)下進(jìn)行活化前的 預(yù)處理，是后續(xù)活化過程成功的保證。
[0014] 進(jìn)一步地，該制備方法還包括活化步驟： 炭化料經(jīng)10-30目的震動篩篩選后送入活化爐，活化爐溫度控制在880°C -985°C，蒸汽 壓力(λ 3-0. 4MPa，爐壓保持在10-100Pa，蒸汽溫度120-140°C，活化25-30分鐘后出料。
[0015] 進(jìn)一步地，活化爐溫度950°C，蒸汽壓力為0· 35MPa，爐壓保持在90Pa，蒸汽溫度 130°C，活化時間25分鐘。在最優(yōu)的工藝條件下得到的活性炭，各項指標(biāo)為最優(yōu)化值。
[0016] 基于以上活性炭，一種用于生產(chǎn)異型特種活性炭的成型模具，其特征在于，所述成 型模具提供： 第一構(gòu)件，第一構(gòu)件上設(shè)有出料通道，出料通道內(nèi)設(shè)有可以取出更換的筒狀構(gòu)件，筒狀 構(gòu)件具有截面為梅花狀的成型腔； 第二構(gòu)件，與第一構(gòu)件可拆卸連接，第二構(gòu)件上具有可與出料通道配合的進(jìn)料模組； 所述進(jìn)料模組包括至少一個中心柱及若干個貫穿第二構(gòu)件的進(jìn)料孔； 所述若干個進(jìn)料孔的圓心位于同一個圓周上，中心柱設(shè)置在若干個進(jìn)料孔的中間； 進(jìn)料孔向中心柱傾斜設(shè)置，斜坡度為15°?20° ; 中心柱的底部具有倒角。
[0017] 因活性炭與管道內(nèi)壁摩擦磨損而損壞時，只需更換筒狀構(gòu)件，而不需要更換整個 成型模具，如此可以節(jié)省生產(chǎn)成本。中心柱決定了空心活性炭的內(nèi)部中心尺寸，若干進(jìn)料孔 為空心活性炭成型提供足夠的物料。中心柱底部的倒角可以減少中心柱的底端對空心活性 炭影響，活性炭原料在外界壓力的作用下可順利的進(jìn)入進(jìn)料孔并匯集到第一通道內(nèi)，可以 保證成型的空心活性炭的內(nèi)外表面被刮花。
[0018] 進(jìn)一步地，所述出料通道包括自上而下依次設(shè)置的第一通道、第二通道、第三通道 及第四通道； 第一通道為倒圓臺狀，第二通道為圓柱狀，第三通道為圓柱狀，第四通道為圓臺狀； 第一通道的傾斜度為60°?65°，第四通道的傾斜度為30°?40° ; 所述第二通道的內(nèi)徑與第一通道底面的半徑相等； 第三通道的內(nèi)徑小于第二通道的內(nèi)徑。
[0019] 由于第四通道存在可以保證成型的空心活性炭的內(nèi)外表面被刮花。
[0020] 進(jìn)一步地，所述第二構(gòu)件的下表面和第一構(gòu)件的上表面具有對應(yīng)的凹凸槽波紋。 使得第一構(gòu)件和第二構(gòu)件切合緊密，同時能夠防止兩構(gòu)件相對移動。
[0021] 進(jìn)一步地，所述筒狀構(gòu)件的外徑與第二通道的內(nèi)徑相對應(yīng)，筒狀構(gòu)件的上口具有 斜面，斜坡度與第一通道的斜坡度對應(yīng)，筒狀構(gòu)件的長度與第二通道的長度相對應(yīng)； 所述筒狀構(gòu)件的外徑大于第三通道的直徑。
[0022] 斜坡度對應(yīng)可以保證空心活性炭成型的連續(xù)性，防止其外表面刮花，長度和內(nèi)徑 相對應(yīng)可以保證筒狀構(gòu)件固定更嚴(yán)密。保證筒狀構(gòu)件能夠固定在第二通道內(nèi)。
[0023] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案后，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：試驗證明，梅花柱 狀空心活性炭在用作催化劑載體時的吸附能力強，提高了催化劑的使用效率，氣體轉(zhuǎn)化率 得到大幅提1?，達(dá)99. 2%。
[0024] 成型模具能夠增加活性炭吸附面積且能夠降低生產(chǎn)成本且保證空心活性炭的表 面不易被刮花；若干進(jìn)料孔為空心活性炭成型提供足夠的物料；因活性炭與管道內(nèi)壁摩擦 磨損而損壞時，只需更換筒狀構(gòu)件，而不需要更換整個成型模具，如此可以節(jié)省生產(chǎn)成本； 可以保證成型的空心活性炭的內(nèi)外表面被刮花。
[0025] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 附圖1是本發(fā)明實施例中活性炭的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖2是本發(fā)明實施例中成型模具的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖3是本發(fā)明實施例中第二構(gòu)件的俯視圖； 附圖4是本發(fā)明實施例中第一構(gòu)件的俯視圖； 附圖5是本發(fā)明實施例中成型模具的部件分解圖； 附圖6是本發(fā)明實施例中筒狀構(gòu)件的剖面圖； 圖中， 1-柱狀體，2-通孔，10-成型模具，20-第一構(gòu)件，21-出料通道，210-第一通道，211-第 二通道，212-第三通道，213-第四通道，22-緊固孔，30-筒狀構(gòu)件，31-圓臺狀集料管道， 32-成型腔，40-第二構(gòu)件，41-緊固孔，42-進(jìn)料模組，421-中心柱，422-進(jìn)料孔。

【具體實施方式】
[0027] 本實施例是為了便于理解本發(fā)明，而不以任何方式限制本發(fā)明的權(quán)利要求和核心 內(nèi)容。
[0028] 實施例1，如圖1所示，一種異型特種活性炭，活性炭是截面為梅花狀的柱狀體1， 長度為3-7mm，中央位置具有貫穿柱狀體1的通孔2,通孔孔徑為0· 5-1. 5mm，活性炭外緣的 直徑為3-5mm，內(nèi)緣的直徑是2. 5-4mm。BET比表面積是1085-1310m2/g，比孔容0. 4-0. 8cm3/ g，中孔孔容0. 5-0. 61cm3/g ;該活性炭的平均孔徑為25. 7-31. 5nm，強度大于95%，堆積重 400-480g/L，具有5個梅花瓣。
[0029] 梅花柱狀空心活性炭應(yīng)該理解是具有高BET比表面積、高總孔孔容、高中孔孔容 和適當(dāng)孔徑的異型活性炭。
[0030] 梅花柱狀空心活性炭中具有微孔和中孔，微孔是孔徑小于2nm的孔；中孔是孔直 徑大于2nm且又小于50nm的孔。
[0031] 該梅花柱狀空心活性炭是由太西無煙煤制成，太西無煙煤具有金屬光澤，外觀無 明顯條帶，燃燒現(xiàn)象難著火無煙，自然水分較少，硬度很高等特點。無煙煤做原料有利于發(fā) 展活性炭的微孔孔隙，主要是大于2nm，小于50nm的中孔孔容容量的增加。
[0032] 梅花柱狀空心活性炭的制備按照以下步驟進(jìn)行： 1、 原料選擇 原料煤選用水份為7. 5%、灰份為5. 0%、揮發(fā)份為8. 3%，固定碳為79. 2%的太西無煙煤， 無煙煤首先進(jìn)入磨粉機，磨粉后的煤粉要求達(dá)到200目； 2、 壓制成型 磨粉后的煤粉送入混合器中與煤焦油、水進(jìn)行混捏，其重量配比：煤粉：焦油：水=70% : 20% :10%，混捏時間在15-20分鐘，混捏后的煤粉通過加料機送入液壓機中壓制成梅花柱狀 空心炭條，壓制過程中壓力控制在15-20Mpa ; 3、 炭化 通過液壓機擠壓出來的梅花柱狀空心炭條首先進(jìn)行晾曬，然后進(jìn)炭化爐(炭化過程是 將液壓機擠壓成型后的活性炭送入內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)爐，目前泰州凱威特公司、淄博問鼎爐窯技 術(shù)有限公司等均有生產(chǎn)）進(jìn)行炭化，炭化爐溫度控制在爐頭500-600°C，爐尾350-400°C，炭 化時間15-20分鐘，得炭化料； 4、 活化 炭化料經(jīng)過篩(通過10-30目的震動篩進(jìn)行篩選）后送入活化爐通過高溫條件下用水 蒸汽與碳原子反應(yīng)來進(jìn)行活化，活性炭的活化過程是在活化爐中進(jìn)行的，具體反應(yīng)原理為： 在活化爐高溫環(huán)境下通入活化氣體，一般為蒸汽，與活性炭的碳原子進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)式為： C+H20 - C0+H2 - 129. 7KJ。通過該反應(yīng)消耗一部分碳原子，可以將炭化后的活性炭原先閉 塞的孔隙打開，擴大原有的孔隙并形成新的孔隙，不同規(guī)格的活性炭的孔徑和比表面積有 不同要求，達(dá)到這個要求通過控制活性炭的活化時間和加入的蒸汽量來實現(xiàn)。一般活化時 間越長，蒸汽量越大，活性炭孔徑和比表面積越發(fā)達(dá)，但是強度會伴隨著下降。每臺活化爐 均有兩個活化半爐，半爐底部氣道連通，兩個半爐每半小時切換一次。因活性炭活化過程是 吸熱反應(yīng)且產(chǎn)生可燃?xì)怏w，活化爐每層都配有空氣管道，通過風(fēng)機將空氣送入。當(dāng)一臺半爐 進(jìn)行活化反應(yīng)時，另外一臺半爐則通入空氣使活化產(chǎn)生的可燃?xì)怏w在爐內(nèi)燃燒進(jìn)行加熱， 使活化反應(yīng)的環(huán)境始終保持在高溫條件下進(jìn)行，通過控制蒸汽的通入量(在活化爐每層都 有一個壓力表來顯示爐內(nèi)壓力，爐壓要求保持在微正壓（l〇-l〇〇Pa)，在蒸汽溫度基本保持 不變情況下(約120_140°C )，蒸汽加入量的大小直接影響著爐壓的高低，在實際操作中以活 化爐爐壓為標(biāo)準(zhǔn)，通過控制活化爐蒸汽閥門來控制蒸汽的加入量）活化完成后出料包裝。
[0033] 經(jīng)過試驗，確定影響梅花狀活性炭性能指標(biāo)的參數(shù)為活化帶溫度、蒸汽壓力、蒸汽 溫度、活化時間及活化爐壓力，并得到活化帶溫度880°C _985°C，蒸汽壓力0· 3-0. 4MPa，爐 壓保持在l〇-l〇〇Pa，蒸汽溫度120-140°C，活化25-30分鐘時，梅花狀活性炭性能指標(biāo)比較 好。
[0034] 以下為針對不同的活化爐溫度、蒸汽壓力和活化時間對活化后的梅花狀活性炭分 析結(jié)果：

【權(quán)利要求】
1. 一種異型特種活性炭，其特征在于：該活性炭為柱狀體（1)，截面為梅花狀，該活性 炭具有貫穿柱狀體（1)的通孔（2)，該活性炭外緣的直徑是3-5mm，內(nèi)緣的直徑是2. 5-4_， 長度為3_7mm，通孔孔徑為0· 5-1. 5mm。
2. 如權(quán)利要求1所述的異型特種活性炭，其特征在于：該活性炭具有4-12個梅花瓣。
3. 如權(quán)利要求1所述的異型特種活性炭，其特征在于：該活性炭的BET比表面積是 1085-1310m2/g，比孔容 0· 4-0. 8cm3/g，中孔孔容 0· 5-0. 61cm3/g ; 該活性炭的平均孔徑為25. 7-31. 5nm，強度大于95%，堆積重400-480g/L。
4. 如權(quán)利要求1、2或3所述異型特種活性炭的制備方法，其特征在于，該制備方法提 供： 原料選擇步驟，原料煤選用太西無煙煤，將無煙煤過200目篩制成煤粉； 壓制成型步驟，將煤粉與煤焦油、水進(jìn)行混捏，其重量配比為煤粉：焦油：水=70% :20% : 10%，混捏時間在15-20分鐘，混捏后的煤粉進(jìn)入液壓機中壓制成梅花柱狀空心活性炭條， 壓制過程中壓力控制在15-20Mpa ; 炭化步驟： 梅花柱狀空心活性炭條先進(jìn)行晾曬，然后進(jìn)入炭化爐進(jìn)行炭化，炭化爐溫度控制在爐 頭500-600°C，爐尾350-400°C，炭化時間15-20分鐘，得炭化料。
5. 如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于：該制備方法還包括活化步驟： 炭化料經(jīng)10-30目的震動篩篩選后送入活化爐，活化爐溫度控制在880°C -985°C，蒸汽 壓力(λ 3-0. 4MPa，爐壓保持在10-100Pa，蒸汽溫度120-140°C，活化25-30分鐘后出料。
6. 如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于：活化爐溫度950°C，蒸汽壓力為 0. 35MPa，爐壓保持在90Pa，蒸汽溫度130°C，活化時間25分鐘。
7. -種用于生產(chǎn)如權(quán)利要求1、2或3所述異型特種活性炭的成型模具，其特征在于，所 述成型模具提供： 第一構(gòu)件（20)，第一構(gòu)件上設(shè)有出料通道（21)，出料通道（21)內(nèi)設(shè)有可以取出更換的 筒狀構(gòu)件（30 )，筒狀構(gòu)件（30 )具有截面為梅花狀的成型腔（32 ); 第二構(gòu)件（40 )，與第一構(gòu)件可拆卸連接，第二構(gòu)件（40 )上具有可與出料通道（21)配合 的進(jìn)料模組（42); 所述進(jìn)料模組（42)包括至少一個中心柱（421)及若干個貫穿第二構(gòu)件（40)的進(jìn)料孔 (422)； 所述若干個進(jìn)料孔（422)的圓心位于同一個圓周上，中心柱（421)設(shè)置在若干個進(jìn)料 孔（422)的中間； 進(jìn)料孔（422)向中心柱（421)傾斜設(shè)置，斜坡度為15°?20° ; 中心柱（421)的底部具有倒角。
8. 如權(quán)利要求7所述的成型模具，其特征在于，所述出料通道（21)包括自上而下依次 設(shè)置的第一通道（210)、第二通道（211)、第三通道（212)及第四通道（213); 第一通道（210)為倒圓臺狀，第二通道（211)為圓柱狀，第三通道（212)為圓柱狀，第四 通道（213)為圓臺狀； 第一通道（210)的傾斜度為60°?65°，第四通道（213)的傾斜度為30°?40° ; 所述第二通道（211)的內(nèi)徑與第一通道（210)底面的半徑相等； 第三通道（212)的內(nèi)徑小于第二通道（211)的內(nèi)徑。
9. 如權(quán)利要求8所述的成型模具，其特征在于，所述第二構(gòu)件（40)的下表面和第一構(gòu) 件（20)的上表面具有對應(yīng)的凹凸槽波紋。
10. 如權(quán)利要求9所述的成型模具，其特征在于，所述筒狀構(gòu)件（30)的外徑與第二通道 (211)的內(nèi)徑相對應(yīng)，筒狀構(gòu)件的上口具有斜面，斜坡度與第一通道（210 )的斜坡度對應(yīng)，筒 狀構(gòu)件（30)的長度與第二通道（211)的長度相對應(yīng)； 所述筒狀構(gòu)件（30)的外徑大于第三通道（213)的直徑。
【文檔編號】B01J35/02GK104192840SQ201410473684
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】楊秀玲, 常炳恩, 李玉強, 李通 申請人:寧夏金海創(chuàng)科化工科技有限公司