一種VOCs高吸附率低脫附殘留顆粒活性炭制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種VOCs高吸附率低脫附殘留顆粒活性炭制備方法。將顆粒狀果殼原料除雜、干燥，與化學(xué)藥劑溶液按照一定比例混合后，至于耐高壓容器中，進(jìn)行加壓浸漬。將浸漬了活化劑的混合物料移至活化反應(yīng)器，在惰性氣氛下緩慢升溫至活化終溫，保溫一定時間，冷卻，經(jīng)活化劑回收、漂洗、烘干，得到高比表面積活性炭樣品。將該活性炭置入炭化爐，經(jīng)高溫?zé)崽幚硪欢〞r間，將中大孔收縮至微孔范圍，獲得微孔分布集中的顆粒活性炭。本發(fā)明專利技術(shù)制備的顆粒活性炭對VOCs等氣體的飽和吸附量大，脫附殘留低，附加值高，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種VOCs高吸附率低脫附殘留顆粒活性炭制備方法
本專利技術(shù)涉及VOCs高吸附率低脫附殘留顆粒活性炭制備方法，具體涉及化學(xué)法活化和高溫調(diào)制孔徑分布制備微孔發(fā)達(dá)的顆粒活性炭，該產(chǎn)品對甲烷、丁酮等VOCs具有高吸附率低脫附殘留的特點(diǎn)。
技術(shù)介紹
環(huán)保和清潔能源是我國兩大發(fā)展戰(zhàn)略，活性炭因具有發(fā)達(dá)的孔隙和巨大的比表面積，是環(huán)保和新能源儲存的理想吸附材料。近年來，霧霾天氣大范圍持久性的發(fā)生，對大氣保護(hù)提出了新的要求。揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)是導(dǎo)致霧霾天氣的元兇之一，由VOCs經(jīng)化學(xué)轉(zhuǎn)化生成的顆粒物，是PM2.5的重要來源，木質(zhì)活性炭飽和吸附容量高，成本低，是吸附凈化VOCs的優(yōu)良材料。天然氣是作為儲量巨大的清潔能源，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)煤改氣項目、汽車和船舶的動力燃料。但是，天然氣液化需要200kg以上的壓力，導(dǎo)致鋼瓶價格昂貴。采用吸附儲存技術(shù)可以降低儲存壓力至40kg以下，大大降低了鋼瓶的成本，并提高運(yùn)輸安全性。木質(zhì)活性炭孔結(jié)構(gòu)易調(diào)整，吸附-脫附性能好，成本低，可廣泛引用與甲烷的吸附儲存。但是，木質(zhì)活性炭由于其原料的特征，常規(guī)活化后孔徑分布較分散，在專業(yè)用途中吸附效率不高。因此，微孔分布集中的活性炭是當(dāng)前先進(jìn)炭材料的研究熱點(diǎn)。趙瑞方等人(華堅,陳放,等.化學(xué)活化法制備麻瘋樹果殼活性炭的實(shí)驗(yàn)研究[J].四川環(huán)境,2007,26(6):15-18.)以麻瘋樹果殼為原料，KOH為活化劑制備活性炭。考察了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間和堿炭比等因素對活化結(jié)果的影響。結(jié)果表明，化學(xué)活化法制備的活性炭吸附劑性能較好，且當(dāng)活化溫度為850℃，活化時間為240min，堿炭比R＝4時制得活性炭產(chǎn)品的質(zhì)量最好，碘吸附值和比表面積分別為2218.44mg/g和1890m2/g。但是，KOH活化過程污染太大，極微孔較多，不適合VOCs的吸附。郭幼庭等人(郭幼庭,盧素君.化學(xué)-物理法提高果殼活性炭得率的研究[J].林產(chǎn)工業(yè),1995(6):19-22.)以果殼炭(椰殼炭、杏殼炭)為原料，用某種弱酸A作活化劑，研究了活化溫度、活化時間及活化劑用量對活性炭的碘值和活化得率的影響。在活化溫度900℃，活化時間90min活化劑用量1.3％的最佳工藝條件下，制得的活性炭分別為碘值1105mg/g，活化得率分別為45％和48％。該方法無法調(diào)控孔徑，比表面積不高，對甲烷等氣體吸附量較小。李海潮等人(李海潮,劉守新,張世潤.高得率果殼活性炭的研制[J].林業(yè)科技,2001,26(5):42-44.)以果殼(杏核、松子殼、核桃殼等)為原料，磷酸為活化劑，采用常規(guī)活化步驟制備不定型顆粒活性炭，并研究了活化溫度，磷酸濃、活化時間等對活性炭得率的影響因素，其中杏核炭的得率為34.2％。但是該方法制備的杏核、松子殼、核桃殼活性炭的強(qiáng)度只有70-80％，無法滿足工業(yè)化的應(yīng)用。宋燕等人(宋燕,凌立成,李開喜,等.成型活性炭對甲烷吸附性能研究[J].新型炭材料,2000,15(4):13-16.)成型活性炭是以羧甲基纖維素(cMc)、酚醛樹脂(PR)及聚乙烯醇縮丁醛(PVB)為粘結(jié)劑，粘結(jié)劑的添加量為10～50％，在一定壓力下壓成直徑2.6cm、厚約5mm～7.5mm的壓塊，其中以酚醛樹脂為粘接劑成型的壓塊在800℃炭化1h后于同樣溫度用水蒸氣活化0.5h；而以羧甲基纖維寨及聚乙烯醇縮丁醛為粘結(jié)劑成型的壓塊則分別在200℃及220℃熱處理1h。該方法，由于成型過程中加入的粘接劑滲入了高比表面積活性炭的孔隙當(dāng)中，造成了成型活性炭的比表面積及孔容下降，并且隨粘結(jié)劑添加量的增大，成型活性炭的BET比表面積、總孔容及微孔孔容均呈現(xiàn)下降明顯，所以對甲烷的質(zhì)量吸附力下降50％以上。綜上所述，目前制備化學(xué)法果殼活性炭的研究較少，并存在孔結(jié)構(gòu)不可調(diào)，吸附容量下降明顯、顆粒強(qiáng)度低等缺點(diǎn)。而本專利技術(shù)采用高壓浸漬、化學(xué)活化和高溫調(diào)制孔徑技術(shù)制備活性炭的報道未見。本專利技術(shù)制備出的微孔孔徑分布非常集中，孔徑可調(diào)，產(chǎn)品附加值大，適合于工業(yè)生產(chǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的制作成本高，比表面積不大，吸附率不高，脫附殘留大等問題，本專利技術(shù)提供VOCs高吸附率低脫附殘留顆粒活性炭制備方法，制備方法簡單快速，產(chǎn)品成本低，微孔分布集中，孔徑可控，對VOCs氣體吸附量大,脫附完全。本專利技術(shù)的技術(shù)方案為：一種VOCs高吸附率低脫附殘留顆粒活性炭制備方法，包括如下步驟：第一步，高壓浸漬：化學(xué)藥劑與果殼混合均勻后高壓密閉浸漬充分后取出，烘干；所述的化學(xué)藥劑為磷酸或氯化鋅，質(zhì)量濃度為10～60％；第二步：活化：將上述干燥后的混合物至于活化反應(yīng)器，在氮?dú)鈿夥障律郎刂粱罨K溫，保溫活化，活化完成后，冷卻，水洗，烘干；第三步：高溫調(diào)制：將上述活性炭樣品放入管式爐，通氮?dú)猓郎刂?00～1100℃，維持0.5～6小時，反應(yīng)結(jié)束后，持續(xù)通氮?dú)饫鋮s后，得到活性炭產(chǎn)品。所述的高壓密閉浸漬是將0.8MPa～3MPa的過熱蒸汽通入高壓不銹鋼容器內(nèi)，在高壓不銹鋼容器頂部通過減壓放空閥來控制容器內(nèi)壓力為0.5MPa～2MPa。過熱蒸汽管道進(jìn)入高壓不銹鋼容器的位置為從底部起0.08-0.2容器高處，切向進(jìn)入筒體。每隔0.5～1h通過減壓放空閥減壓，再通入蒸汽加壓。所述的果殼包括椰殼、杏核、核桃殼。所述的果殼經(jīng)過風(fēng)選除雜，洗滌除灰后烘干備用。所述的果殼與化學(xué)藥劑的質(zhì)量比1：1～6。活化時，升溫速率為1～10℃/min，活化溫度300～800℃，活化時間0.5h～5h，氮?dú)饬魉?L/min。所述的VOCs高吸附率低脫附殘留顆粒活性炭制備的方法制備的活性炭，活性炭比表面積800～2500m2/g，微孔率60-100％，碘吸附值為1000～3000mg/g，甲烷飽和吸附率5-12％，脫附率50-100％。丁酮飽和吸附20-75％，脫附率50-100％。有益效果：1.采用高壓浸漬化學(xué)藥劑，特別是通過減壓加壓循環(huán)通入過熱蒸汽，可使活化劑充分進(jìn)入原料內(nèi)部，經(jīng)活化后，產(chǎn)品比表面積和孔容積大大高于傳統(tǒng)方法。2.采用蒸汽管道切向進(jìn)入高壓不銹鋼容器，引導(dǎo)蒸汽在容器內(nèi)螺旋上升，起到類似攪拌混合物料的作用。3.活化完成后，再經(jīng)高溫調(diào)制孔徑分布，可獲孔徑分布集中的活性炭。4.活性炭比表面積800～2500m2/g，微孔率60-100％，碘吸附值為1000～3000mg/g，甲烷飽和吸附率5-12％，脫附率50-100％。丁酮飽和吸附20-75％，脫附率50-100％，且活性炭著火點(diǎn)高于400℃，在工業(yè)化應(yīng)用中不易發(fā)生過熱燃燒。附圖說明圖1制備的活性炭對甲烷的吸附曲線。圖2化學(xué)法活性炭對丁酮的吸附曲線。其中，AC-1高壓浸漬和熱處理，AC-2未經(jīng)高壓浸漬和熱處理。具體實(shí)施方式本專利技術(shù)對所制備的活性炭理化性質(zhì)的測試方法如下：(1)微孔分布、比表面積、孔容積的測定：采用液氮條件下活性炭對氮?dú)馕降葴鼐€的測定，根據(jù)BET公式計算比表面積。(2)對丁酮和依據(jù)國標(biāo)GB/T20449進(jìn)行。甲烷的吸附采用高壓容量法吸附儀器進(jìn)行測定。一種VOCs高吸附率低脫附殘留顆粒活性炭制備方法，包括如下步驟：第一步，果殼除雜、烘干：將果殼風(fēng)選除雜，洗滌除灰，烘干；第二步，高壓浸漬：將化學(xué)藥劑配置成一定濃度的溶液，與果殼混合后，放置于耐高壓不銹鋼容器中，在一定壓力下浸漬8～24h，取出，烘干，所述的化學(xué)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種VOCs高吸附率低脫附殘留顆粒活性炭制備方法，其特征在于，包括如下步驟：第一步，高壓浸漬：化學(xué)藥劑與果殼混合均勻后高壓密閉浸漬充分后取出，烘干；所述的化學(xué)藥劑為磷酸或氯化鋅，質(zhì)量濃度為10～60%；第二步：活化：將上述干燥后的混合物至于活化反應(yīng)器，在氮?dú)鈿夥障律郎刂粱罨K溫，保溫活化，活化完成后，冷卻，水洗，烘干；第三步：高溫調(diào)制：將上述活性炭樣品放入管式爐，通氮?dú)猓郎刂?00～1100℃，維持0.5～6小時，反應(yīng)結(jié)束后，持續(xù)通氮?dú)饫鋮s后，得到活性炭產(chǎn)品。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種VOCs高吸附率低脫附殘留顆粒活性炭制備方法，其特征在于，包括如下步驟：第一步，高壓浸漬：化學(xué)藥劑與果殼混合均勻后高壓密閉浸漬充分后取出，烘干；所述的化學(xué)藥劑為磷酸或氯化鋅，質(zhì)量濃度為10～60%；第二步：活化：將上述干燥后的混合物至于活化反應(yīng)器，在氮?dú)鈿夥障律郎刂粱罨K溫，保溫活化，活化完成后，冷卻，水洗，烘干；第三步：高溫調(diào)制：將上述活性炭樣品放入管式爐，通氮?dú)猓郎刂?00～1100℃，維持0.5～6小時，反應(yīng)結(jié)束后，持續(xù)通氮?dú)饫鋮s后，得到活性炭產(chǎn)品。2.如權(quán)利要求1所述的VOCs高吸附率低脫附殘留顆粒活性炭制備方法，其特征在于，所述的高壓密閉浸漬是將0.8MPa～3MPa的過熱蒸汽通入高壓不銹鋼容器內(nèi)，在高壓不銹鋼容器頂部通過減壓放空閥來控制容器內(nèi)壓力為0.5MPa～2MPa。3.如權(quán)利要求2所述的VOCs高吸附率低脫附殘留顆粒活性炭制備的方法，其特征在于，過熱蒸汽管道進(jìn)入高壓不銹鋼容器的位置為從底部起0.08-0.2容器高處，切向進(jìn)入筒體。4.如權(quán)利要求2所述的VOCs高吸附率低脫附殘留顆粒活性炭制備的方法，其特征在于，每隔...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫康，蔣劍春，冷昌宇，李繼輝，盧辛成，陳超，朱光真，孟中磊，
申請(專利權(quán))人：中國林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇,32