[发明专利]一种以伊利石、低温熔剂和核桃壳粉为主要原料的柱状炭粒及其制备方法

说明书

本发明公开了一种以伊利石、低温熔剂和核桃壳粉为主要原料的柱状炭粒，由基础原料和辅助原料组成；所述基础原料为伊利石粉料20～60wt％、低温熔剂粉料10～40wt％、核桃壳粉20～70wt％；相对于基础原料，所述辅助原料及其用量为TiO₂粉体0～10wt％、羟丙基甲基纤维素4～6wt％、油酸0.5～1.5wt％、甘油3～6wt％、水40～50wt％；所述低温熔剂粉体的熔融温度为600～900℃。此外，还公开了上述柱状炭粒的制备方法。本发明以核桃壳粉为碳源，以伊利石为基料、结合低温熔剂作为结合剂而形成配方体系，能够在较低温度下制备出高强度高孔隙率的炭粒材料，制备方法工艺流程简单，易于产业化生产。

技术领域

本发明涉及炭材料技术领域，尤其涉及一种以伊利石、低温熔剂和核桃壳粉为主要原料的柱状炭粒及其制备方法。

背景技术

活性炭(AC)是一种性能优异的多孔材料，通常采用富碳物质(木质材料、竹质材料、果壳材料和高分子材料等)作为原料，经过热解(炭化)而得到的一类无定型物质。由于具有高度发达的多孔性能、高比表面积和催化性能，而被广泛应用于环保行业、医疗、化工、食品等相关领域。

然而，富碳材料热解得到的活性炭，由于颗粒强度较低，因而不能满足使用要求，或得到的活性炭呈粉末状，在使用过程会引起粉尘，同时也不便于回收，从而导致二次污染。为了克服以上不足，通常是采用碳源材料和辅助材料进行成形，通过烧结或热处理，从而获得具有一定强度和颗粒形状的炭粒，以满足使用性能和便于回收的要求。

目前制备炭粒的工艺流程为，将含炭材料(如煤泥、沥青、富含木质素、纤维素的木质、竹质、植物秸秆材料等)、结合剂(如粘土、长石等)和溶剂(如水、甘油等)按一定比例混合，然后经过成形、干燥、热解(炭化)，从而得到炭粒。由于坯料中以粘土、长石等作为成形和结合剂，为了使制备炭粒具有一定机械强度，一般热解(炭化)温度需要在1000℃以上。这样便存在着以下技术问题：第一，由于富碳材料(木质材料、竹质材料、果壳材料和高分子材料)一般在800℃就可以完全碳化而得到高孔隙率的炭材料，如果热解温度过高，会使碳材料过度热解而导致炭产率降低；第二，由于较高的热解温度，同样使得炭颗粒中的孔隙率(比表面积)减小，使炭粒的吸附性能降低；第三，较高的热解温度，也会增加能源消耗，增加生产成本。因此，如何在较低温度下(1000℃以内)制备出能够满足使用强度要求、高孔隙率的炭粒材料，是炭粒材料研究的重点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种以伊利石、低温熔剂和核桃壳粉为主要原料的柱状炭粒，通过配方设计，以提高炭粒的机械强度、气孔率、含炭量和吸附性能。本发明的另一目的在于提供上述以伊利石、低温熔剂和核桃壳粉为主要原料的柱状炭粒的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种以伊利石、低温熔剂和核桃壳粉为主要原料的柱状炭粒，由基础原料和辅助原料组成；所述基础原料为伊利石粉料20～60wt％、低温熔剂粉料10～40wt％、核桃壳粉20～70wt％；相对于基础原料，所述辅助原料及其用量为TiO₂粉体0～10wt％、羟丙基甲基纤维素4～6wt％、油酸0.5～1.5wt％、甘油3～6wt％、水40～50wt％；所述低温熔剂粉体的熔融温度为600～900℃。

进一步地，本发明所述低温熔剂粉料的配料组成为锂长石23～35wt％、碳酸锂5～15wt％、石英10～15wt％、ZnO 4～6wt％、碳酸钠9～12wt％、硼酸20～30wt％、磷酸钠6～12wt％。所述TiO₂粉体的粒径为3～5μm。

进一步地，本发明所述柱状炭粒其抗折强度为10～26MPa、气孔率为35～63％、孔径分布为1.0～75μm、含碳量为15～45％、吸附性能≥90％。

本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：