[发明专利]一种高强度富钙成型活性炭及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境友好材料制备与应用技术领域，具体涉及一种高强度富钙成型活性炭及其制备方法，。

背景技术

活性炭性质稳定，具有优良的吸附性能，耐酸碱、耐热，不溶于水或有机溶剂、容易再生，是一种环境友好型吸附剂。由于活性炭具有吸、脱附速度快，可再生等优点，从而成为一种极为广泛的吸附净化材料，在环保领域日益显示出其主导地位，越来越受到人们的重视。随着活性炭新的应用领域的出现以及对性能更好的新产品的需求，使得活性炭的制备在传统的制备基础上朝着多样化、新颖性、针对性发展。在活性炭利用方面，成型活性炭的制备是拓展其应用领域的重要一环；另一方面，增加活性炭吸附以外的功能，强化其使用效果，形成具有特异用途的复合机能亦是其重要的研究方向。与粉末状活性炭相比，成型活性炭具有较大的尺寸，较高的强度与堆积密度，且无粉尘污染，在储存、运输、使用过程中极具优势，易于满足不同行业的用途。

随着我国经济的高速发展, 化石资源消耗不断增长，燃煤产生了大量的含硫、氮氧化物以及二氧化碳的烟气，造成了酸雨和温室效应，严重地阻碍了我国经济的发展。在各种烟气治理方法中, 活性炭吸附法是唯一能脱除烟气中多种杂质的方法，其中包括SO₂、氮氧化物、烟尘粒子、汞、二恶英、呋喃、重金属、挥发分有机物及其他微量元素，活性炭吸附法脱硫脱硝被认为是一种最有发展前景的脱硫脱硝技术，成为各国竞相研究开发的重要技术。成型活性炭的制备是活性炭法脱硫技术的基础，目前活性炭脱硫剂主要是颗粒活性炭，但存在脱硫容量低、脱硫速率慢、流体力学性能不佳、易掉渣等缺点，开发经济高效、填充性能好的成型活性炭材料就成为推动活性炭法脱硫技术向前发展的关键。

制备成型活性炭主要包括3个步骤：制备成型体、炭化以及活化。根据3个步骤的不同，目前的制备方法大致可分为3 类：（1）直接将具有设定形状和尺寸的木材等天然植物炭化活化， 此方法成型简易，产品抗压强度高，但耐磨强度下降太多。（2）用粘结剂将碳质前驱体原料粘结成型，然后炭化，视需要可进一步进行活化。此类方法在成型前驱体的组成、状态以及粘接剂的种类上能够进行一定的选择和调控，但该方法通常难以在保证其机械强度的条件下，制得高比表面积的成型活性炭。（3）采用粘结剂将粉体活性炭或活性炭纤维粘结成型，然后对粘接剂进行处理，保证型炭的整体性能稳定。这种成型方法得到的产品，尽管对活性炭的孔隙会造成一定的堵塞，但型炭的比表面积和孔隙率仍能够达到较高的水平，抗压强度也较理想，但该法因此成本较高。

在成型活性炭的生产与应用中，比表面积和机械强度是两个最重要的衡量指标。综合来看，制备高性能的成型活性炭，现有的研究结果并不理想，所制备的成型活性炭难以在具有高吸附性能的基础上，保持较好的机械强度，反之亦然。因此，需要进一步寻求新型高效的功能活化剂，通过制备方法的创新以及成型工艺的优化，降低活性炭生产成本，减少污染，还能同步赋予活性炭更加突出的性能，制备出品种多样的高性能的专用成型活性炭，以满足不同行业的各种需求；在成型活性炭胶粘剂的开发方面，注重发展资源丰富、无毒无臭、可生物降解、价廉的天然粘合剂的应用亦具有重要意义。

以糯米浆和石灰为主要成分的糯米灰浆是我国古代劳动人民发明的一种特殊有机-无机建筑胶凝材料，具有耐久性好、自身强度和黏结强度高、韧性强、防渗性好等优良性能。以糯米浆为粘结剂，造纸白泥为功能活化剂活化杉木屑等木质纤维素原料制备富钙成型活性炭的相关研究尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度富钙成型活性炭及其制备方法，利用造纸白泥中的主要成分CaCO₃在高温达到800℃时分解释放出的CO₂对样品进行活化，并利用糯米灰浆优良的粘结性和强度，制备出高强度富含微孔的优质成型活性炭，具有显著的经济和生态效益。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高强度富钙成型活性炭的制备方法包括以下步骤：

（1）将废弃木质纤维素类原料粉碎，过200目筛，105~110℃烘干12~24h至恒重；

（2）将步骤（1）的原料与造纸白泥混合均匀后，置于马弗炉中，在隔绝空气条件下，以5℃/min的升温速度升温至400℃，保温1h进行预炭化；然后以10℃/min的升温速度继续升温至850~1000℃，保温1~3h后自然冷却，得到炭化样；

（3）将蒸馏水和糯米粉混合均匀，煮沸2~3h，期间定时补水、搅拌，配制成糯米浆；