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、氣化殘渣富炭部分和水進(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渣富炭部分和水進(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)劑在與所述氣化殘渣富炭部分和水進(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，所述捏合的時間為4～20min。 5.如權(quán)利要求1-4任一項所述的制備方法，其特征在于，所述氣化殘渣富炭部分、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和/或四柱擠壓機，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)性有機物等?；钚蕴烤哂卸嗫捉Y(jié)構(gòu)，其晶格缺陷還能產(chǎn)生催化作用，在同時脫除二氧化硫、氮氧化物、二惡英及其他揮發(fā)性有機物等大氣污染物治理方面有廣泛的利用。
而煤炭及煤氣化殘渣為煤氣化剩余固廢物，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，實現(xiàn)廢物的回收利用。
目前市場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，僅我國一年的廢塑料回收量接近2000萬噸，部分廢塑料因為純度等限制制備再生塑料時性能大幅下降，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、氣化殘渣富炭部分和水進(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渣富炭部分和水進(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)劑在與所述氣化殘渣富炭部分和水進(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，所述捏合的時間為4～20min。
可選的，所述捏合的時間可以為4min、6min、8min、10min、12min、14min、16min、18min和20min之間的任意值。
優(yōu)選地，所述氣化殘渣富炭部分、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和/或四柱擠壓機，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。
氣化殘渣經(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)性有機物用途的活性炭的重要指標(biāo)，同時本發(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，不會帶來二次污染，并且實現(xiàn)了多種固廢物的資源化利用，該制備方法操作步驟簡單，加工成本低，節(jié)能環(huán)保，有利于擴大化生產(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實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本申請的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對本申請范圍的限定。
圖1為本申請實施例中所使用的氣化殘渣的粒徑分布圖；
圖2為本申請實施例中所使用的氣化殘渣的紅外圖譜；
圖3為本申請實施例6中微孔活性炭的孔徑分布圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的實施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，下列實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買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
本申請實施例中所使用的氣化殘渣經(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氣化殘渣富炭部分及360g水進(jìn)行混合，隨后使用間歇式捏合機捏合4分鐘，裝入造粒機成型，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，成品碘吸附值為298mg/g，耐磨強度為92.8％，耐壓強度為38.6daN，脫硫值為17.3mg/g。
實施例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氣化殘渣富炭部分及440g水進(jìn)行混合，隨后使用間歇式捏合機捏合8分鐘，裝入造粒機成型，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，成品碘吸附值為380mg/g，耐磨強度為96.8％，耐壓強度為37.6daN，脫硫值為19.3mg/g。
實施例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氣化殘渣富炭部分及200g水進(jìn)行混合，隨后使用間歇式捏合機捏合15分鐘，裝入擠壓機成型，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，成品碘吸附值為476mg/g，耐磨強度為94.8％，耐壓強度為41.3daN，脫硫值為31.7mg/g。
實施例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氣化殘渣富炭部分及450g水進(jìn)行混合，隨后使用間歇式捏合機捏合20分鐘，裝入造粒機成型，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，成品碘吸附值為916mg/g，耐磨強度為91.8％，耐壓強度為20.6daN，脫硫值為35.7mg/g。
實施例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氣化殘渣富炭部分及410g水進(jìn)行混合，隨后使用間歇式捏合機捏合8分鐘，裝入造粒機成型，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，成品碘吸附值為1043mg/g，耐磨強度為87.6％，耐壓強度為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氣化殘渣富炭部分及410g水進(jìn)行混合，隨后使用間歇式捏合機捏合8分鐘，裝入造粒機成型，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，微孔活性炭碘吸附值為843mg/g，耐磨強度為93.3％，耐壓強度為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。
對比例1
取60g的煤瀝青、600g的主焦煤、1400g的氣化殘渣混合后進(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。
由實施例1-5可知，本發(fā)明提供的利用氣化殘渣富炭部分、廢塑料作為原料制備活性炭的制備方法，充分利用固廢物，無需大量使用會帶來二次污染的傳統(tǒng)粘結(jié)劑，節(jié)能環(huán)保，操作簡單，成本低廉，其制備的活性炭耐磨耐壓強度高，吸附性能優(yōu)良。
通過對比例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。
通過比較實施例4與對比例1可知，本發(fā)明提供的利用氣化殘渣富炭部分、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：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(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：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對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，盡管在此的一些實施例包括其它實施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同實施例的特征的組合意味著處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)并且形成不同的實施例。例如，在上面的權(quán)利要求書中，所要求保護(hù)的實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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利用固廢物制備的活性炭、微孔活性炭及其制備方法.pdf
聲明：
“利用固廢物制備的活性炭、微孔活性炭及其制備方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所
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2024年11月22日 ~ 24日 
