一種用於吸附腐殖酸的成型炭陶瓷的製備方法與流程

2023-07-06 05:47:56 1

本發明屬於成型炭陶瓷的製備技術領域，具體涉及一種粉炭與無機粘結劑成型製備用於吸附腐殖酸的成型炭陶瓷的製備方法。

背景技術：

炭陶瓷是多孔陶瓷，是一種新型的陶瓷材料。多孔陶瓷是一種含有較發達孔隙結構的無機非金屬材料。炭陶瓷是通過陶瓷材料和炭材料或含碳物質混合經高溫燒結得到的一種具有較高的機械強度和較發達的孔隙結構的材料。它不僅具有活性炭的比表面積高、孔隙結構發達和吸附性能優越等優點，而且還結合了陶瓷材料的機械強度高、耐高溫和耐酸鹼等特點。炭陶瓷在過濾器、熱交換器、催化劑載體、光電器件及傳感器等領域具有重要的應用價值，成型炭陶瓷可以使炭陶瓷應用於各種連續化工業操作過程，實現工業化應用提供新的材料。

腐植酸在日常飲用水和廢水中會呈現棕黃色，並且使得水體中含有較高的bod(biochemicaloxygendemand)值。因為腐植酸沒有生物降解能力，與眾多汙染物(重金屬、農藥、殺蟲劑)有高親和力並且持久性長，而對生物體和人體造成不利影響。腐植酸被廣泛應用於工業領域，例如：作為乳化劑、色素以及去除鍋爐廢水中的磷等。環境中過量的腐植酸都是由於這些行業對腐植酸的廣泛使用而導致的。加之，對於我國生活用水而言，一般的消毒方式主要用氯消除為主，在用氯對水進行消毒處理時，水中的腐植酸會和氯反應產生三滷甲烷等有害物質，嚴重損害人體健康。因此，對水體中腐植酸的去除具有很大的意義。

已有很多專利公開了對腐植酸有吸附性能的改性材料，專利(申請號：201110193973.8)公布了一種利用表面活性劑改性的凹凸棒土去除水中腐殖酸的方法。改性後的凹凸棒土被研磨成粉體後對腐植酸的吸附量為157.44mg/g，但其所採用的表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨對水體中的魚類生物是劇毒，且對眼睛有刺激性、具有腐蝕性。

技術實現要素：

發明目的：針對現有技術中存在的不足，本發明是為了提供一種強度高、方便再生的用於吸附廢水中腐殖酸用的成型炭陶瓷的製備方法。

技術方案：為了實現上述發明目的，本發明採用的技術方案為：

一種用於吸附腐殖酸的成型炭陶瓷的製備方法，包括以下步驟：

1)按質量比為1：(2～4)的比例混合無機粘結劑和粉狀炭，然後加入水，放入捏合機中攪拌捏合，得到塑化物料；

2)將塑化物料擠壓成型，然後將成型體在烘箱中烘乾，得到炭陶瓷胚體；

3)將炭陶瓷胚體在800～1000℃溫度下進行燒結，冷卻後取出製得。

步驟1)中，所述的粉狀炭的粒度大於80目，即小於178μm。

步驟1)中，所述的粉狀炭包括破碎、研磨的木炭，竹炭，秸稈炭，煤炭，以及活性炭和使用後的廢棄活性炭。

步驟1)中，所述的無機粘結劑包括凹凸棒土、膨潤土、海泡石和白土。

步驟1)中，所述的無機粘結劑的粒度大於120目，即小於105μm。

步驟1)中，粉狀炭與無機粘結劑的質量比是3～4：1。

步驟3)中，燒結溫度在800～900℃。

步驟3)中，燒結2～2.5h。

有效效果：與現有技術相比，本發明具有的優點有：所製備的炭陶瓷，不僅具有良好的成型效果，而且強度高，均在95％以上，比表面積高，孔隙結構發達，比表面積高達607m2/g、總孔容達0.7195cm3/g；對腐植酸的吸附性能好，其吸附量達到193.3mg/g顯著高於比表面積大於700m2/g的商業成型活性炭的腐殖酸吸附量。

具體實施方式

根據下述實施例，可以更好地理解本發明。然而，本領域的技術人員容易理解，實施例所描述的具體的物料配比、工藝條件及其結果僅用於說明本發明，而不應當也不會限制權利要求書中所詳細描述的本發明。

為了更好地了解下面的實施例，且考慮到活性炭是目前常用的去除廢水中腐殖酸的主要吸附劑，本實施例選擇三種商業生產的兩種煤質柱狀活性炭作為對比，分別採用活性炭的國家標準gb/t12496.8—1999，gb/t12496.10—1999和gb/t12496.6—1999所規定的方法測試了活性炭的碘吸附值、亞甲基藍吸附值和強度；採用autosorb－iq2型比表面積分析儀(美國quan-tachrome公司)測定活性炭的氮氣吸附等溫線。運用氮氣吸附等溫線法分析了材料的bet比表面積和比孔容積。

實施例1

將已粉碎過篩至120目以上的凹凸棒土與粉碎至200目以上的廢棄粉狀活性炭按照1：4的質量比混合，然後加入水，將其放入捏合機中進行充分混合捏合2h，將上述混合物倒入模具中，進行擠壓成型，把擠壓好的柱狀炭陶瓷胚體放入110℃的烘箱中乾燥4h，取出，將其冷卻到室溫後，以5℃/min的升溫速率加熱到800℃，保溫2h，待其降到室溫後取出即可得到柱狀炭陶瓷。其性能如表1所示。

實施例2

將已粉碎過篩至120目的凹凸棒土與粉碎至200目以上的木炭按照1：3的質量比混合，然後加入水，將其放入捏合機中進行充分混合捏合1h，將上述混合物倒入模具中，進行擠壓成型，把擠壓好的柱狀炭陶瓷胚體放入110℃的烘箱中乾燥4h，取出，將其冷卻到室溫後以5℃/min的升溫速率加熱到800℃，保溫2h，待其降到室溫後取出即可得到柱狀炭陶瓷。其性能如表1所示。

實施例3

將已粉碎過篩至200目以上的凹凸棒土與粉碎至200目以上的廢棄粉狀活性炭按照1：2的質量比混合，然後加入水，將其放入捏合機中進行充分混合捏合1h，將上述混合物倒入模具中，進行擠壓成型，把擠壓好的柱狀炭陶瓷胚體放入110℃的烘箱中乾燥後取出，然後以5℃/min的升溫速率加熱到800℃，保溫2h，待其降到室溫後取出即可得到柱狀炭陶瓷。其性能如表1所示。

實施例4

將已粉碎過篩至120目以上的膨潤土至200目以上的廢棄粉狀活性炭按照1：4的質量比混合，然後加入水，將其放入捏合機中進行充分混合捏合2h，將上述混合物倒入模具中，進行擠壓成型，把擠壓好的柱狀炭陶瓷胚體放入110℃的烘箱中乾燥4h，取出，將其冷卻到室溫後，以5℃/min的升溫速率加熱到800℃，保溫2h，待其降到室溫後取出即可得到柱狀炭陶瓷。其性能如表1所示。

實施例5

將已粉碎過篩至120目以上的海泡石與粉碎至200目以上的廢棄粉狀活性炭按照1：4的質量比混合，然後加入水，將其放入捏合機中進行充分混合捏合2h，將上述混合物倒入模具中，進行擠壓成型，把擠壓好的柱狀炭陶瓷胚體放入110℃的烘箱中乾燥4h，取出，將其冷卻到室溫後，以5℃/min的升溫速率加熱到800℃，保溫2h，待其降到室溫後取出即可得到柱狀炭陶瓷。其性能如表1所示。

實施例6

將已粉碎過篩至120目以上的白土與粉碎至200目以上的廢棄粉狀活性炭按照1：4的質量比混合，然後加入水，將其放入捏合機中進行充分混合捏合2h，將上述混合物倒入模具中，進行擠壓成型，把擠壓好的柱狀炭陶瓷胚體放入110℃的烘箱中乾燥4h，取出，將其冷卻到室溫後，以5℃/min的升溫速率加熱到800℃，保溫2h，待其降到室溫後取出即可得到柱狀炭陶瓷。其性能如表1所示。

實施例7

將已粉碎過篩至120目以上的凹凸棒土至200目以上的廢棄粉狀活性炭按照1：4的質量比混合，然後加入水，將其放入捏合機中進行充分混合捏合2h，將上述混合物倒入模具中，進行擠壓成型，把擠壓好的柱狀炭陶瓷胚體放入110℃的烘箱中乾燥4h，取出，將其冷卻到室溫後，以5℃/min的升溫速率加熱到850℃，保溫2h，待其降到室溫後取出即可得到柱狀炭陶瓷。其性能如表1所示。

實施例8

將已粉碎過篩至120目以上的凹凸棒土至200目以上的廢棄粉狀活性炭按照1：4的質量比混合，然後加入水，將其放入捏合機中進行充分混合捏合2h，將上述混合物倒入模具中，進行擠壓成型，把擠壓好的柱狀炭陶瓷胚體放入110℃的烘箱中乾燥4h，取出，將其冷卻到室溫後，以5℃/min的升溫速率加熱到900℃，保溫2h，待其降到室溫後取出即可得到柱狀炭陶瓷。其性能如表1所示。

實施例9

將已粉碎過篩至200目的凹凸棒土與粉碎至200目以上的廢棄粉狀活性炭按照1：4的質量比混合，然後加入水，將其放入捏合機中進行充分混合捏合2h，將上述混合物倒入模具中，進行擠壓成型，把擠壓好的柱狀炭陶瓷胚體放入110℃的烘箱中乾燥4h，取出，將其冷卻到室溫後以5℃/min的升溫速率加熱到1000℃，保溫2h，待其降到室溫後取出即可得到柱狀炭陶瓷。其性能如表1所示。實施例10

將已粉碎過篩至200目以上的膨潤土與粉碎至200目以上的木炭按照1：4的質量比混合，然後加入水，將其放入捏合機中進行充分混合捏合1h，將上述混合物倒入模具中，進行擠壓成型，把擠壓好的柱狀炭陶瓷胚體放入110℃的烘箱中乾燥後取出，然後以5℃/min的升溫速率加熱到850℃，保溫2h，待其降到室溫後取出即可得到柱狀炭陶瓷。其性能如表1所示。

實施例11

將已粉碎過篩至200目以上的膨潤土與粉碎至200目以上的木炭按照1：4的質量比混合，然後加入水，將其放入捏合機中進行充分混合捏合1h，將上述混合物倒入模具中，進行擠壓成型，把擠壓好的柱狀炭陶瓷胚體放入110℃的烘箱中乾燥後取出，然後以5℃/min的升溫速率加熱到900℃，保溫2h，待其降到室溫後取出即可得到柱狀炭陶瓷。其性能如表1所示。上述炭陶瓷的強度、碘吸附值、亞甲基藍吸附值、比表面積與比孔容積的分析方法與選擇作為對比的活性炭的分析方法相同。腐殖酸的吸附量為飽和吸附量。

表1實施例所製備的炭陶瓷與對比活性炭的強度、孔隙結構與吸附性能

從表1的實施例結果可以看出，不管採用粉狀活性炭還是木炭為原料，不管是使用何種粘結劑，都能製備對腐殖酸具有一定吸附能力的炭陶瓷，而且其腐殖酸的吸附性能都超過商業生產的煤質柱狀活性炭，儘管商業煤質活性炭的比表面積比本發明所製備的炭陶瓷要高。但本發明製備的炭陶瓷的比孔容積明顯高於商業煤質活性炭，這是本發明製備的炭陶瓷具有較大的腐殖酸吸附量的主要原因之一。

比較實施例1，2和3，可以看出，隨著無機粘結劑與粉狀炭的比例減少，即無機粘結劑用量的增大，製備的成型炭陶瓷的得率、強度、孔隙結構與吸附性能都有較明顯的變化。其中最為顯著的是炭陶瓷對腐殖酸的吸附能力；當凹凸棒土的用量較大時，炭陶瓷的強度明顯降低。

比較實施例1、4、5和6，可以看出，無機粘結劑的種類對於所製備的炭陶瓷的強度、孔隙結構與吸附性能有較明顯影響。影響的具體結果與無機粘結劑的結構與性能有關，無機粘結劑的孔隙結構與製備的炭陶瓷的吸附性能與強度有關。

比較實施例2、7、8和9，可以看出，燒結溫度是影響炭陶瓷的強度與吸附性能的重要因素。隨著燒結溫度的升高，除得率較明顯降低外，過高的煅燒溫度不利於提高炭陶瓷的吸附能力。