煤與廢舊塑料微波製備高比表面活性炭的方法

2023-08-10 01:48:36 1

專利名稱：煤與廢舊塑料微波製備高比表面活性炭的方法
技術領域：
本發明是一種由煤與廢舊塑料微波製備高比表面活性炭的新方法，屬於化學工業
活性炭製備技術領域。
背景技術：
活性炭是目前最常用的吸附劑，製備活性炭的原料來源豐富，石油、煤、木材、堅果 殼、樹脂等都可用來製備活性炭粉。原料不同，生產工藝也略有差別。原料和製備工藝決 定了活性炭的物理和化學性能。煤炭以其資源量豐富，價格低廉、碳含量高、孔隙結構發育 的特點成為製備活性炭的首選原料，以煤為原料生產的活性炭已超過活性炭總量的2/3以 上。常用的炭化、活化的煤基活性炭生產工藝複雜、價格較高、再生困難、品種單一、產品質 量不穩定，性能遠低於木質活性炭材料。 2007年我國廢棄塑料量突破2010萬噸，再回收利用率不到30% ，"白色汙染"成為 日益嚴重的環境問題。目前對廢舊塑料的處理方法主要是焚燒和填埋，這兩種方法存在較 大的缺點，必須探索新型環保高附加值的廢舊塑料處理方法。中國專利ZL 1569622A報導 了利用廢聚苯乙烯泡沫生產活性炭的方法，對聚苯乙烯磺化處理後採用傳統工藝製備活性 炭。主要缺點是製備過程時間長，活性炭得率低。煤與廢塑料共焦化是最近提出的新工藝。 該工藝利用現有煉焦爐，可用混合塑料進行共焦化，當廢塑料添加量不超過5%時，半焦性 質基本不受影響，焦煤與塑料低溫共焦化存在協同效應。主要問題是煤與廢塑料共焦化處 理廢舊塑料針對的是煉焦工藝，主要考慮焦炭質量，對煤種和廢塑料種類都有嚴格的限制， 另外，廢塑料添加量過低，影響了處理廢塑料的效率。 利用微波加熱技術來製備活性炭是近年來發展的一種新技術。彭金輝等以農林廢 棄物利用磷酸、水蒸氣、氯化鋅為活化劑微波加熱製得優質活性炭。夏洪應等報導以煙杆炭 化料為原料，採用微波加熱碳酸鉀活化法製備了高比表面積高達2557m7g活性炭。樊希安 等研究了微波輻射椰殼、竹節物理法製備活性炭的新技術。大量實踐表明微波用於活性炭 的製備是完全可行的，該製備活性炭的工藝克服了傳統工藝中很多沒法解決的難題。應用 微波輻射法，僅用幾分鐘就可以完成傳統工藝的預熱、乾燥、炭化和活化四個工藝過程。經 查新，國內外未見有煤與廢塑料微波製備高比表面積活性炭的報導。

發明內容
本發明的目的是利用煤與廢塑料共焦化協同效應快速製備高比表面積活性炭吸 附材料，實現"以廢治廢"的雙重目的。
為此，本發明採用如下步驟 1)從原煤中手工剝離出不同的煤巖組分(即絲炭組分和鏡煤組分)。 2)將原煤、剝離出的絲炭和鏡煤粉碎至0. 05mm左右，放入烘箱中，在80 IO(TC
空氣中氧化3 7d。 3)將廢塑料(飲料瓶、聚苯乙烯泡沫塑料等)粉碎至0. 5mm左右。
4)稱取一定量上述煤和塑料，與所需量的活化劑均勻混合後，放入坩堝中；將坩 堝埋入裝有保溫材料的陶瓷容器中，放入微波爐(頻率2450MHz)，先在小微波功率(200 300W)輻射下預熱1 3min，再改用所需功率(400 800W)在一定時間(5 15min)內進 行炭化活化。 5)炭化材料稍微冷卻後便將其取出，倒入盛有稀鹽酸容器中洗滌，待無氣泡放出， 測其pH值，若pH值大於7，則補加鹽酸，直到pH = 3。放置10min後，過濾，用蒸餾水洗至 中性。乾燥和粉碎後即得高比表面積活性炭。
本發明的優點是 —方面可充分利用煤與廢塑料的協同作用改善煤的結焦性能，提高活性炭材料的 強度和優化孔結構，製備出高比表面積活性炭吸附劑；另一方面製備工藝採用微波為熱源 極大地縮短炭化時間，降低生產成本。


圖1氧化5天的原煤添加20%廢塑料製備的活性炭的X衍射分析 圖2氧化5天的原煤添加20%廢塑料製備的活性炭放大2000倍的掃描電鏡圖
具體實施例方式
下述實施例中碘吸附值的測定參照中華人民共和圍國家標準GB/T 7702.7-1997， 亞甲基藍吸附值測定參照國標GB/T 7702. 7-1997。
實施例l 從原煤中手工剝離出絲炭組分，將剝離出的絲炭粉碎至O. 05mm左右。將廢飲料瓶 粉碎至0. 5mm左右。取絲炭粉末0. 600g，加入0. 400g的廢飲料瓶粉末和3. 000g K0H活化 劑，混合均勻後放入微波爐(頻率2450MHz)，先在小微波功率(250W)輻射下預熱lmin，再 改用所需功率(450W)炭化活化5. 5min。炭化料冷卻後將其取出，倒入盛有稀鹽酸容器中洗 滌，放置10min後，過濾，用蒸餾水洗至中性。乾燥和粉碎後即得高比表面積活性炭。製備 的活性炭碘吸附值為1837mg/g，亞甲基藍吸附值為833. 2mg/g。
實施例2 將原煤粉碎至0. 05mm左右，放入烘箱中，在80 IO(TC空氣氧化5d。將廢飲料瓶 粉碎至0. 5mm左右。取氧化煤粉0. 800g，加入0. 200g的廢飲料瓶粉末和3. OOOg KOH活化 劑，混合均勻後放入微波爐(頻率2450MHz)，在功率(450W)炭化活化在6. 5min。炭化料冷 卻後將其取出，倒入盛有稀鹽酸容器中洗滌，放置10min後，過濾，用蒸餾水洗至中性。乾燥 和粉碎後即得高比表面積活性炭。製備的活性炭碘吸附值為1664mg/g，亞甲基藍吸附值為 814. 9mg/g。
實施例3 將原煤粉碎至0. 05mm左右，放入烘箱中，在80 IO(TC空氣氧化7d。將廢飲料瓶 粉碎至0. 5mm左右。取氧化煤粉0. 600g，加入0. 400g的廢飲料瓶粉末和3. OOOg KOH活化 劑，混合均勻後放入微波爐(頻率2450MHz)，在功率(450W)炭化活化在6. 5min。炭化料冷 卻後將其取出，倒入盛有稀鹽酸容器中洗滌，放置10min後，過濾，用蒸餾水洗至中性。乾燥 和粉碎後即得高比表面積活性炭。製備的活性炭碘吸附值為1611mg/g，亞甲基藍吸附值為
4808.5mg/g。
實施例4 從原煤中手工剝離出絲炭組分，將剝離出的絲炭粉碎至O. 05mm左右。取絲炭粉末 1. OOOg，加入3. OOOgKOH活化劑，混合均勻後放入微波爐(頻率2450MHz)，先在小微波功率 (250W)輻射下預熱lmin，再改用所需功率(450W)炭化活化在5. 5min。炭化料冷卻後便將其 取出，倒入盛有稀鹽酸容器中洗滌，放置10min後，過濾，用蒸餾水洗至中性。乾燥和粉碎後 即得高比表面積活性炭。製備的活性炭碘吸附值為1886mg/g，亞甲基藍吸附值為854. 3mg/ g。
權利要求
一種煤與廢舊塑料微波製備高比表面積活性炭的方法，其特徵在於將煤組分分離，氧化預處理後與廢舊塑料混合，添加活化劑在微波加熱條件下快速製備高比表面積活性炭。
2. 根據權利l所述的煤與廢舊塑料微波製備高比表面積活性炭的方法，其特徵在於 從原煤上手工剝離出絲炭組分和鏡煤組分，將原煤、剎離出的絲炭和鏡煤粉碎至0. 05mm左 右，放入烘箱中，在80 10(TC空氣氧化3 7d。
3. 根據權利1所述的煤與廢舊塑料微波製備高比表面積活性炭的方法，其特徵在於 使用微波頻率2450MHz的微波爐，先將原料在小微波功率(200 300W)輻射下預熱1 10min，再改用較大功率(400 800W)在一定時間(5 30min)內進行炭化活化。
4. 根據權利1 3所述的煤與廢舊塑料微波製備高比表面積活性炭的方法，其特徵在 於活化劑為KOH、 ZnCl2和磷酸中的一種。
5. 根據權利1 4所述的煤與廢舊塑料微波製備高比表面積活性炭的方法，其特徵在於原料配合質量比為煤或絲炭或鏡煤廢塑料活化劑=(i 9) : (o 9) : 30 100。
6. 根據權利1 3所述的煤與廢舊塑料微波製備高比表面積活性炭的方法，其特徵在於炭化材料冷卻後採用稀鹽酸洗滌，之後蒸餾水洗至中性。
全文摘要
本發明是一種由煤與廢舊塑料微波製備高比表面活性炭的新方法，屬於活性炭製備技術領域。將煤中的不同組分進行分離，所得絲炭和鏡質組分進行粉碎、氧化預處理，與不同品種的廢舊塑料按一定比例混合，再添加一定量的活化劑均勻混合後，放入坩堝中；將坩堝埋入裝有保溫材料的陶瓷容器中，放入微波爐，先在小微波功率輻射下預熱，再改用所需功率在一定時間內進行炭化活化。冷卻後，用適量的鹽酸酸洗，乾燥、粉碎得到高比表面積活性炭。本發明製備工藝基於微波加熱技術，簡單快速；利用煤與塑料的協同效應製備活性炭，其亞甲基藍和碘的吸附值高，可用於廢水處理，同時消除「白色汙染」，應用前景廣闊。
文檔編號C01B31/00GK101734656SQ20081023234
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月20日 優先權日2008年11月20日
發明者楊志遠 申請人:西安科技大學