一種麻杆活性炭及其製備方法
2023-06-28 03:49:41 1
專利名稱：：一種麻杆活性炭及其製備方法
技術領域：
：本發明涉及一種麻杆活性炭(麻炭)及其製備方法。
背景技術：
：吸附是分離和淨化過程中的一種重要技術，在諸多吸附材料中，活性炭因其大的吸附能力和低廉的成本而得到了最為廣泛的應用。活性炭的製備方法通常是在活化條件下進行熱處理，即炭化和活化兩步。炭化的目的是要得到適宜於活化的初始孔隙和具有一定機械強度的炭化料。炭化的實質是原材料中有機物進行熱解的過程，包括熱分解反應和縮聚反應。活化過程是製備高比表面積活性炭的關鍵步驟，活化方法有物理活化法和化學活化法。已有研究表明，化學活化法與物理活化法相比，具有低能耗、高產率、製備的活性炭比表面積和孔容大的優點。製備活性炭的原料大致可以分為2大類植物類和礦物類。植物原料即木質原料包括木材、木炭、果殼、纖維素、紙漿廢液等；礦物類原料包括煤、石油、塑料等。煤炭資源是最豐富的，但煤的結構與組成特性直接影響了活性炭的性能，灰分高並且難以生成發達的微孔。而石油焦、樹脂等原料製備活性炭的熱處理溫度很高，影響熱解過程的因素很多，生產工藝複雜。木質素纖維材料是很好的活性炭原料，與煤相比，木質纖維素材料具有高含碳量和低灰分的優點，利用植物類原材料的天然結構可製得微孔發達、比表面積很高的活性炭，並且具有較高的機械強度。目前國內製備活性炭主要以木材、優質煤等為原料，生產成本較高，因此，近年來利用各種工農業廢棄物如果殼、木屑等製備高表面積和高吸附性活性炭的研究引起了越來越多的重視，許多農業廢棄物如椰殼、棕櫚殼、杏仁殼、核桃殼、穀殼等己被廣泛報導用於製備活性炭。而以麻類植物為原料製備活性炭的研究只是在最近才有一些報導。我國是麻的主產國，工業上主要是利用麻纖維製造紡織品或造紙，而大量的麻杆被廢棄，造成大量的浪費。
發明內容本發明的目的在於提供一種麻杆活性炭。本發明的另一目的在於提供上述麻杆活性炭的製備方法。本發明提供的一種麻杆活性炭，比表面積為1200—1800m々g,總孔容為0.8—1.0cm3/g。所述的麻杆活性炭顆粒直徑為0.00110毫米，苯吸附值80120mg/g，堆積密度0.250.30g/m3,強度大於92%。本發明還提供了上述麻杆活性炭的製備方法，其特徵在於，包括，a、預處理將麻杆通過粉碎、篩分製成粉狀，然後在預處理溶液中沸煮，然後在捏合機中捏合，並在烘箱中進行塑化處理；所述預處理溶液為磷酸銨、聚磷酸酯、磷酸烷基酯、ZnCl2或H3P04或氫氧化鉀、N-羥甲基一3-3-(二甲基膦醯基)丙醯胺、四羥甲基氯化轔、三(氮雜環丙烯基)氧化膦、氨基氰磷酸溶液或氯甲基膦醯二胺中的一種；b、炭化和活化將塑化後的麻粉置於炭化爐在氮氣中炭化,然後通入水蒸汽活化；c、漂洗將炭化和活化後的產物漂洗至pH值為6_7，得到粗產物；d、乾燥、成型將粗產物放入乾燥箱中乾燥，冷卻至室溫後，通過液壓造粒機即得成品麻杆顆粒活性炭。其中，所述麻杆包括大麻、薴麻、苘麻或黃麻去掉韌皮杆芯。所述粉碎可以在雷蒙磨、超高細磨粉機、超細磨、高壓磨、球磨機、攪拌磨、粉碎機、木粉機、鄂式破碎機、錘式破碎機、反擊式破碎機或衝擊式破碎機中的一種中進行。所述的磷酸銨、聚磷酸酯、磷酸烷基酯、ZnCl2或H3P04或氫氧化鉀溶液濃度為0.5~4.5mol/L，在其中沸煮時間為0.52h.;所述的N-羥甲基一3-3-(二甲基膦醯基)丙醯胺、四羥甲基氯化鱗、三(氮雜環丙烯基)氧化膦、氨基氰磷酸溶液、氯甲基膦醯二胺用量為原料重量的0.55%，在其溶液中煮沸的時間為0.52h;所述的捏合時採用煤焦油作為粘合劑，用量為210%;所述的塑化時溫度150250°C，時間為560分鐘。在氮氣中炭化和活化過程為在流速為1040mL/min的氮氣氣氛中，炭化升溫速度為38°C/min，炭化溫度為4001000°C，炭化時間為0.12小時；活化採用水蒸氣的流量為3-8ml/min;優選所述的水蒸氣的流量為46ml/min。所述漂洗過程為，先在O.051.5mol/LHC1溶液中沸煮，沸煮時間為0.52h，然後用去離子水洗，優選依次用熱去離子水和冷去離子水反覆漂洗。所述乾燥溫度為100150°C，所製得的麻杆活性炭顆粒直徑為0.00110毫米。具體的說，本發明提供的麻杆活性炭的製備方法，詳細過程如下a、預處理將麻杆通過粉碎、篩分製成粉狀，然後在預處理溶液中沸煮，然後在捏合機中捏合，並在烘箱中進行塑化處理。麻杆包括大麻、薴麻、苘麻或黃麻去掉韌皮杆芯，由於工業上主要是利用麻纖維製造紡織品或造紙，因此會有大量的麻杆被廢棄，造成大量的浪費，以麻杆為原料成本低廉，而且麻杆為結構疏鬆、內有發達毛細孔隙的高炭含量物料，製得的活性炭性能優良。麻杆製備活性炭時，首先要將其粉碎。這是因為製備活性炭，原料需要破碎至一定的細度，粒度的大小與炭化強度、活化效果以及洗滌程度是麻杆活性炭的技術關鍵。粒度影響成品顆粒內部的孔隙結構、顆粒堆密度、機械強度和吸附性能。原料粒度越細，比表面積越大，粉末易於活化劑浸漬均勻，原料粉末與活化劑之間容易粘結，易於成型；細粒原料也有利於初始孔隙的形成，並使成型後的顆粒表面更光滑、質地更緻密，能保證成品有較高的體積密度及機械強度。粉碎可以在雷蒙磨、超高細磨粉機,超細磨,高壓磨,球磨機,攪拌磨,粉碎機,木粉機.中進行，還可以在鄂式破碎機,錘式破碎機,反擊式破碎機,衝擊式破碎機等破碎設備中進行。粉碎後，將原料在預處理溶液中沸煮。預處理溶液中溶質為活化劑，為磷酸銨、聚磷酸酯、磷酸烷基酯、ZnCl2或H3P04或氫氧化鉀、>^-羥甲基一3-3-(二甲基膦醯基)丙醯胺、四羥甲基氯化鱗、三(氮雜環丙烯基)氧化膦、氨基氰磷酸溶液或氯甲基膦醯二胺中的一種。預處理的目的在於使麻杆粉狀和活化劑充分接觸，為下一步的炭化和活化進行創造有利條件，提高產品的產率和品質。預處理的具體條件為磷酸銨、聚磷酸酯、磷酸烷基酯、ZnCl2或H3P04或氫氧化鉀溶液濃度為0.54.5mol/L，在其中沸煮時間為0.52h.;或!^羥甲基一3-3-(二甲基膦醯基)丙醯胺、四羥甲基氯化鱗、三(氮雜環丙烯基)氧化膦、氨基氰磷酸溶液或氯甲基膦醯二胺，用量為原料重量的0.55%，在其溶液中煮沸的時間為0.52h。為了便於碳化和活化，需要將預處理後的原料捏合和塑化。捏合在捏合機中進行，採用煤焦油作為粘合劑，用量為預處理後原料重量的210%;塑化在烘箱中進行，塑化時溫度150250°C，時間為560分鐘。b、炭化和活化將塑化後的麻粉置於炭化爐在氮氣中炭化,然後通入水蒸汽活化。具體條件為在流速為1040mL/min的氮氣氣氛中，炭化升溫速度為38°C/min，炭化溫度為400100(TC，炭化時間為0.12小時；活化採用水蒸氣的流量為3-8ml/min;優選所述的水蒸氣的流量為46ml/min。在炭化和活化過程中，ZnCl2或H3P04等活化劑的作用主要表現在兩個方面1、脫水作用，促進熱解反應，降低焦油的生成，有助於炭化過程中通過縮聚反應進行芳構化，形成具有豐富微孔的亂層石墨微晶結構；2、充滿在形成的孔內，降低焦油的生成，清洗後除去活化劑可得到孔結構發達的活性碳。其中，炭化過程中在氮氣中進行是因為氮氣化學性質不活潑，作為保護氣體，使原料中的H、0以H20的形式而不是以碳氫化合物或氧化的有機化合物的形式脫出，進一步降低焦油的生成。c、漂洗將炭化和活化後的產物漂洗至pH值為6_7，得到粗產物；具體條件為先在0.051.5mol/LHC1溶液中沸煮，沸煮時間為0.52h，然後用去離子水洗，優選依次用熱去離子水和冷去離子水反覆漂洗。洗滌的目的在於將活性碳中的非本體物質洗去，它們原來佔據的空間就成了孔，因此雖然洗滌比較麻煩，但是一定要反覆洗滌，直到洗滌水pH為6—7為止。同時，洗滌還可以回收活化劑，降低生產成本，減少汙水的排放，避免環境汙染。d、乾燥、成型將粗產物放入乾燥箱中乾燥，冷卻至室溫後，通過液壓造粒機即得成品麻杆顆粒活性炭。根據本發明製備方法所得的麻杆活性炭，比表面積為1200—1800m2/g,總孔容為0.8—1.0cmVg，麻杆活性炭顆粒直徑為0.00110毫米，苯吸附值80120mg/g,堆積密度0.250.30g/m3,強度大於92%。在垂直於麻杆生長方向的橫截面上分布著大小不等的中空的孔道。直徑為50wm左右、孔壁彎曲的類圓形或橢圓形大孔，這些大孔或單獨存在，或23個成組出現。直徑在l(T20/^m範圍圍內的中孔，孔形為類圓形、四邊形或六邊形不等，連續分布在大孔的周圍。直徑為5;im左右的類四邊形微孔，一般存在於兩列中孔之間呈長條狀分布。所有麻炭中的孔為直通且彼此平行的孔道結構，孔壁上分布著直徑為0.2、.55wm的小孔，可見其具有十分優異的吸附性能。本發明麻杆活性炭，成本低廉，性能優良，能夠取得良好的經濟效益。具體實施方式實施例1將大麻杆芯用雷蒙磨磨成細粉，篩分後，在0.5mol/L的磷酸銨溶液中沸煮0.5h，然後在捏合機中捏合，採用煤焦油作為粘合劑，用量為2%，然後在烘箱中進行塑化，溫度15(TC，時間為5分鐘；將塑化後的麻粉置於炭化爐中，氮氣流速為10mL/min，炭化升溫速度為3°C/min，炭化溫度為400°C，炭化時間為0.1小時，然後通入水蒸汽活化，水蒸氣的流量為3ml/min。將活化後的產物先在0.05mol/LHCl溶液中沸煮，沸煮時間為0.5h,然後用去離子水洗至pH6;得到粗產物；將粗產物放入乾燥箱中乾燥，冷卻至室溫後，通過液壓造粒機即得成品麻杆顆粒活性炭；活性碳的顆粒直經0.00110毫米，比表面積為1200m2/g,總孔容為0.8m3/g。苯吸附值80mg/g，堆積密度0.25g/m3,強度93%。實施例2將薴麻杆芯用超高細磨粉機磨成細粉，篩分後，在4.5mol/L的磷酸銨溶液中沸煮2h，然後在捏合機中捏合，採用煤焦油作為粘合劑，用量為10%，然後在烘箱中進行塑化，溫度25(TC，時間為60分鐘；將塑化後的麻粉置於炭化爐中，氮氣流速為40mL/min，炭化升溫速度為8'C/min，炭化溫度為IOO(TC，炭化時間為2小時，然後通入水蒸汽活化，水蒸氣的流量為8ml/min。將活化後的產物先在1.5mol/LHCl溶液中沸煮，沸煮時間為2h，然後用依次用熱去離子水和冷去離子水反覆漂洗至pH7;得到粗產物；將粗產物放入乾燥箱中乾燥，冷卻至室溫後，通過液壓造粒機即得成品麻杆顆粒活性炭；活性碳的顆粒直經0.00110毫米，比表面積為1800m2/g，總孔容為l.OmVg。苯吸附值120mg/g，堆積密度0.30g/m3,強度95%。實施例3將黃麻杆芯用錘式破碎機破碎成細粉，篩分後，在2.5mol/L的聚磷酸酯溶液中沸煮lh，然後在捏合機中捏合，採用煤焦油作為粘合劑，用量為5%，然後在烘箱中進行塑化，溫度200'C，時間為10分鐘；將塑化後的麻粉置於炭化爐中，氮氣流速為30mL/min，炭化升溫速度為7'C/min，炭化溫度為600°C，炭化時間為1小時，然後通入水蒸汽活化，水蒸氣的流量為4ml/min。將活化後的產物先在lmol/LHCl溶液中沸煮，沸煮時間為lh，然後用依次用熱去離子水和冷去離子水反覆漂洗至pH6.5;得到粗產物；將粗產物放入乾燥箱中乾燥，冷卻至室溫後，通過液壓造粒機即得成品麻杆顆粒活性炭;活性碳的顆粒直經0.00110毫米，比表面積為1500m2/g，總孔容為0.9m3/g。苯吸附值110mg/g,堆積密度0.27g/m3,強度94%。實施例4將黃麻杆芯用衝擊式破碎機破碎成細粉，篩分後，在3.5mol/L的磷酸垸基酯溶液中沸煮lh，然後在捏合機中捏合，採用煤焦油作為粘合劑，用量為7%，然後在烘箱中進行塑化，溫度21(TC，時間為15分鐘；將塑化後的麻粉置於炭化爐中，氮氣流速為20mL/min，炭化升溫速度為6'C/min，炭化溫度為700°C，炭化時間為1.5小時，然後通入水蒸汽活化，水蒸氣的流量為4ml/min。將活化後的產物先在0.6mol/LHC1溶液中沸煮，沸煮時間為0.8h，然後用依次用熱去離子水和冷去離子水反覆漂洗至pH6.8;得到粗產物；將粗產物放入乾燥箱中乾燥，冷卻至室溫後，通過液壓造粒機即得成品麻杆顆粒活性炭；活性碳的顆粒直經0.00110毫米，比表面積為1600m2/g,總孔容為0.86m3/g。苯吸附值90mg/g，堆積密度0.28g/m3，強度96y。。實施例5將大麻杆芯用高壓磨磨成細粉，篩分後，在N-羥甲基一3-3-(二甲基膦醯基)丙醯胺溶液中沸煮0.5h,仏羥甲基_3-3-(二甲基膦醯基)丙醯胺用量為原料重量的0.5%，然後在捏合機中捏合，採用煤焦油作為粘合劑，用量為9%，然後在烘箱中進行塑化，溫度18(TC，時間為8分鐘；將塑化後的麻粉置於炭化爐中，氮氣流速為30mL/min，炭化升溫速度為4'C/min，炭化溫度為80(TC，炭化時間為0.5小時，然後通入水蒸汽活化，水蒸氣的流量為5ml/min。將活化後的產物先在1.3mol/LHC1溶液中沸煮，沸煮時間為0.9h，然後用依次用熱去離子水和冷去離子水反覆漂洗至pH6.8;得到粗產物；將粗產物放入乾燥箱中千燥，冷卻至室溫後，通過液壓造粒機即得成品麻杆顆粒活性炭；活性碳的顆粒直經0.00110毫米，比表面積為1700m2/g,總孔容為0.88m3/g。苯吸附值110mg/g，堆積密度0.29g/m^強度95%。實施例6將苘麻杆芯用高壓磨磨成細粉，篩分後，在四羥甲基氯化鱗溶液中沸煮0.5h，四羥甲基氯化鱗用量為原料重量的5%，然後在捏合機中捏合，採用煤焦油作為粘合劑，用量為1%，然後在烘箱中進行塑化，溫度22(TC，時間為8分鐘；將塑化後的麻粉置於炭化爐中，氮氣流速為30mL/min，炭化升溫速度為4'C/min，炭化溫度為80(TC，炭化時間為0.5小時，然後通入水蒸汽活化，水蒸氣的流量為6ml/min。將活化後的產物先在1.4mol/LHC1溶液中沸煮，沸煮時間為0.9h，然後用依次用熱去離子水和冷去離子水反覆漂洗至pH7;得到粗產物；將粗產物放入乾燥箱中千燥，冷卻至室溫後，通過液壓造粒機即得成品麻杆顆粒活性炭；活性碳的顆粒直經0.00110毫米，比表面積為1700m2/g,總孔容為0.93m3/g。苯吸附值110mg/g，堆積密度0.26g/i^,強度95%。實施例7—12表l實施例7—12tableseeoriginaldocumentpage10tableseeoriginaldocumentpage11權利要求1、一種麻杆活性炭，其特徵在於，所述的活性炭的比表面積為1200-1800m2/g，總孔容為0.8-1.0cm3/g。2、根據權利要求1所述的麻杆活性炭，其特徵在於，所述的麻杆活性炭顆粒直徑為0.00110毫米，苯吸附值80120mg/g，堆積密度0.250.30g/m3，強度大於92%。3、一種麻杆活性炭的製備方法，其特徵在於，包括，a、預處理將麻杆通過粉碎、篩分製成粉狀，然後在預處理溶液中沸煮，然後在捏合機中捏合，並在烘箱中進行塑化處理；所述預處理溶液為磷酸銨、聚磷酸酯、磷酸烷基酯、ZnCl2或H3P04或氫氧化鉀、N-羥甲基一3-3-(二甲基膦醯基)丙醯胺、四羥甲基氯化鱗、三(氮雜環丙烯基)氧化膦、氨基氰磷酸溶液或氯甲基膦醯二胺中的一種；b、炭化和活化將塑化後的麻粉置於炭化爐在氮氣中炭化，然後通入水蒸汽活化；c、漂洗將炭化和活化後的產物漂洗至PH值為6—7，得到粗產物；d、乾燥、成型將粗產物放入乾燥箱中乾燥，冷卻至室溫後，通過液壓造粒機即得成品麻杆顆粒活性炭。4、根據權利要求3所述的麻杆活性炭的製備方法，其特徵在於，所述麻杆為大麻、薴麻、苘麻或黃麻去掉韌皮杆芯。5、根據權利要求3所述的麻杆活性炭的製備方法，其特徵在於，所述粉碎在雷蒙磨、超高細磨粉機、超細磨、高壓磨、球磨機、攪拌磨、粉碎機、木粉機、鄂式破碎機、錘式破碎機、反擊式破碎機或衝擊式破碎機中的一種中進行。6、根據權利要求3所述的麻杆活性炭的製備方法，其特徵在於，所述的磷酸銨、聚磷酸酯、磷酸垸基酯、ZnCl2、H3P04或氫氧化鉀溶液濃度為0.54.5mol/L，在其中沸煮時間為0.52h;所述的N-羥甲基一3-3-(二甲基膦醯基)丙醯胺、四羥甲基氯化鱗、三(氮雜環丙烯基)氧化膦、氨基氰磷酸溶液、氯甲基膦醯二胺用量為原料重量的0.55%，在其溶液中煮沸的時間為0.52h;所述的捏合時採用煤焦油作為粘合劑，用量為210%;所述的塑化時溫度150250°C，時間為560分鐘。7、根據權利要求3所述的麻杆活性炭的製備方法，其特徵在於，在氮氣中炭化和活化過程為在流速為1040mL/min的氮氣氣氛中，炭化升溫速度為38°C/min，炭化溫度為4001000'C,炭化時間為0.12小時；活化採用水蒸氣的流量為3-8ml/min。8、根據權利要求7所述的麻杆活性炭的製備方法，其特徵在於，所述活化採用水蒸氣的流量為46ml/min。9、根據權利要求3所述的麻杆活性炭的製備方法，其特徵在於，所述漂洗過程為，先在0.051.5mol/LHC1溶液中沸煮，沸煮時間為0.52h，然後用去離子水洗，優選依次用熱去離子水和冷去離子水反覆漂洗。10、根據權利要求3所述的麻杆活性炭的製備方法，其特徵在於，所述乾燥溫度為100150°C，所製得的麻杆活性炭顆粒直徑為0.00110毫米。全文摘要本發明涉及一種麻杆活性炭(麻炭)及其製備方法，為麻杆經過預處理、炭化和活化、漂洗、乾燥成型而得。根據本發明製備方法所得的麻杆活性炭，比表面積為1200-1800m2/g，總孔容為0.8-1.0cm3/g，麻杆活性炭顆粒直徑為0.001～10毫米，苯吸附值80～120mg/g，堆積密度0.25～0.30g/m3，強度大於92％。具有十分優異的吸附性能。文檔編號C01B31/08GK101181993SQ20071019571公開日2008年5月21日申請日期2007年12月13日優先權日2007年12月13日發明者華張,張建春,儒楊,郝新敏,聞克渝申請人:中國人民解放軍總後勤部軍需裝備研究所;北京化工大學