[发明专利]一种利用废弃人造板制备富N活性炭材料的方法

说明书

本发明公开了利用废弃人造板制备富N活性炭材料的方法，采用低温烘焙—中温碳化—高温活化方法，结合预混和浸渍工序，一方面，使不稳定N官能团以NH₃形式经气相释放—液相捕集—高温活化非均相反应的路径重新赋存回固相；另一方面，使较稳定N官能团经烘焙—稳定剂碳化—活化逐步转化为更稳定形态赋存于固相，实现了废弃人造板到活性炭过程燃料N的稳定和富集，该方法制备的富N活性炭材料，其含N量可保留原料的90％以上，N官能团为非常稳定的杂环N，比表面积可达1500～1800m²/g，对苯酚的吸附能力可达500～700mg/g，制成电极后其比电容可达250～280F/g，表现出良好的吸附和电化学性能。

技术领域

本发明涉及生物质资源利用技术领域，更具体地，涉及一种利用废弃人造板制备富N活性炭材料的方法。

背景技术

我国是人造板生产和消费大国，据2014年统计数据，分别高达2.74和2.49亿m³，且年生产和消费量同步增长，增速约为17.5％，主要有胶合板、刨花板和中密度纤维板三种。随着城市化的进程，在人造板生产、家具制造、城市基建及房地产业等相关行业中，每年约有10％的人造板被淘汰，产生大量废弃人造板。因其来源和成因，废弃人造板基本组成为木质纤维和胶黏剂。其中，木质纤维为主要组分，使其具有良好的燃料品质(水分和灰分含量低，有机质含量高)，并属于优质的C前驱体；胶黏剂含量因工艺要求不同，一般在3％～15％范围，最高不超过20％，因绝大部分胶黏剂为含氨基树脂，故废弃人造板含有比一般常规生物质更高的燃料N，约3～7％。

易知，废弃人造板作为典型生物质资源，若用于燃料工业供热，因生物质燃烧温度比较低，过程产生的NO_x基本源于燃料N的转化，随着污染物环保排放标准的日趋严格，高燃料N特征成为制约其供热工艺清洁性的关键因素。实际上，若从制备高附加值材料的资源化角度，可发现，废弃人造板所含燃料N并非为有害成分。然而，针对目前产量巨大且快速增长的废弃人造板资源，并未涉及基于燃料N价值利用的专门手段或方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于废弃人造板的富N活性炭材料制备方法，采用自供热且副产物高效清洁利用的烘焙—碳化—活化耦合体系，在相关热化学转化过程中促使燃料N在固相的稳定和富集，制备具有富N特征的活性炭材料，实现基于燃料N价值转化的废弃人造板高效资源化利用。

本发明所采取的技术方案是：

提供一种利用废弃人造板制备富N活性炭材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.将废弃人造板粗物料粉碎、筛分，得筛选孔径及以下颗粒大小的预处理主物料与筛选孔径以上颗粒大小的预处理副物料，所述筛选孔径为800～1000μm；

S2.将步骤S1中所述预处理主物料进行烘焙改性，烘焙温度为260～300℃，烘焙时间为8～15min，得烘焙干物料和含氨烘焙气；

S3.将步骤S2中所述烘焙干物料与稳定剂按质量比10/1～20/1烘焙干，物料充分预混，得预混干物料；

S4.将步骤S3中所述预混干物料进行碳化，碳化温度为450～550℃，碳化时间为20～40min，得碳化半焦和含氨挥发分；

S5.将步骤S2中所述含氨烘焙气与步骤S4中所述含氨挥发分与稀氨溶液进行接触净化，得可分离的可燃副产物和浓氨溶液；

S6.将活化剂、步骤S4中所述碳化半焦混合后加入步骤S5中所述浓氨溶液充分浸渍，得混碱～氨湿焦，其中碳化半焦与活化剂的质量比为2.5/1～4/1，碳化半焦与活化剂的混合物与浓氨溶液的固液比为4/1～9/1；

S7.将步骤S6中所述混碱～氨湿焦进行活化，活化温度为700～900℃，活化时间为60～80min，得混碱富N活性炭，于混碱富N活性炭中加入漂洗剂，漂洗至中性后干燥，得富N活性炭材料。