木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯產化學法活性炭的方法
2023-08-02 20:56:41 1
木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯產化學法活性炭的方法
【專利摘要】本發明提出了一種木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯產化學法活性炭的方法，以水蒸汽對新鮮杉木屑進行蒸餾，所得蒸汽冷卻後冷凝液經油水分離後得到杉木精油；以提油後杉木屑與磷酸按照純磷酸與絕幹木屑質量比為1.8～3.0:1的比例進行混合，並按照磷酸質量的1%～8%的比例加入助催化劑濃硫酸充分混合後，然後送入密閉的保溫桶30～90℃下進行低溫滲透處理1～48h；通過炭化、活化及後處理得到化學法粉狀活性炭；或者通過塑化、捏合、成型、乾燥固化、炭活化及後處理後得化學法顆粒活性炭。無需添加粘結劑可製成木質柱狀活性炭。達到了高效綜合利用廢棄物、減少自然資源開採、減輕環境汙染和節能減排的多重目的。
【專利說明】木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯產化學法活性炭的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於化工【技術領域】，是一種木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯產化學法活性炭技術。
【背景技術】
[0002]杉木是我國重要的用材樹種，在我國南方分布極廣，其中湖南西南部，江西、浙江南部和廣東、廣西以及福建北部是杉木的中心產區。據第四次全國森林資源連續清查統計:我國杉木人工林面積達911萬hm2，佔全國人工用材林面積的30.4%，總蓄積量3.4億m3，不少成熟林的蓄積量可達105m3/hm2，在國民經濟中佔有重要地位。江西是我國杉木的主要分布區域和產地之一，全省以杉木為優勢樹種的林分面積約140萬hm2，佔全省森林總面積的30%，其立木蓄積量約為5500萬m3。木材生產採伐作業後，將產生大量的杉木屑等木質纖維素類廢棄物，而杉木屑又是一種很好的生產活性炭的原料，自我國開始進行活性炭生產以來，杉木屑均是直接作為原料的。而其實杉木中含有杉木精油，是一種具有高附加值的
[0003]精油(essential oil)是存在於植物體中的一類可隨水蒸汽蒸餾，且具有一定香味的揮發性油狀液體的總稱。杉木精油是一種從杉木中提取的，無色或微黃色、透明具有芳香味的液體。它具有強有力的木香、麝香、龍涎香香氣，可適用配幻想型香精，主要用於化妝品和皂類。杉木精油中柏木醇含量為60%左右，其餘還有α-菔烯、柏木烯、攬香烯、α-松油醇、β -石竹烯等。柏木醇俗稱柏木腦，目前市場價格在120元.kg—1左右。杉木精油和杉木烯烴投放生產驗證，完全可以部分替代柏木油產品。已在國內多家生產廠家使用，並有部分產品出口，比使用柏木油降低成本20%以上。有較好的銷售市場，經濟效益較高，資源豐富，國內每年需求量達1000餘噸。每噸價格1.2萬~3萬元。
[0004]杉木精油不僅是一種寶貴的天然資源，杉木精油中的各種成分還具有藥用價值。Chang ST在對杉木精油抗白蟻活性實驗中發現，柏木醇比α -杜松醇、鐵鏽羅漢柏醇具有更強的抗白蟻能力，杉木精油中的其他萜類化合物成分，已確定具有生理活性的成分如下:雪松醇能起到解痙功效；α -菔烯有明顯鎮咳和祛痰功能，並有抗真菌(如白念珠菌)作用；β_菔烯也具有抗炎、消痰、抗真菌作用；α-石竹烯具有平喘作用；莰醇抗心肌缺血，促進神經膠質細胞生長，止痛、防腐、抗炎等。
[0005]開發杉木資源在精油提取行業中的利用，既可以緩解我國天然植物精油需求量不斷增加所帶來的壓力，部分取代廣為應用的柏木油，又可以推動我國林區經濟的發展。
[0006]杉木屑經一定工藝的預處理，提取出杉木精油，其剩餘物再去成型製作機制炭，其外觀和強度較原木屑成型產品質量都有所下降，產生的經濟價值比較低，導致杉木提取精油行業的利潤不高。
[0007]工業溶劑生產、化工產品生產、石油的開採與加工、有機物料的儲運等過程以及家庭室內都會有揮發性有機物(VOCs)的產生。而VOCs的種類比較多，基本屬於有毒氣體，危害人類的健康；參與形成光化學煙霧和氣溶膠，汙染環境；滷代烴類有機物會破壞臭氧層。VOCs的汙染問題已經引起了世界的高度關注，發達國家多年前就開始執行了嚴格的VOCs排放標準，作為發展中國家的中國，目前首要考慮的是解決VOCs的汙染問題，對於VOCs的回收關注不多。我國每年因蒸發損失的輕質油約4.7X105t，如果進行油氣回收可以減少損失約4.35 X 105t，其價值約合人民幣2 X IO9元。由此可見，若能經濟有效地回收VOCs，特別是高濃度、高價值的VOCs，將會帶來的是環保、經濟和健康的三重效益，對於推動我國循環經濟的發展和社會可持續發展也可謂意義深遠。未來，VOCs的回收將在世界範圍內越來越受重視。
[0008]活性炭吸附法是當前吸附回收VOCs的最有效方式之一，早已應用於VOCs的回收處理。具有高比表面積及發達孔隙的粒狀活性炭可將VOCs分子截留，達到對廢氣進行分離淨化的目的。德國Bayer公司採用D47/4活性炭變壓分離丙酮混合氣體，回收率達95%以上。日本Bell公司採用活性炭變壓吸附分離法回收到純度達98%的乙醇產品，美國的輕質油回收基本上採用的是高丁烷工作容量的活性炭。
[0009]現如今，人類的生活質量不斷提升，高汙染的化工廠基本都遷離了城市，這樣，汽車對環境的汙染就成為城市空氣第一汙染源，而汽車對大氣的汙染主要來源於汽車尾氣和燃油氣體的蒸發，其中尾氣汙染佔70%，燃油蒸發物汙染佔30%。美國早在上世紀60年代末就研究在汽車上使用活性炭吸附汽油蒸汽，由於這種活性炭技術含量較高，市場價格較高，這種專用活性炭目前國內全部依賴進口，而進口價在8~10萬元/噸。崔國根在2010年7月申請了杉木屑經提取杉木精油後製備物理法活性炭的專利，申請號:201010218281.X。此方法產品得率低，10-13噸左右的杉木屑才能生產I噸活性炭，木屑消耗較大，且當今活性炭行業的物理法木屑粉狀活性炭的工業化尚不完善，生產成本較高，市場競爭力不高；生產中需要1000°C左右的高溫，能耗較高，沒有達到最高效的綜合利用杉木屑。
【發明內容】
[0010]為了解決現有技術`存在的問題，本發明提供了一種木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯產化學法活性炭的方法，具有杉木綜合利用率高，活性炭品質好的特點。
[0011]一種木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯產化學法活性炭的方法，以水蒸汽對新鮮杉木屑進行蒸餾，所得蒸汽冷卻後冷凝液經油水分離後得到杉木精油；以提油後杉木屑與磷酸按照純磷酸與絕幹木屑質量比為1.8~3.0:1的比例進行混合，並按照磷酸質量的1%~8%的比例加入助催化劑濃硫酸充分混合後，然後送入密閉的保溫桶30~90°C下進行低溫滲透處理I~48h ;通過炭化、活化及後處理得到化學法粉狀活性炭；或者通過塑化、捏合、成型、乾燥固化、炭活化及後處理後得化學法顆粒活性炭。
[0012]蒸餾時，蒸汽溫度為110°C，蒸餾時間為3-4小時，水與絕幹木屑的質量比為7-8:1。
[0013]磷酸的濃度為40%wt~70%wt。
[0014]提油後的杉木屑，過10~60目篩再使用。
[0015]化學法粉狀活性炭的炭化溫度為210~300°C，炭化時間為30~120分鐘，活化溫度為350~500°C，活化時間為30~120分鐘。
[0016]化學法顆粒活性炭的塑化溫度100~150°C，塑化時間60~120分鐘。
[0017]捏合採用捏合機處理5-10分鐘。[0018]採用油壓成型機直接壓製成型。
[0019]乾燥固化溫度為210~300°C，乾燥固化時間為30~120分鐘。
[0020]炭活化溫度為350~500°C，炭活化時間為30~120分鐘。
[0021]有益效果
[0022]本發明提出了杉木屑提取杉木精油聯產多種類活性炭技術，達到了高效綜合利用廢棄物、減少自然資源開採、減輕環境汙染和節能減排的多重目的。本發明還可根據不同應用吸附、脫色領域所需的孔結構進行定向製備。
[0023]通過提取精油和其提取精油剩餘物製備化學法活性炭兩個工藝的有機結合，實現了廢棄杉木屑的最高效綜合利用，降低環境汙染，節約資源，降低生產成本，提高經濟效益，提升產業競爭力，為我國經濟社會協調發展提供支撐，符合林業相關科技規劃的要求。
[0024]杉木屑提取精油工藝與活性炭生產結合成一體化技術，提油後木屑經化學活化法可以製備出高附加值的粉狀和粒狀活性炭，而且在提取杉木精油過程中由於部分有機物被提取出來，使得杉木屑的分子間的孔隙得到了更多的暴露，有利於後續活化時活化劑對杉木屑的滲透，製得性能更優的活性炭
[0025]並且，本發明提出了低溫密閉容器浸潰方法，此方法的目的是為了保證加熱過程中不會因為水蒸汽的蒸發導致木屑浸潰的磷酸濃度發生改變，使得磷酸分子充分的滲透進入木屑組織結構中，避免了敞開式浸潰隨著水蒸汽的蒸發導致磷酸濃度不斷升高，浸潰程度不徹底，而且未滲透進入木屑組織內的磷酸極易因水蒸汽蒸發的夾帶造成磷酸的浪費和環境的汙染。通過 密閉式浸潰方法可以大幅度提高活性炭的吸附性能。而且在密閉條件下低溫滲透處理後在製備顆粒活性炭時不用另外添加粘合劑即可以直接塑化、捏合成型。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1杉木屑提取精油聯產化學法活性炭技術流程圖。
【具體實施方式】
[0027]本發明公開了一種木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯產化學法活性炭技術,主要步驟如下所述:
[0028]I)採用餘熱鍋爐產生的水蒸汽對新鮮木屑進行蒸餾，蒸汽溫度為110°C，以水與絕幹木屑的質量比7-8:1蒸餾3-4小時，混合蒸汽進入冷卻工序，冷凝液經油水分離後得到杉木精油。
[0029]2)採用步驟I)中提油後的杉木屑，按照磷木比(純磷酸與絕幹木屑質量比)1.8:I~3.0: 1，定量稱取磷酸(40%~70%wt)和催化劑，催化劑加入量為磷酸液質量的1%~8%。充分混合後送入保溫桶中30~90°C下滲透I~48小時。採用40%~70%的磷酸更利於回收利用。
[0030]3)生產粉狀活性炭:將步驟2)中的混合料在210~300°C下處理30~120分鐘。
[0031]4)然後送入活化轉爐，在350~500°C下活化處理30~120分鐘，經後處理得到粉狀活性炭。
[0032]5)生產顆粒活性炭:將步驟2)中的混合料在100~150°C下塑化處理60~120分鐘。[0033]6)將具有可塑性的物料轉爐捏合機中捏合5~10分鐘，物料捏合均勻後轉入成型設備，直接壓製成直徑為2mm或4mm的柱狀物料，不需要另外添加粘合劑。
[0034]7)將柱狀物料通過輸送帶轉入炭化轉爐，在210~300°C下保留30~120分鐘，使物料充分乾燥固化。
[0035]8)待固化結束，將物料轉入活化轉爐中，在350~500°C，保持30~120分鐘，活化結束後，將產品經後處理後得到成品。
[0036]實施例1:
[0037]1)用餘熱鍋爐回收活性炭生產過程中預熱產生的蒸汽對含水量為30%的經過篩選的新鮮杉木屑進行蒸餾，蒸餾溫度為110°C，蒸餾3小時後，杉木屑中所含的有效成分隨蒸汽一同進入冷卻工序，得到液態原油水，油水分離後得到杉木精油，剩餘物為提油後杉木屑；
[0038]2)將提油後杉木屑與60%wt磷酸液按照磷木比2.0:1進行混合，並按照磷酸質量的1%加入催化劑濃硫酸(98%wt)，混合料送入密閉保溫桶中在70°C下恆溫保持3小時後轉入炭化轉爐進行炭化，炭化爐溫度為250°C，停留時間為60分鐘，然後送入活化轉爐，活化溫度為450°C，活化時間為30分鐘，得到活化料，再經回收、漂洗、烘乾、磨粉等後處理得到粉狀活性炭，產品的性能:亞甲基藍脫色力為20ml/0.lg(285mg/g)，碘值為1120mg/g，焦糖脫色力為120%。
[0039]實施例2:
[0040]1)用餘熱鍋爐回收活性炭生產過程中的預熱產生的蒸汽對含水量為30%的經過篩選的新鮮杉木屑進行蒸餾，蒸餾溫度為110°C，蒸餾3小時後，杉木屑中所含的有效成分隨蒸汽一同進入冷卻工序，得到液態原油水，油水分離後得到杉木精油，剩餘物為提油後杉木屑；
[0041]2)將提油後杉木屑與65%wt磷酸液按照磷木比2.0:1進行混合，並按照磷酸質量的2%加入催化劑濃硫酸(98%)，混合料送入密閉保溫桶中在80°C下恆溫保持1.5小時後轉入塑化轉爐，塑化溫度為150°C，停留時間為I小時，塑化料經捏合機處理10分鐘後送入油壓機中成型直徑為2_的柱狀料，然後轉入炭化轉爐進行炭化，炭化爐溫度為280°C，停留時間為70分鐘，然後送入活化轉爐，活化溫度為500°C，活化時間為30分鐘，得到活化料，再經回收、漂洗、烘乾等後處理得到顆粒活性炭，產品的性能:亞甲基藍脫色力為17ml/0.lg(240mg/g)，碘值為1156mg/g，丁烷工作容量為12g/100ml，強度為91%，比表面積可達 2800m2/g。
[0042]實施例3:
[0043]1)用餘熱鍋爐回收活性炭生產過程中的預熱產生的蒸汽對含水量為30%的經過篩選的新鮮杉木屑進行蒸餾，蒸餾溫度為110°C，蒸餾3小時後，杉木屑中所含的有效成分隨蒸汽一同進入冷卻工序，得到液態原油水，油水分離後得到杉木精油，剩餘物為提油後杉木屑；
[0044]2)將提油後杉木屑與65%wt磷酸液按照磷木比2.0:1進行混合，並按照磷酸質量的1%加入催化劑濃硫酸(98%)，混合料送入密閉保溫桶中在70°C下恆溫保持2小時後轉入塑化塑化轉爐塑化，塑化溫度為150°C，停留時間為I小時，塑化料經捏合機處理10分鐘後送入油壓機中成型直徑為4mm的柱狀料，然後轉入炭化轉爐進行炭化，炭化爐溫度為260°C，停留時間為90分鐘，然後送入活化轉爐，活化溫度為500°C，活化時間為60分鐘，得到活化料，再經回收、漂洗、烘乾等後處理得到顆粒活性炭，產品的性能:亞甲基藍脫色力為16ml/0.1g (225mg/g)，`碘值為 1076mg/g，丁烷工作容量為 llg/100ml，強度為 93%。
【權利要求】
1.一種木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯產化學法活性炭的方法，以水蒸汽對新鮮杉木屑進行蒸餾，所得蒸汽冷卻後冷凝液經油水分離後得到杉木精油；其特徵在於，以提油後杉木屑與磷酸按照純磷酸與絕幹木屑質量比為1.8~3.0:1的比例進行混合，並按照磷酸質量的1%~8%的比例加入助催化劑濃硫酸充分混合後，然後送入密閉的保溫桶30~90°C下進行低溫滲透處理I~48h ;通過炭化、活化及後處理得到化學法粉狀活性炭；或者通過塑化、捏合、成型、乾燥固化、炭活化及後處理後得化學法顆粒活性炭。
2.根據權利要求1所述木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯產化學法活性炭的方法，其特徵在於，蒸餾時，蒸汽溫度為110°C，蒸餾時間為3-4小時，水與絕幹木屑的質量比為7-8:1。
3.根據權利要求1所述木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯產化學法活性炭的方法，其特徵在於，磷酸的濃度為40%wt~70%wt。
4.根據權利要求1所述木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯產化學法活性炭的方法，其特徵在於，提油後的杉木屑，過10~60目篩再使用。
5.根據權利要求1所述木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯產化學法活性炭的方法，其特徵在於，化學法粉狀活性炭的炭化溫度為210~300°C，炭化時間為30~120分鐘，活化溫度為350~500°C，活化時間為30~120分鐘。
6.根據權利要求1所述木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯產化學法活性炭的方法，其特徵在於，化學法顆粒活性炭的塑化溫度100~150°C，塑化時間60~120分鐘。
7.根據權利要求1所述木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯產化學法活性炭的方法，其特徵在於，捏合採用捏 合機處理5-10分鐘。
8.根據權利要求1所述木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯產化學法活性炭的方法，其特徵在於，採用油壓成型機直接壓製成型。
9.根據權利要求1所述木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯產化學法活性炭的方法，其特徵在於，乾燥固化溫度為210~300°C，乾燥固化時間為30~120分鐘。
10.根據權利要求1所述木材加工廢棄物杉木屑提取精油聯產化學法活性炭的方法，其特徵在於，炭活化溫度為350~500°C，炭活化時間為30~120分鐘。
【文檔編號】C01B31/08GK103756787SQ201310727903
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月26日 優先權日:2013年12月26日
【發明者】朱光真, 鄧先倫, 孫康, 郭昊, 張燕萍 申請人:中國林業科學研究院林產化學工業研究所