利用固廢物制備的活性炭、微孔活性炭及其制備方法

914 編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng) 來源：中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所

2022-08-25 17:13:01

權(quán)利要求

1.利用固廢物制備活性炭的制備方法，其特征在于，包括：將廢塑料、氣化殘?jiān)惶坎糠趾退M(jìn)行混合，成型后進(jìn)行活化，得到所述活性炭。2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述廢塑料先和粘結(jié)劑混合為復(fù)合粘結(jié)劑，隨后再與所述氣化殘?jiān)惶坎糠趾退M(jìn)行捏合；優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑包括改性玉米淀粉、羧甲基纖維素、煤瀝青、煤液化渣或腐殖酸鈉中的或多種；優(yōu)選地，所述廢塑料包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物、聚苯乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯中的一種或多種。 3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述復(fù)合粘結(jié)劑在與所述氣化殘?jiān)惶坎糠趾退M(jìn)行混合之前先進(jìn)行粉碎；優(yōu)選地，所述粉碎后的粒徑為小于0.074mm。 4.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述捏合的工具為間歇式捏合機(jī)，所述捏合的時(shí)間為4～20min。 5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述氣化殘?jiān)惶坎糠?、廢塑料、粘結(jié)劑與水的比例為100：0～15：0～10：10～26。 6.如權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述氣化炭渣富炭部分的炭含量大于80％。 7.如權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述成型的工具為造粒機(jī)和/或四柱擠壓機(jī)，所述成型的直徑為4.0～9.5mm。 8.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述活化的溫度為800～1050℃，活化氣為水蒸氣和/或二氧化碳?xì)怏w。 9.利用固廢物制備的活性炭，其特征在于，使用權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的利用固廢物制備活性炭的方法制得；所述活性炭的碘吸附值為270～1050mg/g。 10.微孔活性炭，其特征在于，其制備方法為：將權(quán)利要求9所述的活性炭吸附調(diào)節(jié)溶液，然后低溫蒸發(fā)回收溶劑，最后進(jìn)行炭化處理，得到所述微孔活性炭；優(yōu)選地，所述調(diào)節(jié)溶液為丙酮和/或四氯化碳溶解廢塑料制備所得的產(chǎn)物。

說明書

利用固廢物制備的活性炭、微孔活性炭及其制備方法

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固廢物回收利用領(lǐng)域，尤其涉及一種利用固廢物制備的活性炭、微孔活性炭及其制備方法。

背景技術(shù)

人們生產(chǎn)生活過程中產(chǎn)生大量的污染物，如二氧化硫、氮氧化物、揮發(fā)性有機(jī)物等。活性炭具有多孔結(jié)構(gòu)，其晶格缺陷還能產(chǎn)生催化作用，在同時(shí)脫除二氧化硫、氮氧化物、二惡英及其他揮發(fā)性有機(jī)物等大氣污染物治理方面有廣泛的利用。

而煤炭及煤氣化殘?jiān)鼮槊簹饣Ｓ喙虖U物，通常作為燃料使用，產(chǎn)生有害廢物，因其具備初步的孔道結(jié)構(gòu)，考慮可作為原料制備煤基活性炭，實(shí)現(xiàn)廢物的回收利用。

目前市場(chǎng)上廣泛利用的柱狀煤基活性炭需要各原料粉碎后在粘結(jié)劑的作用下重新成型、炭活化制得，傳統(tǒng)粘結(jié)劑多用焦油、瀝青等物質(zhì)，帶來了二次污染，專利CN109987605A公開了一種氣化渣制備脫硫脫硝活性焦的方法，該過程中使用了大量的傳統(tǒng)粘結(jié)劑。

塑料制品自上世紀(jì)五十年代被發(fā)明以來，現(xiàn)已超過大部分人造材料，成為了全球應(yīng)用最為廣泛的化工產(chǎn)品之一。然而大多數(shù)廢塑料的自然降解時(shí)間可達(dá)近百年，“白色污染”日趨嚴(yán)重，廢棄塑料的回收利用，是解決資源緊張和塑料污染問題的重要途徑之一，僅我國(guó)一年的廢塑料回收量接近2000萬噸，部分廢塑料因?yàn)榧兌鹊认拗浦苽湓偕芰蠒r(shí)性能大幅下降，利用廢塑料的融化粘結(jié)性制備煤基活性炭，是一個(gè)很好的出路。

有鑒于此，特提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種利用固廢物制備的活性炭、微孔活性炭及其制備方法，以解決上述問題。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明特采用以下技術(shù)方案：

一種利用固廢物制備活性炭的制備方法，包括：將廢塑料、氣化殘?jiān)惶坎糠趾退M(jìn)行混合，成型后進(jìn)行活化，得到所述活性炭。

優(yōu)選地，所述廢塑料先和粘結(jié)劑混合為復(fù)合粘結(jié)劑，隨后再與所述氣化殘?jiān)惶坎糠趾退M(jìn)行捏合；

優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑包括改性玉米淀粉、羧甲基纖維素、煤瀝青、煤液化渣或腐殖酸鈉中的一種或多種；

優(yōu)選地，所述廢塑料包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物、聚苯乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述復(fù)合粘結(jié)劑在與所述氣化殘?jiān)惶坎糠趾退M(jìn)行混合之前先進(jìn)行粉碎。

優(yōu)選地，所述粉碎后的粒徑為小于0.074mm。

優(yōu)選地，所述捏合的工具為間歇式捏合機(jī)，所述捏合的時(shí)間為4～20min。

可選的，所述捏合的時(shí)間可以為4min、6min、8min、10min、12min、14min、16min、18min和20min之間的任意值。

優(yōu)選地，所述氣化殘?jiān)惶坎糠?、廢塑料、粘結(jié)劑與水的比例為100：0～15：0～10：10～26。

優(yōu)選地，所述氣化炭渣富炭部分的炭含量大于80％。

優(yōu)選地，所述成型的工具為造粒機(jī)和/或四柱擠壓機(jī)，所述成型的直徑為4.0～9.5mm。

可選的，所述成型的直徑可以為4.0mm、4.5mm、5.0mm、5.5mm、6.0mm、6.5mm、7.0mm、7.5mm、8.0mm、8.5mm、9.0mm以及9.5mm之間的任意值。

優(yōu)選地，所述活化的溫度為800～1050℃，活化氣為水蒸氣和/或二氧化碳?xì)怏w。

可選的，所述活化的溫度可以為800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃以及1050℃之間的任意值。

本發(fā)明還提供一種利用固廢物制備的活性炭，使用所述的利用固廢物制備活性炭的方法制得；

優(yōu)選地，所述活性炭的碘吸附值為270～1050mg/g。

可選的，所述活性炭的碘吸附值可以為270mg/g、300mg/g、400mg/g、500mg/g、600mg/g、700mg/g、800mg/g、900mg/g、1000mg/g以及1050mg/g之間的任意值。

本發(fā)明還提供一種微孔活性炭，其制備方法是將本發(fā)明所提供的活性炭吸附調(diào)節(jié)溶液，然后低溫蒸發(fā)回收溶劑，最后進(jìn)行炭化處理，得到所述微孔活性炭；

優(yōu)選地，所述調(diào)節(jié)溶液為丙酮和/或四氯化碳溶解廢塑料制備所得的產(chǎn)物。

氣化殘?jiān)?jīng)過篩選后可獲得較高含量的富炭產(chǎn)品，因其具備初步的孔道結(jié)構(gòu)，結(jié)合廢塑料的融化粘結(jié)性，和碳骨架摻雜制備活性炭，通過廢塑料的摻入，調(diào)整了微介孔比例，介孔比例大是吸附二惡英等揮發(fā)性有機(jī)物用途的活性炭的重要指標(biāo)，同時(shí)本發(fā)明提供的制備方法無需炭化，首先不消耗新的煤炭資源，同時(shí)能夠降低傳統(tǒng)粘結(jié)劑的使用量，甚至無需使用傳統(tǒng)粘結(jié)劑，不會(huì)帶來二次污染，并且實(shí)現(xiàn)了多種固廢物的資源化利用，該制備方法操作步驟簡(jiǎn)單，加工成本低，節(jié)能環(huán)保，有利于擴(kuò)大化生產(chǎn)。

本發(fā)明提供的利用固廢物制備的活性炭，即可脫硫脫硝，也能脫除揮發(fā)性有機(jī)物，物化性能優(yōu)良，凈化功效好。

本發(fā)明提供的微孔活性炭，在活性炭的基礎(chǔ)上，通過進(jìn)一步吸附廢塑料溶液再炭化，進(jìn)一步優(yōu)化介孔分布、大小及狀態(tài)，可以在低成本、無二次污染的條件下獲得吸附性能更好的高微孔活性炭。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本申請(qǐng)的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)本申請(qǐng)范圍的限定。

圖1為本申請(qǐng)實(shí)施例中所使用的氣化殘?jiān)牧椒植紙D；

圖2為本申請(qǐng)實(shí)施例中所使用的氣化殘?jiān)募t外圖譜；

圖3為本申請(qǐng)實(shí)施例6中微孔活性炭的孔徑分布圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，下列實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購(gòu)買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

本申請(qǐng)實(shí)施例中所使用的氣化殘?jiān)?jīng)過分選后，碳含量為81.7％，揮發(fā)分為4.1％，比表面積為276m 2/g，其粒徑分布圖和紅外圖譜分別如圖1和圖2所示。

實(shí)施例1

一種利用固廢物制備活性炭的制備方法，包括如下步驟：

S1：取100g廢聚乙烯(PP)塑料原料粉碎至粒徑小于0.074mm。

S2：將S1產(chǎn)物與2000g氣化殘?jiān)惶坎糠旨?60g水進(jìn)行混合，隨后使用間歇式捏合機(jī)捏合4分鐘，裝入造粒機(jī)成型，成型直徑為9.5mm。

S3：將S2產(chǎn)物晾曬干，篩分出碎料，得成型的中間產(chǎn)物備用。

S4：將S3成型的中間產(chǎn)物裝入轉(zhuǎn)爐活化，活化溫度為800℃，活化劑為水蒸氣，得成品。

經(jīng)檢測(cè)，成品碘吸附值為298mg/g，耐磨強(qiáng)度為92.8％，耐壓強(qiáng)度為38.6daN，脫硫值為17.3mg/g。

實(shí)施例2

一種利用固廢物制備活性炭的制備方法，如下步驟：

S1：取200g廢聚氯乙烯(PVC)塑料原料和60g煤瀝青混合，粉碎至粒徑小于0.074mm。

S2：將S1產(chǎn)物與2000g氣化殘?jiān)惶坎糠旨?40g水進(jìn)行混合，隨后使用間歇式捏合機(jī)捏合8分鐘，裝入造粒機(jī)成型，成型直徑為9.5mm。

S3：將S2產(chǎn)物晾曬干，篩分出碎料，得成型的中間產(chǎn)物備用。

S4：將S3成型的中間產(chǎn)物裝入模擬斯列普爐活化，活化溫度為900℃，活化劑為水蒸氣，得成品。

經(jīng)檢測(cè)，成品碘吸附值為380mg/g，耐磨強(qiáng)度為96.8％，耐壓強(qiáng)度為37.6daN，脫硫值為19.3mg/g。

實(shí)施例3

一種利用固廢物制備活性炭的制備方法，包括如下步驟：

S1：取100g廢丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物(ABS)、100g廢聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料原料和40g改性淀粉、40g腐殖酸鈉混合，粉碎至粒徑小于0.074mm。

S2：將S1產(chǎn)物與2000g氣化殘?jiān)惶坎糠旨?00g水進(jìn)行混合，隨后使用間歇式捏合機(jī)捏合15分鐘，裝入擠壓機(jī)成型，成型直徑為8mm。

S3：將S2產(chǎn)物晾曬干，篩分出碎料，得成型的中間產(chǎn)物備用。

S4：將S3成型的中間產(chǎn)物裝入轉(zhuǎn)爐活化，活化溫度為950℃，活化劑為水蒸氣，得成品。

經(jīng)檢測(cè)，成品碘吸附值為476mg/g，耐磨強(qiáng)度為94.8％，耐壓強(qiáng)度為41.3daN，脫硫值為31.7mg/g。

實(shí)施例4

一種利用固廢物制備活性炭的制備方法，包括如下步驟：

S1：取100g廢丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物(ABS)、200g廢聚苯乙烯(PS)塑料原料和40g煤液化渣、80g羧甲基纖維素、80g腐殖酸鈉混合，粉碎至粒徑小于0.074mm。

S2：將S1產(chǎn)物與2000g氣化殘?jiān)惶坎糠旨?50g水進(jìn)行混合，隨后使用間歇式捏合機(jī)捏合20分鐘，裝入造粒機(jī)成型，成型直徑為5.0mm。

S3：將S2產(chǎn)物晾曬干，篩分出碎料，得成型的中間產(chǎn)物備用。

S4：將S3成型的中間產(chǎn)物裝入模擬斯列普爐活化，活化溫度為950℃，活化劑為二氧化碳和水蒸氣混合氣，得成品。

經(jīng)檢測(cè)，成品碘吸附值為916mg/g，耐磨強(qiáng)度為91.8％，耐壓強(qiáng)度為20.6daN，脫硫值為35.7mg/g。

實(shí)施例5

一種利用固廢物制備活性炭的制備方法，包括如下步驟：

S1：取200g廢聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料原料和80g煤瀝青混合，粉碎至粒徑小于0.074mm。

S2：將S1產(chǎn)物與2000g氣化殘?jiān)惶坎糠旨?10g水進(jìn)行混合，隨后使用間歇式捏合機(jī)捏合8分鐘，裝入造粒機(jī)成型，成型直徑為4.0mm。

S3：將S2產(chǎn)物晾曬干，篩分出碎料，得成型的中間產(chǎn)物備用。

S4：將S3成型的中間產(chǎn)物裝入模擬斯列普爐活化，活化溫度為1020℃，活化劑為二氧化碳?xì)怏w，得成品。

經(jīng)檢測(cè)，成品碘吸附值為1043mg/g，耐磨強(qiáng)度為87.6％，耐壓強(qiáng)度為17.9daN，四氯化碳吸附率為71.3％。該活性炭主要以平均孔徑4.5nm中大孔為主。

實(shí)施例6

一種微孔活性炭，制備方法包括如下步驟：

S1：取200g廢聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料原料和80g煤瀝青混合，粉碎至粒徑小于0.074mm。

S2：將S1產(chǎn)物與2000g氣化殘?jiān)惶坎糠旨?10g水進(jìn)行混合，隨后使用間歇式捏合機(jī)捏合8分鐘，裝入造粒機(jī)成型，成型直徑為4.0mm。

S3：將S2產(chǎn)物晾曬干，篩分出碎料，得成型的中間產(chǎn)物備用。

S4：將S3成型的中間產(chǎn)物裝入模擬斯列普爐活化，活化溫度為1020℃，活化劑為二氧化碳?xì)怏w，得活性炭。

S5：將S4所得活性炭吸附120g20％PET的丙酮溶液，80℃回收丙酮溶劑后裝入轉(zhuǎn)爐炭化，炭化溫度為650℃，得成品微孔活性炭。

經(jīng)檢測(cè)，微孔活性炭碘吸附值為843mg/g，耐磨強(qiáng)度為93.3％，耐壓強(qiáng)度為17.9daN，二氧化碳吸附量為2.6nmol/g。如圖3所示，該活性炭主要以0.5nm微孔為主。

對(duì)比例1

取60g的煤瀝青、600g的主焦煤、1400g的氣化殘?jiān)旌虾筮M(jìn)行粉碎，粒徑小于0.074mm，加入420g的水捏合8分鐘后，裝入造粒機(jī)成型，成型粒徑為9.5mm。曬干，篩分出碎料后進(jìn)入轉(zhuǎn)爐進(jìn)行炭化，炭化溫度650℃，炭化后揮發(fā)分控制為8.9％，篩分。篩分后的物料裝入斯列普爐進(jìn)行活化，活化溫度為950℃，活化劑為水蒸氣，得成品。

成品碘吸附值為417mg/g，脫硫值為20.4mg/g。

由實(shí)施例1-5可知，本發(fā)明提供的利用氣化殘?jiān)惶坎糠?、廢塑料作為原料制備活性炭的制備方法，充分利用固廢物，無需大量使用會(huì)帶來二次污染的傳統(tǒng)粘結(jié)劑，節(jié)能環(huán)保，操作簡(jiǎn)單，成本低廉，其制備的活性炭耐磨耐壓強(qiáng)度高，吸附性能優(yōu)良。

通過對(duì)比例1可知，目前常規(guī)的制備活性炭的方法，使用主焦煤和大量傳統(tǒng)粘結(jié)劑作為原料，生產(chǎn)過程中必需進(jìn)行高溫炭化，不僅浪費(fèi)了大量的煤炭資源，生產(chǎn)過程能耗高，且容易產(chǎn)生二次污染。

通過比較實(shí)施例4與對(duì)比例1可知，本發(fā)明提供的利用氣化殘?jiān)惶坎糠?、廢塑料等固廢物制備活性炭的制備方法，無需炭化，操作更簡(jiǎn)單，能耗更低，資源損失更少，且其所制得的活性炭的碘吸附值、脫硫值等性能均優(yōu)于常規(guī)制備方法。

通過實(shí)施例6可知，由本發(fā)明提供的微孔活性炭的制備方法所制得的微孔活性炭，比活性炭整體孔徑更小，微孔數(shù)量占比更多，綜合性能更優(yōu)，應(yīng)用更廣泛。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。

此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，盡管在此的一些實(shí)施例包括其它實(shí)施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同實(shí)施例的特征的組合意味著處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)并且形成不同的實(shí)施例。例如，在上面的權(quán)利要求書中，所要求保護(hù)的實(shí)施例的任意之一都可以以任意的組合方式來使用。公開于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在加深對(duì)本發(fā)明的總體背景技術(shù)的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

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聲明：

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